faderen til det periodiske bord

trangen til at opdage mønstre i vores omgivelser ser ud til at være et grundlæggende menneskeligt træk. For tusinder af år siden byggede vores fjerne forfædre massive stenmonumenter, der netop var tilpasset vigtige punkter i den årlige solcyklus. Og i det 19.århundrede bemærkede tankevækkende kemikere familie ligheder blandt elementerne og forsøgte at integrere dem i et forklarende paradigme.,for halvandet århundrede siden tog Dmitri Mendeleev et afgørende skridt i denne søgning efter orden blandt elementerne ved at offentliggøre det første udkast til hans periodiske tabel. I 2019 fejrer det verdensomspændende samfund af kemikere dette jubilæum, og med rette. Ligesom Stonehenge, tabellen afspejler regelmæssigheder i naturen, som skyldtes årsager, der forblev mystiske, da den oprindeligt blev konstrueret. Men hvordan kom Mendeleev til at bygge sit monument?,

Begyndelsen af år

Dmitri er vokset op i Sibirien, på den yderste kant af den vestlige civilisation. Hans hjem, Tobolsk, er 1000 km tættere på Beijing end til Paris, og hans vej derfra til videnskabelige eminence var vanskelig., Han var den yngste af mere end et dusin Mendeleev-søskende, og kort efter hans fødsel i 1834 tvang dårligt helbred sin far Ivan, en gymnasielærer, til pensionering. Manglen på Ivan ‘ s pension fik sin kone Maria til at påtage sig ledelsen af et semi-forladt glasværk, der tidligere blev drevet af sin bror.

denne virksomhed støttede familien indtil 1848, da den brændte ned. Derefter døde Ivan, og i 1849 tog Maria sine to yngste børn til Moskva i håb om, at hendes bror ville hjælpe Dmitri med at komme ind på universitetet der., Når denne plan mislykkedes, de flyttede til St. Petersborg og i 1850 Dmitri blev accepteret (noget modvilligt) af kollegiet, hvor hans far havde uddannet som lærer. En foredragsholder der – Alexander Voskresensky, der havde studeret i Tyskland under Justus Liebig – tilskyndet Dmitri interesse i kemi.

han uddannede sig i 1855, og hans afhandling – om isomorfisme og andre forhold mellem fysisk form og kemisk sammensætning – blev offentliggjort i en mining journal. Yderligere artikler til videnskabelige og tekniske tidsskrifter fulgte, men han manglede en sikker indkomst., På det tidspunkt var både hans mor og søster døde, og han selv led af det, der syntes at være tuberkulose. Men et års undervisning i Krimens mere gunstige klima forbedrede hans helbred betydeligt, og en ny læge afviste med sikkerhed den tidligere diagnose.

i efteråret 1856 forsvarede Mendeleev med succes en kandidatafhandling om forhold mellem de specifikke mængder af stoffer og deres krystallografiske og kemiske egenskaber. Kort efter universitetet i St. Petersborg licenseret ham som en Kemi vejleder, der giver ham adgang til sit laboratorium., I 1859 modtog han statsfinansiering for to års videregående studier i udlandet.

Om en karriere

Ved Heidelberg Universitet i Tyskland, Mendeleev gjorde forskning på flere emner, herunder overfladespænding, capillarity og fordampning, og han bevarede en interesse i intermolekylære kræfter i hele hans karriere. I 1860 deltog han i Karlsruhe-konferencen, hvor den italienske kemiker Stanislau Canni..aro leverede et banebrydende papir om atomvægte (nu kaldet relative atommasser)., Dette var et afgørende skridt i retning af det periodiske system, som tidligere havde der været betydelig uenighed om tildeling af atomvaegten til elementerne.nogle kemikere hævdede, at disse vægte var irrelevante eller nægtede den fysiske eksistens af atomer helt. Andre foretrak et system baseret på en atomvægt på otte til ilt, under forudsætning af, at vand er formlen var HO, snarere end H2O. Men i Karlsruhe Cannizzarro genoplivet de ideer af hans landsmand Amedeo Avogadro til at støtte den H2O vand formel, og en atomvægt på 16 for ilt., I løbet af 1860 ‘ erne udtalelse flyttet i hans favør – heldigvis for Mendeleev, som de regelmæssigheder, som pegede ham i retning af det periodiske system ville have været mindre synlige på den ældre system.

efter at vende tilbage til St. Petersborg i 1861 Mendeleev genoptaget undervisningen på universitetet, mens også forelæsninger på byens Teknologiske Institut. Derudover offentliggjorde han en organisk kemi lærebog og flere artikler til et teknisk encyklopædi, samt rejser bredt på jagt efter muligheder for at anvende videnskabelige opdagelser til Ruslands økonomiske udvikling., Et besøg i Baku-oliefelterne i 1863 begyndte hans langsigtede engagement i den nye petrokemiske industri, for eksempel.

