general

Cum se creează un tabel periodic al elementelor lui Mendeleev

Fiecare domeniu al științei are aniversarea sa favorită. Pentru fizicieni, acesta este principiile lui Newton, o carte din 1687, care a introdus legile mișcării și gravitației. Biologii sărbătoresc Originea Darwiniană a Speciilor (1859) și ziua de naștere (1809). Astronomii sărbătoresc anul 1543, pentru că atunci Copernic a pus soarele în centrul sistemului solar. În ceea ce privește chimia, nici un motiv pentru sărbătoare nu depășește aspectul tabelului periodic al elementelor create în urmă cu 150 de ani de către chimistul rus Dmitri Ivanovici Mendeleev.

Masa periodică a devenit aceeași pentrustudenții chimici cum ar fi calculatoarele pentru contabili. Conține toată știința în mai mult de o sută de pătrate care conțin simboluri și numere. Ea enumeră elementele care alcătuiesc toate substanțele terestre, grupate astfel încât să poată fi identificate modelele în proprietățile lor, să se determine scopul cercetării chimice, atât în ​​teorie, cât și în practică.

Tabelul periodic este, fără îndoială, cel mai important concept al chimiei.

Mese periodice arătau ca o specialămasa, însă el însuși dorea să reflecte adevărul științific profund pe care la descoperit: o lege periodică. Legea sa a relevat relații de familie profunde între elementele chimice cunoscute - ele prezintă proprietăți similare la intervale regulate (sau perioade), dacă sunt aranjate în ordinea greutății atomice - și l-au permis lui Mendeleev să prezică existența unor elemente care nu au fost încă descoperite.

"Înainte de promulgarea acestei legi, chimiceelementele au fost doar fragmente, fapte aleatorii în natură ", a declarat Mendeleev. "Pentru prima dată, legea periodicității ne-a permis să vedem elemente nedescoperite la o distanță care a fost anterior inaccesibilă pentru viziunea chimică".

Masa periodică nu numai că a fost prezisăexistența unor elemente noi. Ea a confirmat încă credința controversată în realitatea atomilor. Ea a sugerat existența unei structuri subatomice și a prevăzut aparatul matematic care stau la baza regulilor care guvernează materia, care s-au manifestat în cele din urmă în teoria cuantică. Masa lui a terminat transformarea științei chimice din mistica medievală a alchimiei într-un câmp de rigoare științifică modernă. Tabelul periodic simbolizează nu atât constituenții unei substanțe, cât și coerența logică și raționalitatea fundamentală a științei în ansamblu.

Cum a fost creată masa periodică

Legenda spune că Mendeleev a conceput și a creattabel propriu într-o zi: 17 februarie 1869 conform calendarului rusesc (pentru cea mai mare parte a lumii este 1 martie). Dar aceasta este cel mai probabil o exagerare. Mendeleev sa gândit la gruparea elementelor de-a lungul anilor, iar alți chimiști au analizat de câteva ori conceptul de legături dintre elementele din ultimele decenii.

De fapt, fizicianul german Johann WolfgangDobereiner a observat caracteristicile elementelor de grupare din 1817. În acele zile, chimiștii încă nu înțelegeau pe deplin natura atomilor, așa cum este descris de teoria atomică a lui John Dalton în 1808. În "noul său sistem de filosofie chimică", Dalton a explicat reacțiile chimice, sugerând că fiecare substanță elementară constă într-un atom de un anumit tip.

Dalton a sugerat reacții chimiceproduce substanțe noi atunci când atomii sunt separați sau uniți. El credea că orice element constă doar dintr-un tip de atom, care diferă de celelalte în greutate. Atomii de oxigen au cântărit de opt ori mai mult decât atomii de hidrogen. Dalton credea că atomii de carbon sunt de șase ori mai grei decât hidrogenul. Atunci când elementele sunt combinate pentru a crea substanțe noi, cantitatea de reactanți poate fi calculată luând în considerare aceste greutăți atomice.

