Jede Wissenschaft hat Ihre Lieblings-Jubiläum. Bei den Physikern ist die «Prinzipien» Newtons, das Buch des Jahres 1687, die verhängte Gesetze der Bewegung und Gravitation. Biologen Feiern Darwinist «die Entstehung der Arten» (1859) und sein Geburtstag (1809). Die Astronomen weisen darauf hin 1543, weil es dann Kopernikus setzte die Sonne ins Zentrum des Sonnensystems. Was Chemie betrifft, kein Grund zum Feiern nicht übertreffen die Entstehung des Periodensystems der Elemente, erstellt vor 150 Jahren, im März russische Chemiker Dmitri Iwanowitsch Менделеевым.
Periodensystem ist ebenso üblichen für Studierende der Chemie, wie Rechner für Buchhalter. Es enthält die ganze Wissenschaft in etwas mehr als hundert Quadrate mit Symbolen und zahlen. Es listet die Elemente, aus denen sich alle irdischen Stoffe gruppiert, so dass es möglich war, um Muster zu offenbaren in Ihren Eigenschaften, definieren Sie das Ziel der chemischen Forschung sowohl in der Theorie als auch in der Praxis.
Das Periodensystem ist zweifellos das wichtigste Konzept in der Chemie.
Periodensystem sah aus wie eine spezielle Tabelle, aber er wollte, dass Sie spiegelte eine Tiefe wissenschaftliche Wahrheit, die er öffnete: periodische Gesetz. Sein Gesetz offenbart die Tiefe familiäre Beziehung zwischen den bekannten chemischen Elementen – Sie zeigen ähnliche Eigenschaften in regelmäßigen Abständen (oder Perioden), wenn Sie legen Sie Sie in der Reihenfolge der atomgewichte und ließ Mendelejew Vorhersagen, die Existenz von Elementen, die noch nicht entdeckt wurden.
«Vor der Verkündung dieses Gesetzes Chemische Elemente waren nur fragmentierte, zufälligen Tatsachen in der Natur», sagte Mendelejew. «Das Gesetz der Periodizität erlaubte uns zum ersten mal sehen ungeöffnete Elemente in einem Abstand, der früher nicht verfügbar war für die Chemische Sicht».
Periodensystem nicht nur voraussagte, die Existenz der neuen Elemente. Sie bestätigte damals noch umstrittenen glauben an die Realität der Atome. Sie deutete auf die Existenz eines subatomaren Strukturen und vorausgesehen hat ein mathematisches Verfahren zugrunde liegenden Regeln, die Materie, die letztlich zeigten sich in der Quantentheorie. Seine Tabelle beendete die Umwandlung der chemischen Wissenschaft aus der mittelalterlichen magischen Mystik Alchemie in den Bereich der modernen Wissenschaftlichkeit. Periodensystem symbolisiert bildenden Stoffe nicht so sehr, wie viele logische Harmonie und prinzipielle Rationalität der Wissenschaft im Allgemeinen.
Wie entstand das Periodensystem
Die Legende besagt, dass Mendelejew konzipiert und erstellt die Tabelle in einem Tag: 17. Februar 1869 nach dem Russischen Kalender (für den größten Teil der Welt ist am 1. März). Aber das ist wahrscheinlich eine übertreibung. Mendelejew dachte über die Elemente einer Gruppierung im Laufe der Jahre, und andere Chemiker mehrmals betrachtet das Konzept der Beziehungen zwischen den Elementen in früheren Jahrzehnten.
In der Tat, der Deutsche Physiker Johann Wolfgang Доберейнер bemerkte Merkmale der Gruppierung der Elemente noch im Jahre 1817. In jenen Tagen Chemiker noch nicht vollständig verstehen die Natur der Atome, das Atomare Theorie von John daltona im Jahr 1808. In seinem «neuen System der chemischen Philosophie» Dalton erklärt die chemischen Reaktionen, was darauf hindeutet, dass jede Elementare Substanz besteht aus einem Atom eines bestimmten Typs.
Dalton schlug vor, dass Chemische Reaktionen neue Stoffe produziert, wenn die Atome getrennt oder verbunden. Er glaubte, dass jedes Element besteht ausschließlich aus einer Art von Atom, das sich von anderen nach Gewicht. Die Sauerstoffatome Wogen in acht mal größer als die Wasserstoffatome. Dalton meinte, dass die Kohlenstoffatome in sechs mal schwerer als Wasserstoff. Wenn Elemente werden für die Erstellung von neuen Stoffen, die Anzahl der reagierenden Stoffe kann berechnet werden unter Berücksichtigung dieser atomgewichte.
