Varje vetenskap har sin egen favorit-årsjubileum. Fysiker det är “Principerna” Newtons bok 1687, som införde lagar om rörelse och gravitation. Biologer fira Darwins “om arternas Ursprung” (1859) och hans födelsedag (1809). Astronomer säger 1543, eftersom det är då Copernicus satte Solen i centrum av solsystemet. Med beaktande av kemi, ingen anledning för firandet inte trump uppkomsten av periodiska systemet av grundämnen, som skapades för 150 år sedan, i Mars, den ryska kemisten Dmitrij Ivanovitj Mendelejev.
Det periodiska systemet har blivit så bekant till studenter i kemi som miniräknare är för revisorer. Det innehåller all vetenskap i lite mer än hundra rutor som innehåller symboler och siffror. Här visas de element som utgör alla jordiska ämnen som är grupperade så att det var möjligt att identifiera mönster i sina egenskaper, definiera syftet med den kemiska forskningen både i teorin och i praktiken.
Det periodiska systemet är, utan tvekan, den mest viktigt begrepp i kemi.
Periodiska systemet såg ut som en särskild tabell, men han ville att det skulle spegla den djupgående vetenskaplig sanning som han hade upptäckt: den periodiska lagen. Hans lag avslöjade en djup familj relationer mellan de kända kemiska element, de uppvisar liknande egenskaper med jämna mellanrum (eller perioder), om vi ordna dem i den ordning de atomvikt och accepteras Mendeleev att förutsäga förekomsten av element som ännu inte hade upptäckts.
“Före offentliggörandet av denna lag av kemiska element var bara fragmentariska, tillfälliga fakta i Naturen,” sade Mendeleev. “Lagen om periodicitet första får oss att se oupptäckta element på ett avstånd som tidigare varit otillgängliga för kemiska vision.”
Tabell Mendeleev förutspådde att det finns nya element. Hon bekräftade då kontroversiella tro på verkligheten av atomer. Hon antydde förekomsten av subatomära struktur och förutsåg den matematiska apparaten underliggande regler som styr frågan, som i slutändan visat sig i den kvantmekaniska teorin. Hans bord avslutade omvandlingen av kemi från den medeltida magisk mystik alchemy till en modern vetenskaplig stringens. Periodiska symboliserar inte bara komponenter av ämnet, hur många logiska harmoni och grundläggande rationalitet i vetenskap som helhet.
Hur var det periodiska systemet
Legenden säger att Mendeleev planerat och skapat ditt kalkylblad på en enda dag: februari 17, 1869 ryska kalendern (för de flesta delar av världen är den 1 Mars). Men detta är sannolikt en överdrift. Mendeleev tyckte om att gruppera element för år, och andra kemister gånger ansåg begreppet anslutningar mellan element i de tidigare decennierna.
I själva verket, tyske kemisten Johann Wolfgang Dobereiner uppmärksammat egenheter i den gruppering av element i 1817. I dessa dagar, kemister är ännu inte helt förstått den typ av atomer som beskrivs av kärnvapen teori John Dalton 1808. I hans “new system of chemical philosophy,” Dalton förklarade kemiska reaktioner, om man antar att varje grundskola ämne som består av en atom av en viss typ.
Dalton antas att kemiska reaktioner som producerar nya ämnen när atomerna är frånkopplad eller ansluten. Han trodde att alla element består helt och hållet av en typ av atom som skiljer sig från andra vikt. Syre atomer väger åtta gånger mer än väte atomer. Dalton tror att atomer av kol är sex gånger tyngre än väte. När elementen kombineras för att skapa nya ämnen, det belopp som av reaktanter kan beräknas baserat på dessa atomvikt.
Dalton hade fel om lite massa i verkligheten syre är 16 gånger tyngre än väte och kol är 12 gånger tyngre än väte. Men hans teori gjorde tanken på atomer är användbart för att inspirera till en revolution i kemi. Noggrann mätning av atommassan har blivit en stor fråga av kemister i årtionden.
Funderar på dessa skalor, Dobereiner noteras att vissa uppsättningar av tre delar (han kallade dem triader) visar på ett intressant samband. Brom, till exempel, hade en atomvikt någonstans mellan massorna av klor och jod, och alla dessa tre faktorer visade på liknande kemiska beteende. Litium, natrium och kalium var också en triad.
Andra kemister hade lagt märke till sambandet mellan atomvikt och kemiska egenskaper, men bara på 1860-talet av atomens massa av stål är ganska väl kartlagd och mätas, för att utveckla en djupare förståelse. Engelska kemisten John Newlands märkt att arrangemang av kända element i syfte att öka atommassa ledde till en upprepning av kemiska egenskaper vart åttonde elementet. Denna modell, som han kallade “lagen om oktaver” i artikel 1865. Men modellen av Newlands inte mycket välvårdad efter de två första oktaverna som fick kritiker att be honom att ordna element i alfabetisk ordning. Och så snart insåg Mendeleev, egenskaper för element och atommassan var lite mer komplicerat.
