általános

Hogyan készítsünk időszakos táblázatot Mendeleev eleméről

Minden tudományterületnek megvan a kedvenc évfordulója. A fizikusok számára ez Newton-elvek, egy 1687-es könyv, amely bevezette a mozgás és a gravitáció törvényeit. A biológusok ünneplik a fajok darwini eredetét (1859) és születésnapját (1809). A csillagászok ünneplik az 1543-as évet, mert akkoriban a Copernicus a napot a Naprendszer közepére helyezte. A kémia tekintetében az ünneplés egyetlen oka nem haladja meg az orosz kémikus Dmitrij Ivanovics Mendeleev által márciusban 150 évvel ezelőtt létrehozott elemek időszakos táblázatát.

Az időszakos táblázat ugyanaz lettkémiai diákok, mint a könyvelők számológépei. Ez tartalmazza a tudományt egy kicsit több mint száz négyzetben, amelyek szimbólumok és számok. Felsorolja azokat az elemeket, amelyek az összes földi anyagot alkotják, oly módon csoportosítva, hogy a tulajdonságaikban azonosíthatóak legyenek a minták, hogy meghatározzák a kémiai kutatás célját mind elméletben, mind a gyakorlatban.

Az időszakos táblázat kétségtelenül a kémia legfontosabb fogalma.

A periódusos táblázat különlegesnek tűntaz asztalnál, de ő maga is azt akarta, hogy tükrözze a mély tudományos tudatot, amit felfedezett: a periódusos törvény. Törvénye mély családi viszonyokat tárt fel az ismert kémiai elemek között - hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek rendszeres időközönként (vagy időszakokban), ha atomtömegrendben vannak elhelyezve, és lehetővé tette Mendeleev számára, hogy megjósolja a még nem felfedezett elemek létezését.

- A törvény kihirdetése előtt vegyi anyagaz elemek pusztán töredékesek, a természetben véletlenszerű tények ”- mondta Mendeleev. "Az időszakos jog első ízben lehetővé tette számunkra, hogy a felfedezetlen elemeket olyan távolságban láthassuk, amely korábban nem érhető el a kémiai látás számára."

A Periódusos táblázat nemcsak előre jelezteúj elemek megléte. Aztán megerősítette, hogy még mindig ellentmondásos hit az atomok valóságában. Azt tanácsolta, hogy létezik egy szubatomi szerkezet, és előre látta a matematikai berendezést, amely az anyag szabályait alapozza meg, ami végül a kvantumelméletben nyilvánult meg. Táblája befejezte a kémiai tudomány átalakulását a középkori mágikus miszticizmusból az alkímiaból a modern tudományos szigetek területére. A periódusos táblázat nem annyira az anyag alkotóelemeit szimbolizálja, mint a tudomány egészének logikus következetességét és alapvető racionalitását.

A periodikus táblázat létrehozása

A legenda szerint Mendeleev megalkotta és létrehoztasaját asztal egy nap: 1869. február 17., az orosz naptár szerint (a világ nagy részén ez március 1). De ez valószínűleg túlzás. Mendeleev az évek során az elemek csoportosítására gondolt, és más vegyészek többször is figyelembe vették az elemek közötti kapcsolatok fogalmát az előző évtizedekben.

Valójában Johann Wolfgang német fizikusDobereiner 1817-ben észrevette a csoportosító elemek jellemzőit. Ezekben a napokban a vegyészek még nem értették meg teljesen az atomok természetét, amint azt John Dalton 1808-as atomi elmélete írta le. „Új kémiai filozófiai rendszerében” Dalton elmagyarázta a kémiai reakciókat, ami arra utal, hogy minden elemi anyag egy bizonyos típusú atomból áll.

Dalton azt javasolta, hogy vegyi reakciók jöjjenek létreaz atomokat különválasztva vagy összekapcsolva új anyagokat állítottak elő. Úgy vélte, hogy minden elem kizárólag egy típusú atomból áll, ami a többitől eltér. Az oxigénatomok nyolcszor nagyobbak a hidrogénatomoknál. Dalton úgy vélte, hogy a szénatomok hatszor nehezebbek a hidrogénnél. Amikor az elemeket új anyagok létrehozása céljából egyesítik, a reaktánsok mennyisége kiszámítható, figyelembe véve ezeket az atomtömegeket.