Dalton lag falsch bei manchen Massen – Sauerstoff tatsächlich in 16 mal schwerer als Wasserstoff und Kohlenstoff 12-mal schwerer als Wasserstoff. Aber seine Theorie hat die Idee von Atomen nützlich, вдохновив Revolution in der Chemie. Die genaue Messung der atomaren Massen war das Hauptproblem von Chemikern an den nächsten Jahrzehnten.
Nachdenken über diese Waage, Доберейнер wies darauf hin, dass bestimmte Gruppen von drei Elemente (er nannte Sie Triaden) zeigen eine interessante Verbindung. Brom zum Beispiel, hatte die Atommasse irgendwo zwischen den Massen von Chlor und JOD, und alle diese drei Elemente zeigten ein ähnliches chemisches Verhalten. Lithium, Natrium und Kalium wurden auch Trias.
Andere Chemiker beachteten Zusammenhang zwischen atomaren Massen und chemischen Eigenschaften, aber nur in den 1860er Jahren die atomaren Massen haben sich sehr gut verstanden und gemessen werden, gebildet, um ein tieferes Verständnis. Der englische Chemiker John Ньюландс bemerkt, dass die Anordnung der bekannten Elemente in der Reihenfolge der zunehmenden Atommasse des führte zu einer Wiederholung der chemischen Eigenschaften jeder achte Element. Dieses Modell nannte er das «Gesetz der Oktaven» in einem Artikel des Jahres 1865. Aber das Modell Ньюландса nicht sehr gut halten nach den ersten beiden Oktaven, woraufhin die Kritiker bieten ihm die Punktierung der Elemente in alphabetischer Reihenfolge. Und wie Mendelejew erkannte bald, das Verhältnis der Eigenschaften der Elemente und der atomaren Massen waren ein wenig komplexer.
Die Organisation der Elemente
Mendelejew geboren in Tobolsk, in Sibirien, im Jahre 1834 und wurde dem siebzehnten Kind bei seinen Eltern. Er lebte das bunte Leben, verfolgt unterschiedliche Interessen und unterwegs auf dem Weg zu hervorragenden Menschen. Während des Hochschulstudiums an der pädagogischen Hochschule in St. Petersburg, er fast starb an einer schweren Krankheit. Nach dem Studium unterrichtete er in Mittelschulen (brauchte es, um das Gehalt erhalten im Institut), gleichzeitig Studium der Mathematik und Naturwissenschaften für ein Master ‘ s degree.
Danach arbeitete er als Dozent und lektor (und schrieb die wissenschaftlichen arbeiten), bis Sie erhielt ein Stipendium für die erweiterte Tour Forschungen in den besten chemischen Laboratorien Europas.
Zurück in St. Petersburg, er war ohne Arbeit, so schrieb ein ausgezeichnetes Handbuch der organischen Chemie, in der Hoffnung, gewinnen Sie einen großen Geldpreis. 1862 dies brachte ihm die Auszeichnung der Demidow. Auch er arbeitete als Redakteur, übersetzer und Berater in verschiedenen chemischen Bereichen. 1865 kehrte er zur Forschung, erhielt den Doktor der Wissenschaften und wurde Professor der Petersburger Universität.
Kurz danach begann Mendelejew lehren der anorganischen Chemie. Vorbereitung zu meistern ist eine neue (für ihn) das Feld, blieb er unzufrieden mit den verfügbaren Lehrbüchern. Deshalb beschlossen, schreiben Sie einen eigenen. Die Organisation des Textes erforderte die Organisation der Elemente, so dass die Frage Ihre beste Anordnung war ständig bei ihm auf dem Herzen.
Zu Beginn des Jahres 1869 Mendelejew ausreichende Fortschritte erzielt, um zu verstehen, dass einige Gruppen von ähnlichen Elementen zeigten regelmäßig eine Zunahme der atomaren Massen; andere Elemente mit in etwa den gleichen atomaren Massen hatten ähnliche Eigenschaften. Es stellte sich heraus, dass das organisieren von Elementen in Ihrem atomaren Gewicht war der Schlüssel zu Ihrer Klassifizierung.