Mendeleevs doktorafhandling (om løsningsteori) blev accepteret i 1865, og i 1867 udnævnte universitetet ham til professor i Almen kemi. Han var forpligtet til at foredrag om uorganisk kemi, og da der ikke var nogen tilfredsstillende russisk lærebog, begyndte han at skrive en. Dette fokuserede hans sind på udfordringen med at arrangere de kemiske elementer i et ordnet mønster., Flere andre – herunder Leopold Gmelin i Tyskland, Jean Baptiste Dumas i Frankrig og John Newlands i England – havde forsøgt dette, med begrænset succes. Mendeleev var opmærksom på nogle af disse bestræbelser, men hans egen tilgang var karakteristisk i vigtige henseender.

at lægge sine kort på bordet

gennembrudet kom tidligt i 1869, da Mendeleev forberedte sig på en anden industriel tur – denne gang for at undersøge og forbedre ostefremstillingsteknikker. I mellemtiden, efter at have afsluttet det første bind af sin lærebog, kæmpede han for at etablere en ramme for den anden.,tomic vægte og typiske egenskaber, analoge elementer, og som atomic vægt på separate kort, og dette snart overbevist mig om, at egenskaberne i de elementer, der er i de periodiske afhængighed af deres atomare vægte…’
D Mendeleev, Principper for Kemi, 1905 (fremhævelse tilføjet)

Mendeleev lagt sine kort i kolonner og rækker, så hvis der i et spil kabale eller tålmodighed – en foretrukne tidsfordriv af hans under jernbanen rejser., De lodrette kolonner opført de kendte elementer for at øge atomare vægt, med en ny kolonne startes, når dette gjorde det muligt for ham at passe elementer med lignende karakteristika i samme vandrette række.

som andre kemikere havde bemærket, hørte nogle få grupper af elementer – især alkalimetaller og halogener – klart sammen. Men mange andre – især de sjældne jordarter (lanthanider) – præsenterede problemer, men de blev arrangeret. På dette tidspunkt nægtede Mendeleev, i modsætning til de fleste af hans forgængere, at opgive kampen.,

Hvis et elements position i hans bord syntes uregelmæssig, var han villig til at justere sin atomvægt for at give det mere kompatible ledsagere. For eksempel foreslog han, at formlen for berylliumoxid blev BeO, snarere end den accepterede Be2O3. Denne sænkede berylliums atomvægt, så han kunne lokalisere den med magnesium snarere end aluminium.

den 6.marts 1869 den første rå skitse af hans bord blev præsenteret for den russiske Chemical Society (en organisation, han havde hjulpet med at fundet et par måneder tidligere)., Senere samme år society ‘ s journal offentliggjort en mere velovervejet version, en kort abstrakt af som udkom i Tysk oversættelse. Det tiltrak lidt opmærksomhed uden for Rusland, men Mendeleev vedvarede og fortsatte med at lægge flere kort på bordet.

husk hullerne

det reviderede diagram Mendeleev, der blev offentliggjort i 1871, ser mere kendt ud for moderne øjne. For at kompilere det lavede han yderligere antagelser. For eksempel sænkede han atomvægten af tellur, hvilket gør sin nabo jod tungere af de to., Dette gjorde det muligt for ham at placere jod med halogenerne og tellur med svovl og selen. Sådanne justeringer var velsagtens inden for rammerne af eksperimentelle fejl på det tidspunkt. Men Mendeleev ikke kunne have forudset, at atomnummer snarere end atomvægt, der senere ville blive bordets bestilling princip, eller at identifikation af isotoper af massespektrometri i sidste ende ville forklare disse og andre uregelmæssigheder.,

Med samme dristighed, Mendeleev øget sammenhæng på hans bord ved at efterlade huller for endnu uopdagede elementer til at fuldføre det mønster, han har foreslået. Udover at forudsige deres kemiske karakter, han tildelte dem også fiktive værdier for fysiske egenskaber som specifik tyngdekraft og smeltepunkt.,

den første – gallium – blev identificeret spektroskopisk af en fransk kemiker, Paul Leco.de Boisbaudran i 1875. Da nok af det blev tilgængeligt til test, matchede alle galliums egenskaber Mendeleevs forudsigelser – undtagen dens specifikke tyngdekraft, som syntes at være 4.7. Men efter Mendeleev anbefalede friske målinger viste det sig at være 5,9 – næsten identisk med hans forudsagte tal.,

opdagelsen af scandium i 1879, og germanium i 1885 – både udstille egenskaber Mendeleev havde forudsagt for dem overtalt mere kemikere, at hans bord, trods dets resterende anomalier, var for nyttige til at ignorere. I mellemtiden Fremhævede andre forskere (især Lothar Meyer i Tyskland) også periodiske variationer i elementernes fysiske egenskaber. Mendeleev bemærkede senere: ‘skønt jeg har haft mine tvivl om nogle obskure punkter, har jeg dog aldrig en gang tvivlet på denne Lovs universalitet, fordi den umuligt kunne være resultatet af tilfældigheder.,’