Dalton rossz volt néhány tömegben - oxigénbenvalójában 16-szor nehezebb, mint a hidrogén, és a szén 12-szer nehezebb, mint a hidrogén. De az elmélete az atomok ötletét hasznosította, a kémia forradalmát inspirálva. Az atomtömeg pontos mérése a következő évtizedekben a vegyészek számára komoly problémává vált.

Ezekre a skálákra reflektálva Dobereiner megjegyeztea három elem bizonyos csoportjai (triadoknak nevezték) érdekes kapcsolatot mutatnak. A brómnak például atomja volt a klór és a jód tömegei között, és mindhárom elem hasonló kémiai viselkedést mutatott. A lítium, a nátrium és a kálium szintén hármas volt.

Más vegyészek észrevették az atomok közötti kapcsolatottömegek és kémiai tulajdonságok, de csak az 1860-as években eléggé megértették és mérték az atomtömegeket, hogy mélyebb megértés alakuljon ki. Az angol kémikus, John Newlands megjegyezte, hogy az ismert elemek elrendezése az atomtömeg növekvő sorrendjében minden nyolcadik elem kémiai tulajdonságainak ismétlődéséhez vezetett. Az 1865-ös cikkben ezt a modellt „oktáv törvénynek” nevezte. A Newlands-i modell azonban nem tartotta jól az első két oktávot, ami a kritikusokat arra utalt, hogy az elemeket ábécé sorrendben rendezi. És ahogy Mendeleev hamarosan megértette, az elemek és az atomtömegek tulajdonságai közötti kapcsolat kicsit bonyolultabb volt.

Elemek szervezése

Mendeleev 1834-ben született Tobolskban, Szibériábana szülei tizenhetedik gyermeke volt. Élénk életet élt, különböző érdekeket követett és az út mentén kiemelkedő embereket utazott. A szentpétervári Pedagógiai Intézetben a felsőoktatásban szinte egy súlyos betegségben halt meg. A diploma megszerzése után a középiskolákban tanított (ez szükséges volt az intézet fizetéséhez), ugyanakkor a matematika és a természettudományok tanulmányozása a mesterfokozat megszerzése érdekében.

Ezután tanárként és oktatóként dolgozott (és tudományos cikkeket írt), amíg ösztöndíjat nem kapott egy európai kutatási laboratóriumban folytatott kiterjesztett kutatási körútra.

Visszatérve Szentpéterváron, nem voltA munka tehát kiváló útmutatót írt a szerves kémia számára abban a reményben, hogy nagy pénznyereményt nyer. 1862-ben megnyerte a Demidov-díjat. Szintén szerkesztőként, fordítóként és tanácsadóként dolgozott különböző vegyipari területeken. 1865-ben visszatért a kutatásba, PhD-t kapott és a Szentpétervári Egyetem professzora lett.

Nem sokkal ezután Mendeleev elkezdett tanítaniszervetlen kémia. Elkészült arra, hogy ezt az új (neki) mezőt elsajátítsa, elégedetlen maradt a rendelkezésre álló tankönyvekkel. Ezért úgy döntöttem, hogy megírom a sajátomat. A szöveg megszervezése szükségessé tette az elemek megszervezését, így a legjobb helyük kérdése mindig a fejében volt.

1869 elejére Mendeleev elégedett volthaladás, hogy megértsük, hogy a hasonló elemek egyes csoportjai az atomtömegek rendszeres növekedését mutatják; más, közel azonos atomtömegű elemek is hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek. Kiderült, hogy az elemek atomtömege szerinti rendezése volt az osztályozás kulcsának.

