Elemente prezise de Mendeleev

În 1869, Dmitri Ivanovich Mendeleev a publicat Tabelul periodic al elementelor , în care elementele chimice erau aranjate în funcție de proprietățile lor similare, în ordinea crescătoare a greutății atomice [1] .

Spre deosebire de lucrările predecesorilor săi, Mendeleev a pornit de la presupunerea existenței unor elemente încă nedescoperite pe baza modificărilor periodice ale proprietăților fizice și chimice ale elementelor cunoscute. Au lăsat celule goale în tabel pentru elemente nedescoperite încă și au prezis proprietățile lor. Pentru a da elementelor prezise nume „provizorii”, Mendeleev a folosit prefixele „eka”, „dvi” și „trei” (din cuvintele sanscrite „unu”, „două” și „trei”), în funcție de câte poziții mai jos de la elementul deja descoperit cu proprietăți similare a fost elementul prezis. Așadar, germaniul înainte de descoperirea sa în 1886 a fost numit „ecasilicon”, iar reniul , descoperit în 1926, a fost numit „dwimarganez”.

Previziuni inițiale (1869-1870)

Deja în prima versiune a Tabelului periodic, publicată de D. I. Mendeleev în 1869, au fost incluse mai multe elemente decât au fost descoperite la acea vreme. Patru celule libere sunt lăsate în el pentru elemente încă necunoscute și sunt indicate greutățile atomice ale acestora (în „cote” apropiate ca valoare de masa unui atom de hidrogen).

Dezvoltând ideile de periodicitate în 1869-1871, D. I. Mendeleev a introdus conceptul locului unui element în sistemul periodic ca un set al proprietăților sale în comparație cu proprietățile altor elemente. Pentru a prezice proprietățile substanțelor și compușilor simpli, el a pornit de la faptul că proprietățile fiecărui element sunt intermediare între proprietățile corespunzătoare a două elemente învecinate din grupul tabelului periodic, două elemente învecinate în perioada și elementele diagonale - așa-numita „regula stelelor”. Pe această bază, în special, pe baza rezultatelor studierii secvenței modificărilor oxizilor care formează sticla, am corectat valorile maselor atomice a 9 elemente. În 1870, el a prezis existența, a calculat masele atomice și a descris proprietățile a trei elemente încă nedescoperite la acea vreme - „ekaaluminiu”, „ecabor” și „ecasiliciu” [2] . Apoi a prezis existența a încă opt elemente, inclusiv „ditellurium” - poloniu , „ekaioda” - astatin , „ecamarganezul” - tehnețiu , „ecacesia” - franciu .

Predicțiile lui Mendeleev au provocat scepticism și critici ascuțite în lumea științifică. Astfel, fizicianul german Wilhelm Ostwald , viitorul laureat al Premiului Nobel, a susținut că nu legea a fost descoperită, ci principiul clasificării „ceva nedefinit”. Robert Bunsen , descoperitorul rubidiului și cesiului , a scris că Mendeleev îi ducea pe chimiști „ într-o lume artificială a abstracțiunilor pure ”, iar Hermann Kolbe în 1870 a numit opera lui Mendeleev speculativă. Corectitudinea lui Mendeleev a fost dovedită convingător atunci când au fost descoperite elementele prezise de el: galiu (Paul Lecoq de Boisbaudran, 1875), scandiu (Lars Nilsson, 1879) și germaniu (Clemens Winkler, 1886) - ekaaluminiu, ecabor și, respectiv, ekasiliciu.

Triumful legii periodice

În 1875, chimistul francez Paul Emile Lecoq de Boisbaudran a descoperit în mineralul wurtzit  - sulfura de zinc ZnS - „ecaaluminiul” prezis de Mendeleev și l-a numit galiu Ga în onoarea patriei sale (numele latin al Franței este Galia). El a scris: „ Cred că nu este nevoie să insistăm asupra importanței mari a confirmării concluziilor teoretice ale domnului Mendeleev ”. Mendeleev a prezis cu exactitate proprietățile galiului: masa sa atomică, densitatea metalului, formula oxidului, clorurii, sulfatului. Mendeleev a prezis că va fi un metal foarte fuzibil . Tabelul de mai jos compară proprietățile prezise de Mendeleev cu proprietățile reale ale galiului .