Nach eigenen Worten Mendelejew, er структурировал Ihr denken, indem jedes der 63 damals bekannten Elemente auf einer separaten Karte. Dann, durch eine Art von Spiel in der chemischen Solitaire, fand er die Gesetzmäßigkeit, nach der er gesucht hatte. In Position bringende Karten in vertikalen Spalten mit den atomaren Massen von niedrigen zu höheren, legte er die Elemente mit ähnlichen Eigenschaften in jeder horizontalen Reihe. Periodensystem von Mendelejew geboren. Er skizzierte Entwurfsversion 1. März, schickte Sie in den Druck und nahm in seinen Tutorial, das bald veröffentlicht werden musste. Auch er ist schnell vorbereitet, die Arbeit für die Darstellung der Russischen chemischen Gesellschaft.
«Elemente, sortiert nach der Größe Ihrer atomaren Massen, zeigen klare periodische Eigenschaften», Mendelejew schrieb in seiner Arbeit. «Alle Vergleiche, die ich verbrachte, führten mich zu dem Schluss, dass die Größe der atomaren Masse bestimmt die Art der Elemente».
Mittlerweile ist der Deutsche Chemiker Lothar Meyer arbeitete auch in der Organisation der Elemente. Er bereitete eine Tabelle, ähnlich der менделеевскую, vielleicht sogar früher als Mendelejew. Aber Mendelejew veröffentlichte seine erste.
Allerdings viel wichtiger als der Sieg über Meyer, war, wie benutzte Mendelejew seine Tabelle, um gewagte Prognosen über die unentdeckten Elementen. In der Vorbereitung Ihre Tabelle Mendelejew aufgefallen, dass einige Karten fehlten. Er war es, einen leeren Platz, um die bekannten Elemente konnten richtig einpendeln. Noch zu seinen Lebzeiten drei leere Plätze gefüllt waren früher unbekannten Elemente Gallium, Scandium und Germanium.
Mendelejew nicht nur die vorhergesagte Existenz dieser Elemente, aber auch richtig beschrieb Ihre Eigenschaften im Detail. Gallium, zum Beispiel, erbaut im Jahr 1875, hatte die Atommasse und Dichte 69,9 sechs mal größer als die des Wassers. Mendelejew vorausgesagt dieses Element (er nannte ihn экаалюминий), nur in dieser Dichte und der atomaren Masse 68. Seine Prognosen für экакремния eng aufeinander abgestimmt Deutschland (offenen 1886) nach der atomaren Masse (72 vorhergesagt, 72,3 tatsächlich) und Dichte. Es ist auch korrekt vorhergesagt die Dichte von Germanium-verbindungen mit Sauerstoff und Chlor.
Periodensystem hat sich bewahrheitet. Es schien, dass am Ende dieses Spiels das Pasian der Elemente Geheimnisse des Universums lüften. Dabei Mendelejew selbst war ein Meister in der Verwendung seiner eigenen Tabelle.
Erfolgreiche Voraussage von Mendelejew brachte ihm einen legendären Status des Assistenten der chemischen Magie. Aber heute Historiker streiten darüber, ob zementiert die Entdeckung der vorhergesagten Elemente die Annahme seiner periodischen Gesetzes. Die Verabschiedung des Gesetzes könnte in hohem Maße auf seine Fähigkeit, die installierte Chemische Verbindung. In jedem Fall, die prognostische Genauigkeit Mendelejew, auf jeden Fall hat die Aufmerksamkeit auf die Vorteile seiner Tabelle.
Zu den 1890er-Jahren Chemiker allgemein anerkannt sein Gesetz als ein Meilenstein in der chemischen Erkenntnis. 1900 der spätere Nobelpreisträger für Chemie-William Ramsay nannte es «die größte Verallgemeinerung, das es je gegeben hat in der Chemie». Und Mendelejew Tat dies, selbst ohne zu verstehen wie.
Mathematische Karte
In vielen Fällen in der Geschichte der Wissenschaft die großen Vorhersagen, basierend auf den neuen Gleichungen, erwiesen sich treu. Irgendwie Mathematik zeigt einige Natürliche Geheimnisse, bevor Experimentatoren Sie gefunden werden. Ein Beispiel ist die Antimaterie, die andere — die Expansion des Universums. Im Falle von Mendelejew, Vorhersage neuer Elemente entstanden, ohne irgendwelche kreative Mathematik. Aber eigentlich Mendelejew entdeckte eine Tiefe mathematische Karte der Natur, da seine Tabelle spiegelte die Bedeutung der Quantenmechanik, mathematische Regeln, die Atomare Architektur.
In seinem Buch Mendelejew stellte fest, dass «die internen Unterschiede der Materie, die Atome bilden», verantwortlich für die Eigenschaften der Elemente periodisch wiederholten. Aber er hielt an dieser Linie des Denkens. In der Tat, viele Jahre hat er darüber nachdachte, wie wichtig die Atomare Theorie für seine Tabellen.
