Dmitrij Mendělejev a periodická tabulka z roku 1869

Kdo byl Dmitrij Mendělejev?

Dmitrij Ivanovič Mendělejev se narodil roku 1834 v Tobolsku na Sibiři jako nejmladší dítě z velké rodiny. Studoval v Petrohradě, bádal v německém Heidelbergu a v roce 1860 se zúčastnil kongresu v Karlsruhe, kde chemici diskutovali o tom, jak spolehlivě měřit atomové hmotnosti. Koncem 60. let 19. století byl profesorem chemie na Petrohradské univerzitě.

Problém z učebnice

Koncem 60. let 19. století psal Mendělejev novou učebnici Základy chemie. Potřeboval logické pořadí, v němž prvky představit, a těch bylo známo něco přes 60. Shromáždil jejich atomové hmotnosti a chemické vlastnosti, například vzorce jejich oxidů a počet atomů vodíku nebo chloru, s nimiž se slučují, a hledal vzorec, který by je všechny spojil.

Jak tabulku sestavil

Počátkem roku 1869 Mendělejev seřadil prvky podle rostoucí atomové hmotnosti a všiml si, že se podobné vlastnosti vracejí v pravidelných odstupech. Rozmístil prvky do mřížky tak, aby se rodiny, například alkalické kovy a halogeny, srovnaly do řad. Jeho práci přednesl v březnu 1869 Ruské chemické společnosti jeho kolega Nikolaj Menšutkin a stručné shrnutí brzy vyšlo německy, čímž se myšlenka rozšířila po Evropě.

Mendělejev vyslovil to, co nazval periodickým zákonem: vlastnosti prvků periodicky závisejí na jejich atomových hmotnostech. V roce 1871 zveřejnil vylepšenou tabulku, v níž rodiny běžely dolů v osmi svislých skupinách, což je uspořádání mnohem bližší tomu, které se používá dnes.

Chemie před pořadím podle hmotnosti

Mendělejev věřil chemickému chování více než číslům. Tam, kde by přísné pořadí podle hmotnosti zařadilo prvek do špatné rodiny, ho přesunul, a umístil tellur před o něco lehčí jod, aby se jod mohl připojit k ostatním halogenům. Trval také na tom, že několik uznávaných atomových hmotností je prostě chybných. Hodnotu uranu zdvojnásobil z asi 120 na 240, hodnotu india zvýšil z asi 76 na 113 a hodnotu beryllia snížil z asi 14 na 9. Pozdější měření ukázala, že měl pravdu ve všech třech případech, ačkoli tellur je skutečně těžší než jod, hádanka, která byla vyřešena až v roce 1913.

Mezery a eka-prvky

Nejodvážnější rysem tabulky byla její prázdná místa. Mendělejev nechal mezery tam, kam nepasoval žádný známý prvek, a v roce 1871 podrobně popsal tři z chybějících prvků. Pojmenoval je přidáním sanskrtské předpony eka-, znamenající „jeden“, k prvku nad každou mezerou v jeho tabulce: ekaaluminium bylo o jedno místo pod hliníkem, ekabor pod borem a ekasilicium pod křemíkem. U každého odhadl atomovou hmotnost, hustotu a vzorce i vlastnosti jeho sloučenin.

Potvrzení předpovědí

V roce 1875 francouzský chemik Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran objevil gallium. Jeho atomová hmotnost, asi 69,7, se blížila hodnotě 68, kterou Mendělejev přisoudil ekaaluminiu. Lecoq nejprve naměřil hustotu gallia 4,7 gramu na krychlový centimetr, ale Mendělejev napsal, že by měla být blízká jeho předpovězeným 5,9; s čistším vzorkem Lecoq získal 5,9.

V roce 1879 švédský chemik Lars Fredrik Nilson objevil skandium a jeho kolega Per Teodor Cleve upozornil, že odpovídá ekaboru, o němž Mendělejev očekával atomovou hmotnost 44 (u skandia je asi 45). V roce 1886 Clemens Winkler našel germanium, které se ekasiliciu těsně podobalo: Mendělejev předpověděl atomovou hmotnost 72 a hustotu 5,5 a u germania jsou 72,6 a 5,3.

Ne všechny jeho předpovědi se splnily a nepředvídal celou rodinu, vzácné plyny. Tyto tři úspěchy však přesvědčily většinu chemiků, že periodický zákon je skutečný.

Paralelní tabulka Lothara Meyera

Mendělejev nebyl jediným chemikem na této stopě. Německý chemik Lothar Meyer navrhl podobnou tabulku v roce 1868, i když byla zveřejněna až po jeho smrti, a v roce 1870 publikoval periodickou tabulku spolu s grafem závislosti atomového objemu na atomové hmotnosti, který stoupal a klesal v pravidelných vlnách. Meyer byl však opatrnější a podrobné předpovědi chybějících prvků nezveřejnil. Mendělejevovy sebevědomé předpovědi jsou velkou součástí toho, proč je s tabulkou nejtěsněji spojeno právě jeho jméno.

Uznání a mendelevium

V roce 1882 udělila Královská společnost v Londýně Davyho medaili Mendělejevovi a Meyerovi a v roce 1905 získal Mendělejev nejstarší ocenění společnosti, Copleyho medaili. Byl nominován na Nobelovu cenu za chemii, ale nikdy ji nezískal, a zemřel v Petrohradě v roce 1907.

V roce 1955 tým na Kalifornské univerzitě v Berkeley, včetně Alberta Ghiorsa a Glenna Seaborga, vyrobil prvek 101 bombardováním einsteinia částicemi alfa a na Mendělejevovu počest ho pojmenoval mendelevium. Byla to pozoruhodná pocta: prvek objevený ve Spojených státech, pojmenovaný po ruském vědci uprostřed studené války.