În 1879, chimistul suedez Lars Nilson a descoperit scandiu în complexul mineral gadolinit. Mai târziu, Per Theodor Cleve a dovedit coincidența dintre proprietățile ekaborului prezis și scandiul recent descoperit și l-a informat pe Mendeleev despre acest lucru. Mendeleev a prezis o masă atomică de 44 pentru ekabor, iar masa atomică a scandiului a fost 44,955910. Nilson a scris: „ Nu există nicio îndoială că ecaborul a fost descoperit în scandiu... Astfel, considerațiile chimistului rus sunt cel mai clar confirmate, ceea ce nu numai că a făcut posibilă prezicerea existenței scandiului și galiului, ci și a prevedea lor. cele mai importante proprietăți în avans .”

Referitor la elementul ekasilition, Mendeleev a scris: „ Mi se pare că cel mai interesant dintre metalele lipsă, fără îndoială, va fi cel care aparține grupului IV de analogi ai carbonului, și anume seriei III. Va fi un metal imediat după siliciu și, prin urmare, îl vom numi ekasiliciu . Germaniul a fost izolat pentru prima dată în 1886 la Freiburg de către chimistul german Clemens Winkler în timp ce analiza rarul mineral argirodit . Descoperirea sa s-a dovedit a fi cea mai bună confirmare a teoriei lui Mendeleev la acea vreme, deoarece germaniul în proprietățile sale diferă mult mai mult de elementele învecinate decât cele două elemente prezise anterior.

Triumful puterii predictive a descoperirii lui Mendeleev a fost atât de puternic încât Winkler a fost respins din partea unor chimiști pentru numele pe care l-a propus „germaniu”. Ei au început să-l acuze pe Winkler de naționalism și de însuşirea descoperirii făcute de Mendeleev, care dăduse deja elementului numele de „ecasilicon”. Descurajat, Winkler a apelat la însuși Dmitri Ivanovici pentru un sfat. El a explicat că descoperitorul noului element a fost cel care ar trebui să-i dea un nume. Mai târziu, Winkler a scris: „Este greu de găsit o altă dovadă mai izbitoare a validității doctrinei periodicității, ca într-un element nou descoperit. Aceasta nu este doar o confirmare a unei teorii îndrăznețe, aici vedem o expansiune evidentă a perspectivei chimice, un pas puternic în domeniul cunoașterii .

Mendeleev a inclus portretele lui Lecoq de Boisbaudran, Nilsson și Winkler trimise lui într-un cadru general, intitulat „ Consolidatorii legii periodice ”. De la sfârșitul anilor 1880, Legea periodică a fost în sfârșit recunoscută ca unul dintre fundamentele teoretice ale chimiei.

Niciunul dintre oamenii de știință care au studiat relația dintre greutățile atomice și proprietățile elementelor înainte de Mendeleev sau în același timp nu a putut formula acest model la fel de clar ca el. În special, acest lucru se aplică lui J. Newlands și L. Meyer. Predicția elementelor încă necunoscute, proprietățile lor și proprietățile compușilor lor este numai meritul lui D. I. Mendeleev. ... În cel mai bun mod, el a putut să aplice metoda sa de interpolare orizontală, verticală și diagonală în sistemul periodic pe care l-a descoperit pentru a prezice proprietăți...

.

În 1937 a fost descoperit cel de-al 43-lea element (ecamarganez) - tehnețiul [3] .

Predicții pentru elemente grele

În 1871, Mendeleev a prezis existența unui element situat între toriu și uraniu . Treizeci de ani mai târziu, în 1900, William Crookes a izolat protactiniul ca impuritate radioactivă necunoscută într-o probă de uraniu. Diferiți izotopi ai protactiniului au fost apoi izolați în Germania în 1913 și 1918 [4] , dar elementul și-a primit numele modern abia în 1948.

Versiunea Tabelului Periodic publicată în 1869 a prezis existența unui analog mai greu de titan și zirconiu , dar în 1871 Mendeleev a plasat lantanul în acest loc . Descoperirea hafniului în 1923 a confirmat presupunerea inițială a lui Mendeleev.

În timpul creării primelor versiuni ale tabelului periodic, proprietățile elementelor pământurilor rare au fost studiate prost și nesigur. În plus, pentru elementele grele, modificarea periodică a proprietăților este mai complexă: criteriul analogiei atomilor nu l-a putut ajuta pe Mendeleev, ca în cazul ekabor, ekaaluminiu și ekasilicon; în acest caz, acest criteriu a fost lipsit cel puțin de puterea de predicție, ceea ce i-a redus valoarea științifică. Aceasta explică de ce predicțiile lui Mendeleev pentru elementele mai grele nu s-au adeverit la fel de precis ca pentru cele ușoare și de ce aceste predicții nu sunt la fel de cunoscute.