Aber andere konnten Lesen Sie die innere Botschaft der Tabelle. Im Jahr 1888 entdeckte der Deutsche Chemiker Johannes Вислицен angekündigt, dass die Periodizität der Eigenschaften der Elemente, geordnet nach der Masse, gibt an, dass die Atome bestehen aus regelmäßigen Gruppen kleinerer Partikel. Also in gewisser Weise Periodensystem wirklich vorausgesehen hat (und lieferte den Beweis) die komplexe innere Struktur der Atome, während niemand hatte die geringste Vorstellung davon, wie man sah tatsächlich ein Atom oder hatte er irgendeine innere Struktur überhaupt.
Zum Zeitpunkt des Todes Mendelejew im Jahr 1907 die Wissenschaftler wussten, dass die Atome Teile unterteilt: Elektronen, die eine negative elektrische Ladung, Plus einige positiv geladene Komponente, machen die Atome elektrisch neutral. Der Schlüssel dazu, wie diese Teile, die Schlange, war die Eröffnung 1911, als der Physiker Ernest Rutherford, arbeitet an der Universität Manchester in England, entdeckte Atomkern. Kurz danach Henry Moseley, der mit Резерфордом, zeigte, dass die Anzahl positiver Ladung im Kern (Anzahl der Protonen, die es enthält, oder seine «Atom-Zahl») definiert die richtige Reihenfolge der Elemente im Periodensystem.
Atommasse war eng mit der Ordnungszahl Moseley — eng genug, um ordnen Sie die Elemente nach der Masse nur an einigen stellen anders als die Straffung nach der Zahl der. Mendelejew hat darauf bestanden, dass diese Massen waren falsch und mussten den erneuten Messung, und in einigen Fällen hatte er Recht. Noch ein paar Unstimmigkeiten, aber die Zahl der Atom-Moseley gut aufgestellt in die Tabelle.
Etwa zur gleichen Zeit der Dänische Physiker Niels Bohr erkannte, dass die Quantentheorie bestimmt die Position der Elektronen rund um den Kern, und dass die äußersten Elektronen bestimmen die chemischen Eigenschaften des Elements.
Ähnliche Anordnung der äußeren Elektronen werden in regelmäßigen Abständen wiederholt werden, erklärt die Gesetzmäßigkeiten, die ursprünglich offenbart Periodensystem. Bor schuf Ihre eigene Version der Tabelle 1922, basierend auf experimentellen Messungen der Energien der Elektronen (zusammen mit einigen Tipps aus dem periodischen Gesetz).
Tabelle Bor-Elemente Hinzugefügt, mit offenen 1869, aber es war die gleiche periodische Ordnung, einen Менделеевым. Ohne die geringste Ahnung über die Quantentheorie, eine Tabelle Mendelejew, die Atomare Architektur, diktiert die Quantenphysik.
Die neue Tabelle Bor wurde nicht weder die erste, noch die Letzte Variante des ursprünglichen Design Mendelejew. Hunderte von Versionen des Periodensystems wurden seitdem entwickelt und veröffentlicht. Moderne Form — horizontal-Design im Gegensatz zu der ursprünglichen vertikalen Version Mendelejew — wurde zum weithin beliebten erst nach dem Zweiten Weltkrieg, in vieler Hinsicht Dank der Arbeit des amerikanischen Chemikers Glenn Сиборга.
Сиборг und seine Kollegen haben ein paar neue Elemente synthetisch, mit Ordnungszahl nach zahlen des Urans, des letzten natürlichen Elements in der Tabelle. Сиборг sah, dass diese Elemente, трансурановые (Plus drei Elemente vor dem Uranos), forderten eine neue Zeile in der Tabelle, die nicht vorausgesehen Mendelejew. Tabelle Сиборга fügte die Zeile für die Einträge unter der gleichen in der Nähe von Seltenerd-Elemente, die auch keinen Platz in der Tabelle.
Beitrag Сиборг in der Chemie brachte ihm die Ehre nennen eigene Element — сиборгий mit der Nummer 106. Es ist eine von mehreren Elemente, benannt nach berühmten Wissenschaftlern. Und in dieser Liste gibt es natürlich das Element 101, einen Сиборгом und seine Kollegen im Jahr 1955 und genannt менделевием — zu Ehren des Chemikers, der vor allen anderen verdient einen Platz im Periodensystem.
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