Dmitri Mendelejev en het periodiek systeem van 1869

Wie was Dmitri Mendelejev?

Dmitri Ivanovitsj Mendelejev werd in 1834 geboren in Tobolsk, Siberië, als jongste kind van een groot gezin. Hij studeerde in Sint-Petersburg, deed onderzoek in Heidelberg in Duitsland en woonde in 1860 het Congres van Karlsruhe bij, waar scheikundigen debatteerden over hoe je atoomgewichten betrouwbaar kunt meten. Eind jaren 1860 was hij hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Sint-Petersburg.

Een probleem uit een leerboek

Eind jaren 1860 schreef Mendelejev een nieuw leerboek, Grondbeginselen van de scheikunde. Hij had een logische volgorde nodig om de elementen te behandelen, waarvan er net iets meer dan 60 bekend waren. Hij verzamelde hun atoomgewichten en chemische eigenschappen, zoals de formules van hun oxiden en het aantal waterstof- of chlooratomen waarmee ze zich verbinden, en zocht naar een patroon dat ze allemaal aan elkaar zou knopen.

Hoe hij het systeem opbouwde

Begin 1869 ordende Mendelejev de elementen naar toenemend atoomgewicht en zag dat vergelijkbare eigenschappen met regelmatige tussenpozen terugkeerden. Hij zette de elementen in een rooster zodat families zoals de alkalimetalen en de halogenen op één lijn kwamen te staan. Zijn artikel werd in maart 1869 voorgelegd aan de Russische Chemische Vereniging, voorgelezen namens hem door zijn collega Nikolaj Mensjoetkin, en al snel verscheen een samenvatting in het Duits, die het idee door Europa verspreidde.

Mendelejev formuleerde wat hij de periodieke wet noemde: de eigenschappen van de elementen hangen periodiek af van hun atoomgewichten. In 1871 had hij een verbeterd systeem gepubliceerd waarin de families in acht verticale groepen liepen, een indeling die veel dichter bij de huidige ligt.

Scheikunde vóór de gewichtsvolgorde

Mendelejev vertrouwde het chemische gedrag meer dan de getallen. Waar een strikte gewichtsvolgorde een element in de verkeerde familie zou hebben geplaatst, verplaatste hij het: hij zette telluur vóór het iets lichtere jood, zodat jood zich bij de andere halogenen kon voegen. Hij hield ook vol dat verschillende geaccepteerde atoomgewichten gewoon fout waren. Hij verdubbelde de waarde voor uranium van ongeveer 120 naar 240, verhoogde die van indium van ongeveer 76 naar 113 en verlaagde die van beryllium van ongeveer 14 naar 9. Latere metingen toonden aan dat hij over alle drie gelijk had, hoewel telluur werkelijk zwaarder is dan jood, een raadsel dat pas in 1913 werd opgelost.

Gaten en eka-elementen

Het gedurfdste kenmerk van het systeem waren de lege plekken. Mendelejev liet gaten open waar geen bekend element paste en beschreef in 1871 drie van de ontbrekende elementen in detail. Hij noemde ze door het Sanskriet voorvoegsel eka-, dat „één” betekent, toe te voegen aan het element boven elk gat in zijn systeem: eka-aluminium zat één plaats onder aluminium, eka-boor onder boor en eka-silicium onder silicium. Voor elk schatte hij het atoomgewicht, de dichtheid en de formules en eigenschappen van de verbindingen.

Voorspellingen bevestigd

In 1875 ontdekte de Franse scheikundige Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran gallium. Het atoomgewicht, ongeveer 69,7, lag dicht bij de 68 die Mendelejev aan eka-aluminium had gegeven. Lecoq mat de dichtheid van gallium eerst als 4,7 gram per kubieke centimeter, maar Mendelejev schreef dat die dicht bij zijn voorspelde 5,9 zou moeten liggen. Met een zuiverder monster kreeg Lecoq 5,9.

In 1879 ontdekte de Zweedse scheikundige Lars Fredrik Nilson scandium, en zijn collega Per Teodor Cleve wees erop dat het overeenkwam met eka-boor, waarvoor Mendelejev een atoomgewicht van 44 had verwacht (dat van scandium is ongeveer 45). In 1886 vond Clemens Winkler germanium, een goede match voor eka-silicium: Mendelejev had een atoomgewicht van 72 en een dichtheid van 5,5 voorspeld, en die van germanium zijn 72,6 en 5,3.

Niet al zijn voorspellingen kwamen uit, en hij zag een hele familie, de edelgassen, niet aankomen. Maar deze drie successen overtuigden de meeste scheikundigen dat de periodieke wet echt was.

Het parallelle systeem van Lothar Meyer

Mendelejev was niet de enige scheikundige op dit spoor. De Duitse scheikundige Lothar Meyer ontwierp in 1868 een vergelijkbaar systeem, hoewel het pas na zijn dood werd gepubliceerd, en in 1870 publiceerde hij een periodiek systeem samen met een grafiek van atoomvolume tegen atoomgewicht die in regelmatige golven op en neer ging. Meyer was echter voorzichtiger en publiceerde geen gedetailleerde voorspellingen van ontbrekende elementen. Mendelejevs zelfverzekerde voorspellingen zijn een groot deel van de reden waarom zijn naam het sterkst met het systeem wordt verbonden.

Erkenning en mendelevium

In 1882 kende de Royal Society in Londen haar Davy-medaille toe aan Mendelejev en Meyer, en in 1905 ontving Mendelejev de oudste onderscheiding van het genootschap, de Copley-medaille. Hij werd genomineerd voor de Nobelprijs voor de Scheikunde maar ontving die nooit, en hij overleed in 1907 in Sint-Petersburg.

In 1955 maakte een team van de University of California, Berkeley, onder wie Albert Ghiorso en Glenn Seaborg, element 101 door einsteinium te beschieten met alfadeeltjes en noemde het mendelevium ter ere van hem. Het was een opmerkelijke hommage: een element ontdekt in de Verenigde Staten, genoemd naar een Russische wetenschapper midden in de Koude Oorlog.