Pasaron 150 anos - Parte 2. Logros de Meyer, Mendeleev

Na década de 60 coñecíanse preto de 2/3 de todos os elementos naturais. Este número permitiu comparar as súas propiedades e mesmo atopar patróns de semellanza observada.

Os intentos realizados foron infructuosos ou esquecidos (ver episodio anterior), ata que dous químicos que daban clases de química xeral decidiron escribir libros de texto para os seus alumnos. En que orde se deben discutir os elementos coñecidos? Era necesario clasificalos para que a ordenación dos contidos fose lóxica (1).

1. Grandes rivais: á esquerda Lothar Meyer (1830-1895), á dereita Dmitry Ivanovich Mendeleev (1834-1907).

Sistema Meyer

O primeiro en notar iso As propiedades químicas e físicas, ordenadas por orde crecente de masa atómica, son periodicamente similares. (soaba así lei periódica), foi un químico alemán Lothar Meyer. Porén, non gañou fama como investigador, porque o seu sistema estaba... completo. Este paradoxo queda claro se o comparamos coa táboa periódica.

Meyer non deixou espazo para elementos aínda descoñecidos e mesmo omitiu algúns xa existentes porque non se aliñaron onde deberían estar. Ademais, recompilou a súa táboa anteriormente, pero publicou o descubrimento só cando xa se coñeceron os logros do ruso: os logros indubidables de Meyer só axudaron a consolidar a prioridade do seu competidor. A dependencia do volume molar (o volume dun mol) do peso atómico dado por el foi unha excelente ilustración da natureza periódica das propiedades dos elementos (2). Moitas outras propiedades tamén mostran unha dependencia similar (proba a crealo ti mesmo).

2. A gráfica do volume molar dos elementos é unha excelente ilustración da lei da periodicidade.

Gran día de Mendeleiev

A lenda di iso Dmitry Mendeleev Sempre levaba consigo tarxetas con datos sobre 63 elementos coñecidos naquela época e compoñía sen fin "solitario químico". Non se sabe se isto foi así, pero debeu pensar niso durante moito tempo. Hai poucos descubrimentos tan ben documentados na historia da ciencia. Os bosquexos que se conservan mostran que Mendeleiev comezou a traballar na mañá do 1 de marzo de 1869 (en Rusia, onde estaba en vigor o calendario xuliano daquela, era o 17 de febreiro). Despois de varias horas de ensaios, botou unha sesta, e pouco despois o sistema estaba listo (¿soñou?). Inmediatamente enviou copias da táboa a moitos químicos famosos, e pronto apareceron máis versións en revistas químicas. A forma da táboa era diferente á moderna, pero o esquema xeral aínda é comprensible para calquera químico (3).

3. A primeira forma da táboa de 1869, publicada nunha revista química alemá.

As conclusións que Mendeleiev sacou do seu descubrimento danlle pleno dereito á palma. Corrixiu varias valencias e masas atómicas mal identificadas (por exemplo, berilio ou uranio) e colocou estes elementos nos seus respectivos grupos. No caso do telurio e do iodo, así como do cobalto e do níquel, cambiou a orde das súas masas atómicas para que eles tamén estivesen nos lugares correctos (cría que as súas masas estaban incorrectamente determinadas, pero os intentos realizados para comprobalos non o fixeron. traer resultados).

Porén, o maior logro de Mendeleiev foi que deixou ocos no sistema que deberían ser cubertos por elementos aínda non descubertos, e determinou as súas propiedades.

Éxito…

Mendeleiev dedicouse á popularización da lei da periodicidade: daba conferencias e correspondía animadamente cos químicos máis famosos. Non obstante, non só esta actividade publicitaria do descubridor determinou o éxito da táboa periódica, senón que en realidade combinou elementos similares en grupos, incl. coa mesma valencia e propiedades similares das relacións creadas. Pronto fíxose o arranxo de Mendeleiev ferramenta básica para químicos e un excelente medio para ensinar esta materia.

Nos anos seguintes, Mendeleiev revisou constantemente a súa táboa, e os descubrimentos do eka-boro (Scand, 1879), eka-aluminio (galio, 1875) e eka-silicio (Alemaña, 1886) espertaron a xusta admiración dos químicos. No caso do galio, Mendeleiev mesmo pediu ao descubridor deste elemento que probase algunhas das propiedades do novo metal, xa que non coincidían coas súas predicións teóricas. Despois dunha segunda comprobación, Mendeleiev tiña razón!

Hai que engadir, non obstante, que aínda que algunhas das outras predicións foron confirmadas (por exemplo, o polonio atopou un lugar baixo telurio, cuxas propiedades correspondían ben ao dwi-telurio mendeleiano), outras non foron confirmadas (4).

4. Táboa periódica no libro de texto de 1871 con espazos para elementos aínda non descubertos.

...e perigo

Lantanovce dende o principio mantiveron os químicos de noite. Afortunadamente, en 1869 só se coñecían algúns deles, colocados entre o resto dos elementos. Non obstante, co descubrimento do seguinte, xurdiu un grave problema: os lantánidos diferían lixeiramente na súa masa atómica (polo tanto, tiñan que estar un ao carón do outro no sistema), pero a súa valencia era case sempre tres. Isto era contrario á lei da periodicidade, que obrigaba aos elementos veciños a estar en diferentes grupos e con diferentes valencias.