Mendeleev saját szavai szerinta 63 gondolkodó elemet mindegyikének egy külön kártyára írta. Aztán egyfajta vegyi pasziánsz játékon keresztül megtalálta a keresett mintát. A kártyákat alacsony és magasabb atomi tömegű függőleges oszlopokba helyezve, minden vízszintes sorban hasonló tulajdonságokkal rendelkező elemeket helyezett el. Mendeleev időszakos asztala született. Március 1-jén felvázolta a tervezetet, elküldte a nyomtatásra, és felvette a tankönyvébe, amelyet hamarosan közzétett. Gyorsan elkészített egy könyvet az orosz Kémiai Társaság számára.

"Atomméretük szerint rendezett elemektömegek, világos időszakos tulajdonságokat mutatnak ”- írta Mendeleev munkájában. "Az általam elvégzett összes összehasonlítás arra a következtetésre jutott, hogy az atomtömeg meghatározza az elemek természetét."

Eközben német kémikus Lothar Meyer isaz elemek szervezésén dolgozott. A Mendeleevhez hasonló táblát készített, talán még Mendeleevnél is. De Mendeleev először megjelent.

Azonban sokkal fontosabb, mint a győzelemMeyer felett volt, hogy Mendeleev használta az asztalát, hogy merész előrejelzéseket készítsen a felderítetlen tételekről. Mendeleev a táblázatkezelő előkészítése során észrevette, hogy néhány kártya hiányzik. Üres tereket kellett hagynia, hogy az ismert elemek megfelelően illeszkedjenek. Egész életében három üres helyet töltöttek korábban ismeretlen elemekkel: gallium, skandium és germánium.

Mendeleev nemcsak megjósolta ezek létezésételemeket, hanem részletesen leírta tulajdonságaikat. Például az 1875-ben felfedezett gallium atomi tömege 69,9 és sűrűsége hatszorosa a vízé. Mendeleev ezt az elemet (alumíniumnak nevezte) csak 68-as sűrűséggel és atomtömeggel jósolta. Az ecacariumra vonatkozó előrejelzései szorosan megfeleltek Németországnak (1886-ban felfedezték) atomi tömeggel (72 előre jelzett, 72,3) és sűrűséggel. Azt is helyesen jósolta meg a germánium-vegyületek sűrűségét oxigénnel és klórral.

A periodikus asztal prófétai lett. Úgy tűnt, hogy a játék végén ez az elemi solitaire feltárja az univerzum titkait. Ugyanakkor Mendeleev maga is a saját asztalának mestere volt.

Mendeleev sikeres jóslatait hoztaa kémiai mágia mesterének legendás státusza. Ma azonban a történészek azt állítják, hogy az előre jelzett elemek felfedezése megerősítette-e az időszakos jog elfogadását. A törvény elfogadása jobban összefügghetne azzal a képességével, hogy megmagyarázza a megállapított kémiai kötéseket. Mindenesetre Mendeleev előrejelző pontossága természetesen felhívta a figyelmet az asztalának érdemeire.

Az 1890-es években a vegyészek széles körben elismerik a törvényét.mérföldkő a kémiai ismeretekben. 1900-ban a jövőbeni kémiai Nobel-díjas, William Ramsay „a legnagyobb kémiai általánosításnak” nevezte. És Mendeleev nem tudta, hogyan.

Matematikai kártya

Sok esetben a tudomány története nagyszerűaz új egyenleteken alapuló előrejelzések igaznak bizonyultak. Valahogy a matematika néhány természetes titkot tár fel, mielőtt a kísérletezők felfedezik őket. Az egyik példa az antimateria, a másik az univerzum terjeszkedése. Mendeleev esetében az új elemek előrejelzése kreatív matematika nélkül keletkezett. De valójában Mendeleev felfedezte a természet mély matematikai térképét, hiszen az asztalon a kvantummechanika jelentését, az atom architektúrát szabályozó matematikai szabályokat tükrözte.

Mendeleev könyvében megjegyezte, hogy „belsőaz atomokat alkotó anyagok különbségei felelősek az elemek időszakos ismétlődéséért. De nem tartotta be ezt a gondolkodást. Valójában sok éven át arra gondolt, hogy mennyire fontos az atomelmélet az asztalára.

