Dmitrij Mendelejew i układ okresowy z 1869 roku

Kim był Dmitrij Mendelejew?

Dmitrij Iwanowicz Mendelejew urodził się w 1834 roku w Tobolsku na Syberii jako najmłodsze dziecko w licznej rodzinie. Studiował w Petersburgu, prowadził badania w Heidelbergu w Niemczech, a w 1860 roku uczestniczył w kongresie w Karlsruhe, na którym chemicy debatowali, jak rzetelnie mierzyć masy atomowe. Pod koniec lat 60. XIX wieku był profesorem chemii na Uniwersytecie Petersburskim.

Problem z podręcznikiem

Pod koniec lat 60. XIX wieku Mendelejew pisał nowy podręcznik, „Zasady chemii”. Potrzebował logicznej kolejności, w której przedstawi pierwiastki, a znano ich wtedy nieco ponad 60. Zebrał ich masy atomowe i właściwości chemiczne, takie jak wzory tlenków i liczba atomów wodoru lub chloru, z którymi się łączą, i szukał wzoru, który powiąże je wszystkie.

Jak zbudował układ

Na początku 1869 roku Mendelejew uszeregował pierwiastki według rosnącej masy atomowej i zauważył, że podobne właściwości wracają w regularnych odstępach. Rozmieścił pierwiastki w tabeli tak, że rodziny, takie jak metale alkaliczne i fluorowce, ustawiły się w jednej linii. Jego pracę przedstawiono Rosyjskiemu Towarzystwu Chemicznemu w marcu 1869 roku, a odczytał ją w jego imieniu kolega Nikołaj Mienszutkin; wkrótce ukazało się jej streszczenie po niemiecku, które przeniosło ideę przez Europę.

Mendelejew sformułował to, co nazwał prawem okresowości: właściwości pierwiastków zależą okresowo od ich mas atomowych. Do 1871 roku opublikował ulepszony układ, w którym rodziny biegły w dół ośmiu pionowych grup, co było znacznie bliższe dzisiejszemu układowi.

Chemia przed kolejnością mas

Mendelejew ufał zachowaniu chemicznemu bardziej niż liczbom. Tam, gdzie ścisła kolejność mas postawiłaby pierwiastek w złej rodzinie, przesuwał go, umieszczając tellur przed nieco lżejszym jodem, aby jod mógł dołączyć do innych fluorowców. Upierał się też, że kilka przyjętych mas atomowych jest po prostu błędnych. Podwoił wartość dla uranu z około 120 do 240, podniósł wartość dla indu z około 76 do 113 i obniżył wartość dla berylu z około 14 do 9. Późniejsze pomiary pokazały, że miał rację we wszystkich trzech przypadkach, choć tellur naprawdę jest cięższy od jodu, co było zagadką rozwiązaną dopiero w 1913 roku.

Luki i ekapierwiastki

Najodważniejszą cechą układu były jego puste miejsca. Mendelejew zostawiał luki tam, gdzie nie pasował żaden znany pierwiastek, a w 1871 roku opisał szczegółowo trzy brakujące pierwiastki. Nazwał je, dodając sanskrycki przedrostek eka-, czyli „jeden”, do nazwy pierwiastka nad każdą luką w swoim układzie: ekaglin stał jedno miejsce pod glinem, ekabor pod borem, a ekakrzem pod krzemem. Dla każdego oszacował masę atomową, gęstość oraz wzory i właściwości jego związków.

Przewidywania potwierdzone

W 1875 roku francuski chemik Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran odkrył gal. Jego masa atomowa, około 69,7, była bliska 68, które Mendelejew podał dla ekaglinu. Lecoq początkowo zmierzył gęstość galu na 4,7 grama na centymetr sześcienny, ale Mendelejew napisał, że powinna być zbliżona do przewidywanych przez niego 5,9; z czystszą próbką Lecoq uzyskał 5,9.

W 1879 roku szwedzki chemik Lars Fredrik Nilson odkrył skand, a jego kolega Per Teodor Cleve zauważył, że pasuje on do ekaboru, którego masę atomową Mendelejew spodziewał się na 44 (masa skandu to około 45). W 1886 roku Clemens Winkler znalazł german, bardzo dobrze pasujący do ekakrzemu: Mendelejew przewidział masę atomową 72 i gęstość 5,5, a dla germanu wynoszą one 72,6 i 5,3.

Nie wszystkie jego prognozy się sprawdziły i nie przewidział całej rodziny, gazów szlachetnych. Ale te trzy sukcesy przekonały większość chemików, że prawo okresowości jest prawdziwe.

Równoległy układ Lothara Meyera

Mendelejew nie był jedynym chemikiem na tym tropie. Niemiecki chemik Lothar Meyer naszkicował podobny układ w 1868 roku, choć opublikowano go dopiero po jego śmierci, a w 1870 roku opublikował układ okresowy wraz z wykresem objętości atomowej w zależności od masy atomowej, który rósł i opadał w regularnych falach. Meyer był jednak ostrożniejszy i nie opublikował szczegółowych przewidywań brakujących pierwiastków. Pewne siebie prognozy Mendelejewa to w dużej mierze powód, dla którego to jego nazwisko jest najściślej związane z układem.

Uznanie i mendelew

W 1882 roku Towarzystwo Królewskie w Londynie przyznało Mendelejewowi i Meyerowi Medal Davy'ego, a w 1905 roku Mendelejew otrzymał najstarszą nagrodę towarzystwa, Medal Copleya. Był nominowany do Nagrody Nobla z chemii, ale nigdy jej nie otrzymał, i zmarł w Petersburgu w 1907 roku.

W 1955 roku zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, w tym Albert Ghiorso i Glenn Seaborg, otrzymał pierwiastek 101, bombardując einstein cząstkami alfa, i nazwał go mendelew na jego cześć. Był to znaczący hołd: pierwiastek odkryty w Stanach Zjednoczonych, nazwany na cześć rosyjskiego uczonego w środku zimnej wojny.