otec periodické tabulky

nutkání objevovat vzory v našem okolí, se zdá být základní lidská vlastnost. Před tisíci lety naši vzdálení předkové postavili masivní kamenné památky, které byly přesně zarovnány s významnými body v ročním slunečním cyklu. A v 19. století si přemýšliví chemici všimli rodinných podobností mezi prvky a pokusili se je vložit do vysvětlujícího paradigmatu.,

před sto lety udělal Dmitrij Mendeleev zásadní krok v tomto hledání pořádku mezi prvky zveřejněním prvního návrhu své periodické tabulky. V roce 2019 slaví celosvětové společenství chemiků toto výročí a správně. Stejně jako Stonehenge, tabulka odráží zákonitosti v přírodě, které byly způsobeny příčinami, které zůstaly tajemné, když byly původně postaveny. Ale jak Mendeleev přišel postavit svůj památník?,

raná léta

Dmitri vyrostl na Sibiři, na vnějším okraji západní civilizace. Jeho domov Tobolsk je o 1000 km blíže Pekingu než Paříži a jeho cesta odtud k vědecké eminenci byla obtížná., Byl nejmladším z více než tuctu Mendeleevových sourozenců a brzy po jeho narození v roce 1834 donutil jeho otec Ivan, středoškolský učitel, do důchodu. Nedostatečnost Ivan důchodu řídil jeho manželka Maria, aby se na řízení semi-opuštěné sklárny, dříve provozované její bratr.

tento podnik podporoval rodinu až do roku 1848, kdy vyhořel. Pak Ivan zemřel a v roce 1849 Maria vzala své dvě nejmladší děti do Moskvy a doufala, že její bratr pomůže Dmitrimu vstoupit na univerzitu., Když tento plán selhal, přestěhovali se do Petrohradu a v roce 1850 byl Dmitri přijat (poněkud neochotně) vysokou školou, kde jeho otec trénoval jako učitel. Přednášející tam-Alexander Voskresensky, který studoval v Německu pod Justusem Liebigem-povzbudil Dmitriho zájem o chemii.

absolvoval v roce 1855 a jeho disertační práce-o izomorfismu a dalších vztazích mezi fyzikální formou a chemickým složením – byla publikována v hornickém časopise. Následovaly další články pro vědecká a technická periodika, ale postrádal bezpečný příjem., V té době zemřela jeho matka i sestra a on sám trpěl tuberkulózou. Rok výuky v benignějším klimatu Krymu však výrazně zlepšil jeho zdraví a nový lékař s jistotou odmítl předchozí diagnózu.

na podzim roku 1856 Mendělejev úspěšně obhájil diplomovou práci na vztazích mezi konkrétními objemy látek a jejich krystalografické a chemické vlastnosti. Krátce poté ho Univerzita v Petrohradě licencovala jako učitele chemie a umožnila mu přístup do své laboratoře., V roce 1859 získal státní finance na dva roky pokročilého studia v zahraničí.

Vytvoření kariéry

Na Univerzitě v Heidelbergu v Geman, Mendělejev dělal výzkum na několika tématech, včetně povrchové napětí, kapilarita a odpařování, a on udržel zájem mezimolekulárních sil v celé jeho kariéře. V roce 1860 se zúčastnil konference Karlsruhe, kde italský chemik Stanislau Cannizzaro vydal průlomový papír o atomových hmotnostech (nyní nazývaný relativní atomové hmotnosti)., To byl zásadní krok směrem k periodické soustavy, jako dříve, tam byl značný spor o přiřazení atomových vah prvků.

někteří chemici tvrdili, že tyto hmotnosti jsou irelevantní, nebo úplně popřeli fyzickou existenci atomů. Další přednost systému, na základě atomové hmotnosti osm pro kyslík, za předpokladu, že voda má vzorec byl HO, spíše než H2O. Ale na Karlsruhe Cannizzarro oživil myšlenky na jeho krajana Amadeo Avogadro na podporu H2O voda vzorec a atomové hmotnosti 16 pro kyslík., Během 1860s názoru posunul v jeho prospěch – naštěstí pro Mendělejev, jako zákonitosti, které mu poukázal na periodické tabulce by byly méně viditelné na starší systém.

po návratu do Petrohradu v roce 1861 Mendeleev pokračoval ve výuce na univerzitě a zároveň přednášel na městském technologickém institutu. Kromě toho, on publikoval organické chemie učebnice a několik článků na technická encyklopedie, stejně jako cestování široce hledat příležitosti k uplatnění vědeckých objevů k hospodářskému rozvoji Ruska., Návštěva ropných polí v Baku v roce 1863 začala například jeho dlouhodobý závazek vůči rozvíjejícímu se petrochemickému průmyslu.