De mások képesek voltak olvasni a belső üzenetet.táblázatban. 1888-ban Johannes Wislitzen német kémikus kijelentette, hogy a tömeges elrendezésű elemek tulajdonságainak gyakorisága azt jelzi, hogy az atomok kisebb részecskék rendszeres csoportjaiból állnak. Ily módon, bizonyos értelemben, az időszakos táblázat valóban előirányozta (és bizonyítékot adott) az atomok komplex belső szerkezetének, míg senki sem tudta, hogy az atom hogyan nézett ki, vagy egyáltalán volt belső szerkezete.

Mendeleev 1907-ben halt meg, tudósoktudta, hogy az atomok részekre oszlanak: negatív elektromos töltést hordozó elektronok, valamint néhány pozitív töltésű komponens, amely az atomokat elektromosan semlegesíti. A kulcs az, hogy ezek a részek 1911-es felfedezése volt, amikor Ernest Rutherford fizikus, aki az angliai Manchester-i Egyetemen dolgozik, felfedezte az atommagot. Röviddel ezután Henry Mosley, aki Rutherforddal dolgozott, kimutatta, hogy a pozitív töltés mennyisége a magban (a benne lévő protonok száma vagy „atomszám”) meghatározza a periodikus táblázatban szereplő elemek helyes sorrendjét.

Az atomtömeg szorosan kapcsolódik az atomszámhozA Mosley elég közel van ahhoz, hogy az elemek tömeges rendezése csak néhány helyen különbözik a sorrendtől. Mendeleev ragaszkodott ahhoz, hogy ezek a tömegek tévedjenek, és újra kell mérni őket, és egyes esetekben igaznak bizonyultak. Csak néhány eltérés marad, de a Mozley atomi száma tökéletesen lefektet a táblázatban.

Ugyanebben az időben a dán fizikus Niels Bohr rájött, hogy a kvantumelmélet meghatározza a magot körülvevő elektronok elrendezését, és hogy a legtávolabbi elektronok meghatározzák az elem kémiai tulajdonságait.

A külső elektronok hasonló elrendezése leszIsmételje meg periodikusan, és magyarázza el az időszakos táblázat eredetileg feltárt mintáit. Bohr 1922-ben létrehozta az asztalok saját változatát, az elektronenergia kísérleti mérései alapján (néhány időszakos joggal együtt).

A Bohr asztali elemek 1869 óta nyitottakévekben, de ugyanaz volt a rendszeres rend, Mendeleev. Mendelejevnek nem volt fogalma a kvantumelméletről, és létrehozott egy táblázatot, amely a kvantumfizika által diktált atomi építészetet tükrözi.

Bora új asztala sem az első, sem az elsőa Mendeleev kezdeti tervének legújabb verziója. Az időszakos táblázat több száz változatát fejlesztették ki és tették közzé. A modern forma - vízszintes kialakításban, a Mendeleev eredeti vertikális változatával ellentétben - csak a második világháború után vált népszerűvé, nagyrészt az amerikai kémikus Glenn Seaborg munkájának köszönhetően.

Seaborg és munkatársai számos újdonságot hoztak létreelemeket szintetikusan, atomi számokkal az urán után, a táblázat utolsó természetes elemét. Seaborg látta, hogy ezek az elemek, a transzuranikus (pl. Az uránt megelőző három elem) új sort igényeltek a táblázatban, amit Mendeleev nem tervezett. A Seaborg táblázat egy sor sorozatot adott az elemekhez hasonló ritkaföldfém-elemek sorozata alatt, amelyek szintén nem voltak helyük a táblázatban.

A Seaborg hozzájárulása a kémia számára megtiszteltetés volt nekisaját elem - siborgiy a 106-os számmal. Ez a híres tudósok által megnevezett számos elem. Ebben a listában természetesen van egy 101 elem is, amelyet Seaborg és munkatársai 1955-ben nyitottak meg, és Mendeleviumnak nevezték - a kémikus tiszteletére, aki mindenekelőtt megérdemelte a helyet a periodikus táblázatban.

Ha több ilyen történetet szeretne, gyere a hírcsatornánkba.