Dalton a greșit în legătură cu unele mase - oxigende fapt, de 16 ori mai greu decât hidrogenul și carbon de 12 ori mai greu decât hidrogenul. Dar teoria sa a făcut utilă ideea de atomi, inspirând o revoluție în chimie. Măsurarea exactă a masei atomice a devenit o problemă majoră pentru chimisti în deceniile următoare.

Reflectând pe aceste scale, Dobereiner a menționat acest lucruanumite seturi de trei elemente (le-a numit triade) prezintă o legătură interesantă. Bromul, de exemplu, a avut o masă atomică undeva între masele de clor și iod și toate cele trei elemente au prezentat un comportament chimic similar. Litiu, sodiu și potasiu au fost, de asemenea, triade.

Alți chimiști au observat conexiuni între atomimaselor și proprietăților chimice, dar numai în anii 1860 masurile atomice au devenit destul de bine înțelese și măsurate pentru a dezvolta o înțelegere mai profundă. Chimistul englez John Newlands a remarcat faptul că aranjarea elementelor cunoscute în ordinea masei atomice în creștere a dus la o repetare a proprietăților chimice ale fiecărui element optulea. El a numit acest model "legea octavelor" din articolul din 1865. Dar modelul Newlands nu sa ținut foarte bine după primele două octave, ceea ce ia făcut pe critici să sugereze că el aranjează elementele în ordine alfabetică. Și cum Mendeleev a înțeles curând, relația dintre proprietățile elementelor și masele atomice a fost puțin mai complicată.

Organizarea elementelor

Mendeleev sa născut în Tobolsk, în Siberia, în 1834a fost cel de-al șaptesprezecelea copil al părinților săi. El a trăit o viață vibrantă, urmărind interese diferite și călătorind de-a lungul drumului către oameni remarcabili. În timp ce primea învățământul superior la Institutul Pedagogic din St. Petersburg, aproape că a murit de o boală gravă. După absolvire, a predat în școli secundare (a fost necesar să obțină un salariu la institut), în timp ce studiază matematica și știința pentru a obține un masterat.

Apoi a lucrat ca profesor și lector (și a scris lucrări științifice) până când a primit o bursă pentru un tur de cercetare extins în cele mai bune laboratoare chimice din Europa.

Înapoi în St. Petersburg, a fost fărămunca, prin urmare, a scris un ghid excelent pentru chimie organică în speranța de a câștiga un premiu mare în bani. În 1862, ia câștigat Premiul Demidov. De asemenea, a lucrat ca editor, translator și consultant în diverse domenii chimice. În 1865, sa întors la cercetare, a primit un doctorat și a devenit profesor la Universitatea St. Petersburg.

La puțin timp după aceea, Mendeleev a început să predeachimie anorganică. Pregătindu-se să-și stăpânească acest nou domeniu (pentru el), a rămas nemulțumit de manualele disponibile. Prin urmare, am decis să scriu propria mea. Organizarea textului a necesitat organizarea elementelor, astfel că întrebarea despre cea mai bună locație a fost întotdeauna în mintea sa.

La începutul anului 1869, Mendeleev a realizat suficientprogresează pentru a înțelege că unele grupuri de elemente similare au prezentat o creștere regulată a masei atomice; alte elemente cu aproximativ aceleași mase atomice au proprietăți similare. Sa dovedit că ordonarea elementelor în funcție de greutatea lor atomică a fost cheia pentru clasificarea lor.

Potrivit cuvintelor lui Mendeleev, elși-a structurat gândirea scriind fiecare dintre cele 63 de elemente cunoscute pe un card separat. Apoi, printr-un fel de joc de solitar chimic, a găsit modelul pe care-l căuta. Poziționarea cardurilor în coloane verticale cu mase atomice de la mic la mai mare, a pus elemente cu proprietăți similare în fiecare rând orizontal. Sa născut tabelul periodic al lui Mendeleev. El a schițat o versiune de proiect pe 1 martie, a trimis-o să-l tipărească și a inclus-o în manualul său, care urma să fie publicat în curând. De asemenea, a pregătit rapid o lucrare pentru prezentarea Societății Chimice din Rusia.