Mendeleevova doktorská práce (o teorii řešení) byla přijata v roce 1865 a v roce 1867 ho univerzita jmenovala profesorem obecné chemie. Musel přednášet o anorganické chemii, a protože neexistovala uspokojivá ruská učebnice, začal psát jednu. To se zaměřilo jeho mysl na výzvu uspořádání chemických prvků v řádném vzoru., Několik dalších – včetně Leopold Gmelin v Německu, Jean Baptiste Dumas ve Francii a John Newlands v Anglii – byl pokus o to, s omezeným úspěchem. Mendeleev si byl vědom některých z těchto snah, ale jeho vlastní přístup byl v důležitých ohledech charakteristický.

Uvedení své karty na stůl

průlom přišel brzy v roce 1869, jako Mendělejev byla příprava pro další průmyslové tour – tentokrát vyšetřovat a zlepšit sýrů techniky. Mezitím, když dokončil první svazek své učebnice,snažil se vytvořit rámec pro druhou.,tomické váhy a typické vlastnosti, analogické prvky a jako atomové váhy na samostatných kartách, a to mě brzy přesvědčilo, že vlastnosti prvků jsou v periodické závislosti na jejich atomových váhách…“
D Mendeleev, principy chemie, 1905 (přidán důraz)

Mendeleev rozložil své karty ve sloupcích a řadách, jako by ve hře Solitaire nebo Patience – oblíbená zábava jeho během železničních cest., Vertikální sloupce uvedeny známé prvky v pořadí podle rostoucí atomové hmotnosti, s nový sloupec je zahájena vždy, když tento umožnil mu, aby se vešly prvky s podobnými vlastnostmi do stejné vodorovné řadě.

jak poznamenali jiní chemici, několik skupin prvků – zejména alkalických kovů a halogenů – jasně patřilo k sobě. Ale mnoho dalších – zejména prvky vzácných zemin (lanthanidy) – představovalo problémy, které však byly uspořádány. V tomto okamžiku se Mendeleev, na rozdíl od většiny svých předchůdců, odmítl vzdát boje.,

Pokud se pozice prvku v jeho tabulce zdála anomální, byl ochoten upravit svou atomovou hmotnost, aby jí poskytl kompatibilnější společníky. Například navrhl, aby vzorec pro oxid beryllium byl BeO, spíše než přijatý Be2O3. To snížilo beryliumovu atomovou hmotnost, což mu umožnilo lokalizovat ji spíše hořčíkem než hliníkem.

6. Března 1869 byl ruské chemické společnosti předložen první hrubý náčrt jeho stolu (organizace, kterou pomohl najít před několika měsíci)., Později téhož roku publikoval časopis society více zvažovanou verzi, jejíž krátký abstrakt se objevil v německém překladu. To přitahovalo malou pozornost mimo Rusko, ale Mendělejev vytrval, nadále vyložit více karet na stole.

pozor na mezery

revidovaný diagram Mendeleev publikovaný v roce 1871 vypadá modernějším očím známější. Pro jeho sestavení učinil další předpoklady. Například, on snížil atomovou hmotnost telluria, dělat jeho soused jód těžší ze dvou., To mu umožnilo umístit jód s halogeny a tellurium se sírou a selenem. Takové úpravy byly pravděpodobně v rozsahu experimentální chyby v té době. Mendeleev však nemohl předvídat, že se atomové číslo spíše než atomová hmotnost později stane principem uspořádání tabulky, nebo že identifikace izotopů hmotnostní spektrometrií nakonec vysvětlí tyto a další anomálie.,

se stejnou drzostí Mendeleev vylepšil soudržnost své tabulky tím, že ponechal mezery pro dosud neobjevené prvky k dokončení vzoru, který předpokládal. Kromě předvídání jejich chemického charakteru jim také přidělil pomyslné hodnoty pro fyzikální vlastnosti, jako je měrná hmotnost a bod tání.,

první-gallium-byl spektroskopicky identifikován francouzským chemikem Paulem Lecoqem de Boisbaudranem v roce 1875. Když se dost, to se stalo k dispozici pro testování, všechny galia vlastnosti uzavřeno Mendělejev předpovědi – s výjimkou jeho specifická hmotnost, která se zdála být 4.7. Nicméně, po Mendělejev doporučuje čerstvé měření bylo zjištěno, 5.9 – prakticky totožné s jeho předpokládané číslo.,

objevení skandia v roce 1879 a germanium v roce 1885 – oba vystavující vlastnosti Mendělejev předpověděl pro ně – přesvědčil více chemiků, že jeho stolu, navzdory své zbývající anomálie, byl příliš vhodné ignorovat. Mezitím jiní vědci (zejména Lothar Meyer v Německu) také zdůraznili periodické změny fyzikálních vlastností prvků. Mendělejev později poznamenal: ‚i když jsem měl své pochybnosti o nějaké obskurní body, ještě jsem nikdy nepochyboval o univerzálnosti tohoto zákona, protože to nemůže být výsledkem náhody.,“