mens han var korrekt om det overordnede princip om periodicitet, var Mendeleev ikke ufejlbarlig som profet. Han forudsagde flere andre elementer, som aldrig blev fundet. Og han argumenterede indtil slutningen af sit liv, at æteren – en væsentlig, men uopdagelig komponent i dengang accepterede teorier om lys og elektromagnetisme – virkelig var et kemisk element, selvom han ikke havde isoleret det i laboratoriet. Han foreslog, at det kunne være den letteste af de ædle gasser, med en atomvægt på 0,17.,

senere år

i hans private liv var Mendeleev trodsigt ukonventionel. Han havde sit hår klippet og skæg trimmet kun en gang om året, faldende til at variere denne brugerdefinerede selv for et publikum med Czaren. Hans hjemlige arrangementer var også noget uregelmæssige. I 1862 giftede han sig med Feosva Lescheva, efter at have været styret i hendes retning af en velmenende ældre søster, der troede, det var på tide, at han slog sig ned. Parret havde to børn, men efter en periode med stigende gensidig ulykke blev de enige om at adskille, skiftevis besætter Dmitris byhus og hans land tilbagetog.,flere år senere blev Dmitri forelsket i Anna Popov, en 17-årig kunststuderende. Da Annas forældre sendte hende væk for at fortsætte sine studier i Rom, fulgte Dmitri hende, og i 1881 foreslog den 47-årige ægteskab. Anna accepterede, men selv efter at Dmitri og Feosva blev skilt, forblev en yderligere hindring. Den russisk-ortodokse kirke anerkendte civile skilsmisser, men krævede et syv-årigt interval før et efterfølgende ægteskab., Ikke desto mindre, i 1882 Dmitri fandt en præst, der er villige (for en væsentlig gebyr) til at udføre ceremonien for tidligt, og på trods af deres tvetydige – og teknisk bigamous – situation, parret levede lykkeligt sammen og opdraget fire børn.

i politik var Mendeleev også en maverick – en frittalende liberal, der fratrådte sit professorat i 1890 for at adskille sig fra regeringens hårde undertrykkelse af studerendes protester. Denne gestus blev klappet af hans elever, men provokeret fjendtlighed i officielle kredse., Ikke desto mindre værdsatte Sergius Wititte, Ruslands finansminister fra 1892, værdien af Mendeleevs bidrag og udnævnte ham i 1893 til leder af regeringens bureau of weightseights and measures. Fra denne base fortsatte han med at anvende videnskabelig viden til at hjælpe Ruslands økonomiske udvikling.

I 1905 Londons Royal Society beæret over Mendeleev med sin Copley-medaljen, der allerede har fået sin Davy medalje i 1882., I 1906 blev han nomineret til Nobelprisen, men selv om kemi panelet støttede hans kandidatur a .ards udvalget fastslog, at hans opdagelse ikke var nylig nok til at kvalificere ham til behandling. Beslutningen blev sandsynligvis påvirket af den svenske fysiske kemiker Svante Arrhenius, der tidligere havde kollideret med Mendeleev.næsten et halvt århundrede efter hans død i 1907 sluttede Mendeleev sig til en endnu mere eksklusiv klub. I 1955 bombarderede fysikere ved University of Californiens Berkeley campus element 99 (einsteinium) med alfapartikler for at producere spor af element 101., Officielt bekræftet som ‘mendelevium’, dette nye element indlejret hans navn i ikonet, som han havde skabt. På det tidspunkt var bordets layout ved at blive eksplicit med hensyn til subatomære strukturer og kvanteenergiudvekslinger, på et detaljeringsniveau kunne Mendeleev aldrig have forudset. Dette mindsker dog på ingen måde staturen af hans præstation.

andre før ham havde foreslået, at listen over kendte elementer kunne være arrangeret i et meningsfuldt mønster. De bemærkede betydelige korrespondancer, men fandt ikke noget definitivt billede., Mendeleev var imidlertid overbevist om, at de kemiske elementer skal betragtes som en kollektiv enhed. Bevæbnet med denne overbevisning gav han sit bord sammenhæng ved dristigt at revidere positionerne for nogle kendte elementer og ved at efterlade huller for andre, der endnu ikke er opdaget. Selvom nogle af hans forudsigelser var forkerte, scorede han nok hits til at etablere sit bord som grundlag for vores forståelse af elementerne og for at bekræfte hans status som en af grundlæggerne af moderne kemi.,

Mike Sutton er et videnskabs-historiker, der er baseret i Newcastle, UK

Yderligere læsning

W H Brock, Fontana, Historie, Kemi, Fontana Press, 1993
M Fontani, M Costa og M V Orna, De Tabte Elementer: Den Periodiske Tabel Skygge Side, Oxford University Press, 2015
E R Scerri, Den Periodiske Tabel: dens Historie og dens Betydning, Oxford University Press, 2006