"Elemente ordonate după mărimea lor atomicămasele, prezintă proprietăți periodice clare ", a scris Mendeleev în lucrarea sa. "Toate comparațiile pe care le-am făcut m-au condus la concluzia că mărimea masei atomice determină natura elementelor".

Între timp, chimistul german Lothar Meyer de asemeneaa lucrat la organizarea elementelor. A pregătit o masă similară cu cea a lui Mendeleev, poate chiar mai devreme decât Mendeleev. Dar Mendeleev a publicat primul său articol.

Cu toate acestea, mult mai important decât câștigareapeste Meyer, a fost modul în care Mendeleev și-a folosit masa pentru a face predicții îndrăznețe despre obiecte nedescoperite. În pregătirea foii de calcul, Mendeleev a observat că unele cărți lipsesc. A trebuit să lase spații goale, astfel încât elementele cunoscute să poată fi egalizate corect. În timpul vieții, trei locuri goale au fost umplute cu elemente necunoscute anterior: galiu, scandiu și germaniu.

Mendeleev nu numai că a prezis existența acestoraelemente, dar, de asemenea, a descris în mod corect proprietățile lor în detaliu. Gallium, de exemplu, descoperit în 1875, a avut o masă atomică de 69,9 și o densitate de șase ori mai mare decât cea a apei. Mendeleev a prezis acest element (el a numit-o aluminiu), numai prin această densitate și masa atomică de 68. Predicțiile sale pentru ecacariu au corespuns îndeaproape cu Germania (descoperită în 1886) de masa atomică și densitatea. De asemenea, el a prezis corect densitatea compușilor de germaniu cu oxigen și clor.

Masa periodică a devenit profetică. Se părea că la sfârșitul acestui joc, acest solitar elementar ar dezvălui secretele universului. În același timp, Mendeleev însuși era un maestru în folosirea mesei proprii.

Previziunile lui Mendeleev l-au adusstatutul legendar al unui maestru al magiei chimice. Dar astăzi istoricii susțin că descoperirea elementelor prezise a consolidat adoptarea legii sale periodice. Adoptarea legii ar putea fi mai mult legată de capacitatea sa de a explica legăturile chimice stabilite. În orice caz, precizia predictivă a lui Mendeleev, desigur, a atras atenția asupra meritelor mesei sale.

Până în anii 1890, chimistul și-a recunoscut legea.ca o piatră de hotar în cunoașterea chimică. În 1900, viitorul câștigător al premiului Nobel pentru chimie, William Ramsay, la numit "cea mai mare generalizare efectuată vreodată în chimie". Și Mendeleev a făcut-o fără să înțeleagă cum.

Cartelă matematică

În multe cazuri, în istoria științei sunt minunatepredicțiile bazate pe ecuații noi s-au dovedit a fi adevărate. Cumva, matematica dezvăluie unele secrete naturale înainte ca experimentele să le descopere. Un exemplu este antimateria, cealaltă este expansiunea universului. În cazul lui Mendeleev, predicțiile noilor elemente au apărut fără o matematică creativă. Dar, de fapt, Mendeleev a descoperit o hartă matematică profundă a naturii, deoarece tabelul său reflecta semnificația mecanicii cuantice, regulile matematice care reglementează arhitectura atomică.

În cartea sa, Mendeleev a remarcat că "interndiferențele în materie pe care atomul le compun pot fi responsabile pentru repetarea periodică a proprietăților elementelor. Dar el nu a aderat la această linie de gândire. De fapt, timp de mulți ani sa gândit la cât de importantă este teoria atomică pentru masa sa.