i když měl pravdu o nadprůměrném principu periodicity, Mendeleev nebyl neomylný jako prorok. Předpověděl několik dalších prvků, které nebyly nikdy nalezeny. A tvrdil, až do konce jeho života, že éter – základní ale nezjistitelné součásti, pak v uznávaných teorií světla a elektromagnetismu – byla opravdu chemický prvek, i když se mu nepodařilo izolovat v laboratoři. Navrhl, že by to mohlo být nejlehčí z ušlechtilých plynů s atomovou hmotností 0,17.,

pozdější roky

ve svém soukromém životě byl Mendeleev vzdorovitě nekonvenční. Nechal si ostříhat vlasy a vousy ostříhat jen jednou za rok, což odmítl měnit tento zvyk i pro publikum s carem. Také jeho domácí uspořádání bylo poněkud nepravidelné. V roce 1862 se oženil s Feosvou Leschevou, která byla řízena jejím směrem dobře míněnou starší sestrou, která si myslela, že je čas, aby se usadil. Pár měl dvě děti, ale následující období rostoucí vzájemné neštěstí, dohodli se, samostatný, střídavě zabírat Dmitri je městský dům a jeho zemi útočiště.,

o několik let později se Dmitri zamiloval do Anny Popovové, 17leté studentky umění. Když ji rodiče Anny poslali pryč, aby pokračovala ve studiu v Římě, Dmitri ji následoval a v roce 1881 47leté navrhované manželství. Anna přijala, ale i poté, co se Dmitri a Feosva rozvedli, zůstala další překážka. Ruská pravoslavná církev uznala občanské rozvody, ale požadovala sedmiletý interval před následným manželstvím., Nicméně, v roce 1882 Dmitri našel kněz ochoten (pro značný poplatek) obřad předčasně, a to navzdory jejich nejednoznačné – a technicky bigamní – situace, pár žil šťastně a společně vychovali čtyři děti.

V politice Mendělejev byl také maverick – otevřený liberál, který rezignoval na svou profesuru v roce 1890 se oddělit sebe od vlády kruté potlačení studentských protestů. Toto gesto jeho studenti tleskali, ale vyvolalo nepřátelství v oficiálních kruzích., Nicméně, Sergius Witte, ruský ministr financí od roku 1892, ocenil hodnotu Mendělejev příspěvky a v roce 1893 ho jmenoval předsedou vlády úřad pro míry a váhy. Z této základny pokračoval v uplatňování vědeckých poznatků na pomoc hospodářskému rozvoji Ruska.

V roce 1905, Londýnské Královské Společnosti poctěn Mendělejev s jeho Copley medaile, které již obdržel své Davy medaili v roce 1882., V roce 1906 byl nominován na Nobelovu cenu, ale i když chemie panel podporoval jeho kandidaturu ocenění výbor rozhodl, že jeho objev není dostatečně aktuální, aby nárok ho za úplatu. Rozhodnutí pravděpodobně ovlivnil švédský fyzikální chemik Svante Arrhenius, který se v minulosti střetl s Mendelejevem.

téměř půl století po jeho smrti v roce 1907 se Mendeleev připojil k ještě exkluzivnějšímu klubu. V roce 1955 fyzici na University of California v Berkeley campus bombardovali element 99 (einsteinium) alfa částicemi, aby vytvořili stopy prvku 101., Oficiálně potvrzeno jako „mendelevium“, tento nový prvek vložil své jméno do ikony, kterou vytvořil. V té tabulce je rozvržení se stává vysvětlitelné z hlediska sub-atomové struktury a kvantové energetické burzy, na úrovni detailu, Mendělejev nikdy nemohl předvídat. To však v žádném případě nezmenšuje postavení jeho úspěchu.

jiní před ním navrhli, že seznam známých prvků může být uspořádán ve smysluplném vzoru. Zaznamenali významné korespondence, ale nenašli žádný definitivní obrázek., Mendeleev byl však přesvědčen, že chemické prvky musí být považovány za kolektivní entitu. Vyzbrojen tímto přesvědčením, dal svůj stůl soudržnost odvážně revidovat pozice některých známých prvků, a ponecháním mezer pro ostatní dosud neobjevené. I když některé jeho předpovědi byly nesprávné, on zaznamenal dost hitů stanovit jeho stůl jako základ pro naše chápání prvků, a potvrdit jeho stav jako jeden ze zakladatelů moderní chemie.,

Mike Sutton je historik vědy se sídlem v Newcastle, spojené KRÁLOVSTVÍ

Další čtení

W H Brock, Fontana Historie Chemie, Fontana Press, 1993
M Fontani, M Costa a M V. Orna, Ztracené Prvky: Periodická Tabulka je Stín Boční, Oxford University Press, 2015
E R Scerri, Periodická Tabulka: jeho Příběh a jeho Význam, Oxford University Press, 2006