Den organisation av elementen
Mendeleev var född i Tobolsk, Sibirien 1834 och var den sjuttonde barnet till sina föräldrar. Han levde ett ljust liv, bedriver olika intressen och reser på vägen till framstående personer. Samtidigt erhålla högre utbildning vid pedagogiska Institutet i St. Petersburg, han nästan dog av en allvarlig sjukdom. Efter examen har han undervisat i gymnasieskolan (den hade fått en lön på Institutet), samtidigt studerar matematik och vetenskap för att få en masterexamen.
Han arbetade sedan som lärare och föreläsare (och skrev vetenskapliga artiklar), har ännu inte fått ett stipendium för avancerade runda av studier i bästa kemiska laboratorier i Europa.
Återvänder till St. Petersburg, fann han sig utan ett jobb, så jag skrev för organisk kemi i hopp om att vinna en stor prissumma. 1862, det förde honom Demidov pris. Han har också arbetat som redaktör, översättare och konsult i olika kemiska fält. 1865 han återvände till sina studier, fick en Doktorsexamen och blev Professor i St. Petersburg University.
Kort därefter, Mendeleev började undervisa oorganisk kemi. Redo att lära dig detta nya (för honom) fältet, han var fortfarande missnöjd med tillgängliga läroböcker. Så jag bestämde mig för att skriva min egen. Organisation krävs organisation element, därför frågan om den bästa placeringen var ständigt på hans sinne.
Genom att tidigt 1869, Mendeleev gjort tillräckliga framsteg för att förstå att vissa grupper av sådana element visade en regelbunden ökning av atomens massa; de andra elementen med ungefär samma atommassa har liknande egenskaper. Det visade sig att den beställning av delar enligt deras atomvikt var nyckeln till deras klassificering.
I hans egna ord Mendeleev, han strukturerade sitt tänkande genom att skriva alla de 63 då kända grundämnena på ett separat kort. Sedan, genom ett slags spel av kemiska solitaire, han hittade ett mönster som jag var ute efter. Placera korten i vertikala kolumner med masstal från de lägre till de högre placerade han delar med liknande egenskaper i varje horisontell rad. Mendeleev periodiska tabellen var född. Han ritade ut utkast version 1 Mars, skickade det i tryckt form och som ingår i din lärobok som snart skulle komma att publiceras. Han kom också snabbt beredd att arbeta för presentation till den ryska kemiska samhället.
“De artiklar som beställts av storleken av deras atommassa, visar tydliga periodiska egenskaper”, Mendeleev skrev i sitt arbete. “Alla de jämförelser som jag genomfört, har lett mig till slutsatsen att storleken på atomvikt bestämmer den typ av element.”
Under tiden, tysk kemist Lothar Meyer var också arbetar på organisation av elementen. Han har förberett ett bord som liknar Mendeleev, kanske till och med innan Mendelejev. Men Mendeleev publicerade sin första.
Men mycket viktigare än segern över Meyer, var hur Mendeleev används sitt bord för att göra djärva förutsägelser om oupptäckta element. Förbereda ditt bord, Mendeleev märkt att vissa kort var borta. Han var tvungen att lämna tomma utrymmet nedan kända faktorer skulle kunna anpassas på rätt sätt. Under sin livstid tre tomma platser var fyllda med tidigare okända delar: gallium, skandium och germanium.
Mendeleev inte bara förutsade existensen av dessa element, men också korrekt beskrev deras egenskaper i detalj. Gallium, till exempel, öppnade 1875, hade en atommassa på 69,9 och en densitet som är sex gånger större än i vatten. Mendeleev förutspådde detta element (han kallade det akhalubani), endast densitet och atomvikt 68. Hans förutsägelser för icecreme matchar Tyskland (öppnas i 1886) atomens massa (72 förutspådde 72,3 faktiskt) och densitet. Han förutspådde korrekt densitet av germanium föreningar med syre och klor.
Det periodiska systemet var profetisk. Det verkade som att i slutet av detta spel detta pasian av de element som kommer att avslöja Universums hemligheter. Han Mendeleev var en mästare i att använda samma tabell.
Mendeleev framgångsrika förutsägelser har förtjänat hans legendariska status master av kemiska magi. Men idag, historiker tvistar om huruvida koncernens upptäckten av den förväntade element vilket gör det till den periodiska lagen. Antagandet av lagen kunde vara mer att göra med hans förmåga att förklara etablerade kemisk bindning. I alla fall, automatisk noggrannhet av Mendeleev, naturligtvis, drog uppmärksamheten till fördelar på hans bord.