Dar alții au putut citi mesajul interior.tabel. În 1888, chimistul german Johannes Wislitzen a declarat că periodicitatea proprietăților elementelor ordonate prin masă indică faptul că atomii constau din grupuri obișnuite de particule mai mici. Astfel, într-un sens, masa periodică a prevăzut într-adevăr (și a oferit dovezi) structura internă complexă a atomilor, în timp ce nimeni nu avea nicio idee despre cum arăta atomul de fapt sau dacă avea vreun fel de structură internă.

Până când Mendeleev a murit în 1907, oamenii de științăștia că atomii sunt împărțiți în părți: electroni care poartă o sarcină electrică negativă, plus o componentă încărcată pozitiv care face ca atomii să fie neutri din punct de vedere electric. Cheia pentru modul în care aceste părți se aliniază a fost descoperirea din 1911, când fizicianul Ernest Rutherford, care lucrează la Universitatea din Manchester, în Anglia, a descoperit nucleul atomic. La scurt timp după aceea, Henry Mosley, care a lucrat cu Rutherford, a demonstrat că cantitatea de încărcătură pozitivă din nucleu (numărul de protoni pe care îl conține sau "numărul atomic") determină ordinea corectă a elementelor din tabelul periodic.

Masa atomică a fost strâns legată de numărul atomicMosley este destul de aproape, astfel încât ordonarea elementelor în masă în doar câteva locuri diferă de ordonarea prin număr. Mendeleev a insistat că aceste mase s-au înșelat și trebuiau să fie re-măsurate și, în unele cazuri, s-au dovedit a avea dreptate. Doar câteva discrepanțe rămân, dar numărul atomic al lui Mozley se așază perfect în masă.

În același timp, fizicianul danez Niels Bohr și-a dat seama că teoria cuantică determină dispunerea electronilor care înconjoară nucleul și că cei mai îndepărtați electroni determină proprietățile chimice ale elementului.

Asemenea aranjamente electronice externe vor fiRepetați periodic, explicând modelele pe care Tabelul periodic le-a dezvăluit inițial. Bohr și-a creat propria versiune a mesei în 1922, bazată pe măsurători experimentale ale energiei electronice (împreună cu câteva sugestii din legea periodică).

Biroul lui Bohr a adăugat articole deschise începând din 1869ani, dar a fost aceeași ordine periodică, deschideți Mendeleev. Având nici o idee despre teoria cuantică, Mendeleev a creat un tabel care reflectă arhitectura atomică dictată de fizica cuantică.

Noul tabel al lui Bora nu a fost nici primul, niciultima versiune a proiectului inițial al lui Mendeleev. Sute de versiuni ale tabelului periodic au fost elaborate și publicate de atunci. Forma moderna - in design orizontal, spre deosebire de versiunea verticala originala a lui Mendeleev - a devenit populara foarte populara numai dupa cel de-al doilea razboi mondial, datorita in mare parte muncii chimistului american Glenn Seaborg.

Seaborg și colegii săi au creat câteva noielemente sintetice, cu numere atomice după uraniu, ultimul element natural din tabel. Seaborg a văzut că aceste elemente, transuranice (plus cele trei elemente care precedau uraniul), necesitau un nou rând în tabel, pe care Mendeleev nu-l prevăzuse. Masa Seaborg a adăugat un rând pentru acele elemente, sub o serie similară de elemente de pământuri rare, care, de asemenea, nu aveau loc în tabel.

Contribuția lui Seaborg la chimie ia adus onoarea de a-i numielement propriu - siborgiy cu numărul 106. Acesta este unul dintre mai multe elemente numite după oameni de știință celebri. Și în această listă, desigur, există un element 101, deschis de Seaborg și colegii săi în 1955 și numit Mendelevium - în onoarea chimistului, care, mai presus de toate, merita un loc în tabelul periodic.

Vino la feed-ul nostru de știri dacă vrei mai multe astfel de povesti.

Notificare Facebook pentru UE! Trebuie să vă autentificați pentru a vizualiza și posta comentarii FB!