Ipoteza elementelor transhidrogen

În 1902, după descoperirea heliului și a argonului , Mendeleev le-a plasat în grupa zero a tabelului [5] . Îndoindu-se de corectitudinea teoriei atomice care explică legea constanței compoziției , el nu a putut considera a priori hidrogenul ca fiind cel mai ușor dintre elemente și a crezut că un membru și mai ușor al grupului zero inert din punct de vedere chimic ar putea trece neobservat. Existența acestui element Mendeleev a încercat să explice radioactivitatea .

Cel mai greu dintre cele două elemente transhidrogen ipotetice, Mendeleev l-a identificat cu coronium , numit după asocierea cu o linie spectrală inexplicabilă a coroanei solare . O calibrare greșită a instrumentului a dat o lungime de undă de 531,68 nm, care a fost corectată ulterior la 530,3 nm. Această lungime de undă a fost corelată de Grotrian și Edlen în 1939 cu linia de fier [6] .

Cele mai ușoare gaze din grupul zero, primul din Tabelul Periodic, i s-a atribuit o masă atomică teoretică între 5,3·10 −11 și 9,6·10 −7 . Particulele acestui gaz, pe care l-a numit newtoniu , Mendeleev a atribuit o viteză cinetică de ordinul a 2,5 10 6 m/s. Aproape fără greutate, particulele ambelor gaze, potrivit lui Mendeleev, ar fi trebuit să treacă cu ușurință prin grosimea materiei, practic fără a intra în reacții chimice . Mobilitatea mare și masa atomică foarte mică a gazelor transhidrogen ar duce la faptul că acestea ar putea fi foarte rarefiate, rămânând în același timp dense ca aspect.

Mai târziu, Mendeleev a publicat o dezvoltare teoretică asupra eterului . O carte numită „Conceptul chimic al eterului” a apărut în 1904 și a menționat din nou două gaze inerte ipotetice mai ușoare decât hidrogenul, coronium și newtoniu [7] . Sub „gazul eteric” Mendeleev a înțeles atmosfera interstelară, formată din două gaze transhidrogen cu impurități ale altor elemente și formată ca urmare a proceselor interne care au loc pe stele.

Note

1. ↑ Kaji, Masanori. Conceptul lui DIMendeleev despre elementele chimice și Principiile chimiei   // Buletin pentru istoria chimiei : jurnal. - 2002. - Vol. 27 , nr. 1 . - P. 4-16 . Arhivat din original pe 17 decembrie 2008.
2. ↑ Mendeleev D. I. Sistemul natural de elemente și aplicarea acestuia pentru a indica proprietățile elementelor nedescoperite  // Jurnalul Societății Ruse de Chimie. - 1871. - T. III . - S. 25-56 . Arhivat din original pe 17 martie 2014.
3. ↑ 1 2 Triumful lui Mendeleev Arhivat 24 februarie 2021 la Wayback Machine 
4. ↑ Emsley, John. Elementele de construcție  ale naturii . - (Copertă cartonată, prima ediție). - Oxford University Press , 2001. - P. 347. - ISBN 0198503407 .
5. ↑ Mendeleev, D. Fundamentals of Chemistry . — ediția a VII-a. - 1902. (Rusă)
6. ↑ Swings, P. Edlén Identificarea liniilor coronale cu linii interzise de Fe X, XI, XIII, XIV, XV; Ni XII, XIII, XV, XVI; Ca XII, XIII, XV; a X, XIV  (ing.)  // The Astrophysical Journal  : journal. - Editura IOP , 1943. - iulie ( vol. 98 , nr. 119 ). - P. 116-124 . - doi : 10.1086/144550 . și [1] Arhivat pe 23 septembrie 2008 la Wayback Machine
7. ↑ Mendeleev, D. O încercare de înțelegere chimică a eterului mondial . - Sankt Petersburg, 1903. (Rusă)
   Traducere în engleză:
   Mendeléeff, D.O încercare spre o concepție chimică a eterului  (engleză) / G. Kamensky (traducător). Longmans , Green & Co. , 1904.
   Vezi și:
   Bensaude-Vincent, Bernadette. L'éther, élément chimique: un essai malheureux de Mendéleev en 1904  (franceză)  // British Journal for the History of Science :revistă. - 1982. - Vol. 15 . - P. 183-188 . - doi : 10.1017/S0007087400019166 .

Literatură

• Scerri Eric. Tabelul periodic : povestea și semnificația sa  . — New York: Oxford University Press, 2007. — ISBN 0195305736 .