Av 1890-talet och åren kemister har allmänt erkänd lagen som en milstolpe i kemisk kunskap. I 1900 år, den framtida nobelpristagare i kemi William Ramsay har kallat det “den största syntes som någonsin har ägt rum i kemi.” Mendeleev gjorde detta, han förstod inte hur.
Matematiska kort
I många fall i vetenskapens historia bra förutsägelser baserade på nya ekvationer har varit rätt. På något sätt matten avslöjar några naturliga hemligheter, innan experimentalister hittade dem. Ett exempel är antimateria är den andra expansionen av Universum. I fall av Mendelejev, prediktion av nya element uppstod utan någon form av kreativ matematik. Men i själva verket, Mendeleev upptäckte den djupa matematiska natur på kartan, eftersom tabellen återspeglar värdet av kvantmekaniken, den matematiska regler för kärnkraft arkitektur.
I sin bok, Mendeleev konstaterade att “de interna skillnaderna i fråga, whichthe atomer”, som kan vara ansvariga för att regelbundet upprepa egenskaper för element. Men han har inte anslutit sig till detta synsätt. I själva verket för många år funderade han på vikten av kärntekniska teori för sin tabell.
Men andra kunde läsa det inre budskapet bordet. 1888 den tyske kemisten Johannes Wisliceny meddelade att periodiciteten i egenskaper för element, som anordnas av massa, visar att atomer är uppbyggda av vanliga grupper av mindre partiklar. Således, i någon mening, det periodiska systemet är riktigt förväntat (och förutsatt att bevis) komplexa interna strukturen av atomer, medan ingen hade den minsta aning om hur det verkligen såg ut som en atom, eller om han hade någon inre struktur alls.
Vid tiden för döden av Mendeleev 1907, forskare visste att atomer är uppdelad i delar: de elektroner, som redovisade negativ elektrisk laddning, plus några positivt laddade komponent, vilket gör att atomerna elektriskt neutral. Nyckeln till hur dessa delar line up var invigningen 1911, när fysikern Ernest Rutherford, som arbetar vid Universitetet i Manchester i England, upptäckte atomkärnan. Snart efter Henry Moseley, som arbetade med Rutherford visade att mängden positiv laddning i kärnan (antalet protoner i kärnan som den innehåller, eller dess atomnummer”) definierar rätt ordning av element i det periodiska systemet.
Den atomvikt har nära samband med atomnummer Moseley — ganska nära till beställning av delar av massan endast på ett fåtal ställen skiljer sig från den beställningsnummer. Mendeleev insisterade på att massorna var felaktiga, och det behövs re-mätning, och i vissa fall hade han rätt. Det fanns en del skillnader, men atomnummer Moseley är perfekt utformad för att bordet.
Runt samma tid, den danske fysikern Niels Bohr insåg att kvantmekaniska teorin anger platsen för elektroner som omger kärnan, och att den mest avlägsna elektroner bestämma den kemiska egenskaper för elementet.
Ett liknande arrangemang av de yttre elektronerna skulle vara regelbundet återkommande, att förklara de mönster som var ursprungligen identifierades på det periodiska systemet. Bohr skapade sin egen version av tabellen 1922, baserat på experimentella mätningar av energin från elektronerna (tillsammans med lite hjälp från den periodiska lagen).
Tabell Bor tillagda objekt, öppna sedan 1869, men det var samma tidskrift för, öppna genom Mendeleev. Att inte ha den minsta aning om kvantmekaniska teorin, Mendeleev skapat en tabell som visar de kärntekniska arkitektur, som styrs av kvantfysik.
Ny tabell Bor var varken den första eller den sista versionen av den ursprungliga design-element. Hundratals versioner av det periodiska systemet har sedan dess utvecklats och publicerats. Moderna form — horisontell utformning till skillnad från den ursprungliga vertikala version av Mendeleev blev mycket populärt först efter Andra världskriget, till stor del genom arbetet i Amerikansk kemist Glenn Seaborg.
Seaborg och hans kollegor har skapat flera nya syntetiska element med atom-nummer efter uran, de sista naturliga element i tabellen. Seaborg såg att dessa element, transuranic (plus tre element som föregår uran), krävde en ny rad i tabellen vilket inte är förväntade Mendeleev. Tabell Seaborg lagt till en linje för dessa delar under liknande angränsande sällsynta jordartsmetaller, som inte har plats i tabellen.
Bidrag Seaborg i kemi förde honom äran att namnge din egen del — cyborgy nummer 106. Detta är en av flera faktorer som uppkallats efter kända forskare. Och i denna lista, naturligtvis, det är den del 101, offentlig Seaborg och hans kollegor 1955 och heter mendelevium — för att hedra kemist, som före alla andra, har förtjänat en plats i det periodiska systemet.
Besök vår kanal nyheter om du vill ha mer såna här historier.