O problema non se resolveu ata a propia morte de Mendeleev - a maioría das veces todos colocáronse nunha "caixa" do sistema, e só o modelo moderno da estrutura do átomo deu unha explicación. As dificultades coa clasificación dos lantánidos provocaron incluso que numerosas voces cuestionasen a validez da propia lei da periodicidade.

En 1868 observouse helio no espectro do Sol, pero Mendeleiev non recoñeceu un elemento que non existía na Terra. Non obstante, nos anos 90 descubriuse no aire toda unha familia de gases nobres. A existencia de non-elementos tamén parecía contradicir a propia lei da periodicidade. Dende o dilema, creando para helicópteros un grupo especial de elementos cerovalentes (por certo, houbo un problema co seguinte par incorrecto: argón - potasio).

aínda que, en consecuencia, aclarou a propia lei da periodicidade, tamén puxo en perigo a obra de Mendeleiev. En pouco tempo identificáronse varias ducias de substancias con diferentes propiedades radioactivas.

Algúns deles mostraron as mesmas propiedades químicas, a pesar de diferentes masas atómicas, mentres que outros, coas mesmas masas, eran diferentes. Ademais, na área da táboa onde deberían terse colocado en termos de valores de masa atómica, non había suficientes espazos baleiros para acomodarlos todos. Unha avalancha de descubrimentos ameazou con engulir todo o sistema.

Explicación da lei da periodicidade

O propio Mendeleiev sospeitaba que a periodicidade das propiedades dos elementos é un reflexo da estrutura interna dos seus átomos. En 1910 Frederick Soddy introduciu o concepto isótopos. Despois da proba experimental da súa existencia, quedaron claras as masas atómicas fraccionarias dos elementos: a maioría deles son unha mestura de varios isótopos e a masa atómica é a media ponderada das masas de todos eles.

O ano 1913 Henry Moseley estudou os raios X emitidos por elementos coñecidos. O espectro de raios X é moi sinxelo: cada elemento emite só dúas liñas, cuxas lonxitudes de onda se correlacionan facilmente coa carga do seu núcleo. Isto fixo posible por primeira vez determinar o número real de elementos existentes e confirmou a conveniencia da permutación de Mendeleiev de pares incorrectos. Era moi importante atopar calquera oco na táboa periódica que estaba esperando a ser cuberto. A lei da periodicidade en si foi lixeiramente modificada e desde entón leu: As propiedades físicas e químicas dos elementos son unha función periódica do seu número atómico.

Nos anos posteriores, o descubrimento do hafnio (1922) e do renio (1925), así como a identificación do tecnecio obtido artificialmente (1937) táboa periódica e unha definición anterior das propiedades dos elementos buscados. Unha explicación completa da lei da periodicidade foi dada pola mecánica cuántica nos anos 20 e 30 do século pasado. Descubriuse que a periodicidade das propiedades dos elementos reflicte a periodicidade de encher as súas capas electrónicas.

Hoxe e no futuro

Durante 150 anos desenvolvéronse máis de cen matrices diferentes, pero dúas delas conseguiron aceptación.

O primeiro é figura curta (orixinal proporcionado polo propio Mendeleiev). Divídese en períodos e grupos: o principal (etiquetado: IA, IIA, etc.) i o lado (IB, IIB, etc.). Os lantánidos e actínidos sitúanse baixo todo o sistema. O grupo VIIIB contén nove elementos divididos en tríadas; aquí os químicos suxeriron semellanzas entre elementos adxacentes no período. A localización do hidróxeno é arbitraria: as súas propiedades distíngueno dos elementos de cada grupo. A forma curta da táboa é opaca, pero os seus grupos combinan elementos da mesma valencia (5).

5. Táboa resumida,...

Actualmente o máis común forma longa (prodúcese desde principios do século I). Os grupos principais están numerados 1 e 2 e do 13 ao 18, e os menores, do 3 ao 12 (debaixo da mesa tamén se colocan lantánidos e actínidos). A vantaxe é a transparencia e a agrupación de elementos en bloques de enerxía asociados aos electróns responsables da valencia (6).

Tamén aparece unha forma de matriz aínda máis longa - con lantánidos e actínidos, situados entre 2 e 3 grupos. Os problemas coa impresión de táboas longas xurdirán ao recibir elementos do 8o período, e isto pode ocorrer nun futuro próximo, porque. os físicos lograron cubrir todo o 7º período (ver: "", MT 2018) (7).

Ao longo dos anos, a lei da periodicidade demostrou repetidamente a súa valía e saíu ilesa de moitos perigos. Feitos que parecían contradilo posteriormente fixeron posible entendelo máis profundamente. A representación gráfica da lei da periodicidade, é dicir, a táboa da táboa periódica dos elementos, converteuse nun símbolo da química para todos.

Só

Houbo moitas anécdotas sobre Mendeleiev, e a súa imaxe coa súa característica barba peluda foi tan famosa no século XIX como a imaxe de Albert Einstein co seu cabelo perpetuamente despeinado no século pasado. O primeiro matrimonio de Mendeleiev rompeu. Segundo a lexislación rusa actual, non puido casar de novo ata sete anos despois do divorcio. Non obstante, conseguiu atopar un pop que accedeu a casar por unha gran cantidade. O caso recibiu publicidade e o clérigo foi privado dos seus poderes, pero Mendeleiev quedou impune, aínda que era bígamo segundo a lei. Cando un certo aristócrata, referíndose ao caso dun famoso químico, pediu ao propio rei permiso para casar antes de sete anos despois do divorcio, o gobernante respondeu: "Mendeleiev ten dúas esposas, pero eu só teño unha Mendeleiev".