, far av den periodiske tabell

lyst til å oppdage mønstre i våre omgivelser ser ut til å være en grunnleggende menneskelig egenskap. Tusenvis av år siden, våre eksterne forfedre bygget massiv stein monumenter som ble nettopp rettet inn mot viktige poeng i den årlige solsyklusen. Og i det 19. århundre, gjennomtenkt kjemikere lagt merke til familie likhetene mellom elementene og prøvde å bygge dem inn i en forklarende paradigme.,

Et og et halvt århundre siden, Dmitri Mendeleev tok et viktig skritt i dette søket for ordre blant elementene, ved å publisere den første utkast av hans periodiske tabellen. I 2019 den verdensomspennende fellesskap av kjemikere er å feire dette jubileet, og det med rette. Som Stonehenge, tabellen reflekterer regelmessigheter i naturen som var på grunn av årsaker som var mystisk når det ble opprinnelig bygget. Men hvordan gjorde Mendeleev kommet til å bygge sitt monument?,

Tidlige år

Dmitri vokste opp i Sibir, på den ytre kanten av vestlig sivilisasjon. Hans hjem, Tobolsk, er 1000km nærmere Beijing enn til Paris, og hans vei fra det vitenskapelige språk var vanskelig., Han var den yngste av mer enn et dusin Mendeleev søsken, og kort tid etter hans fødsel i 1834 dårlig helse tvunget sin far Ivan, en high-school lærer, inn i pensjonisttilværelsen. Den utilstrekkelighet av Ivan ‘ s pension kjørte hans hustru Maria til å ta på seg ledelsen av en semi-falleferdige glass-verk som tidligere ble drevet av hennes bror.

Denne bedriften støttet familien til 1848, da det brant ned. Da Ivan døde, og i 1849 Maria tok hennes to yngste barn til Moskva, i håp om at hennes bror ville hjelpe Dmitri angi universitetet der., Når denne planen mislyktes, de flyttet til St. Petersburg, og i 1850 Vaage ble akseptert (noe motvillig) ved høgskolen hvor hans far hadde utdannet seg som lærer. Foreleser er der – Alexander Voskresensky, som hadde studert i Tyskland under Justus Liebig – oppfordret Dmitri interesse i kjemi.

Han ble uteksaminert i 1855, og hans avhandling – på isomorphism og andre relasjoner mellom fysisk form og kjemisk sammensetning – ble publisert i mining journal. Ytterligere artikler for vitenskapelige og tekniske tidsskrifter som følges, men han manglet en sikker inntekt., Da både hans mor og søster var død, og han var selv lider av hva som syntes å være tuberkulose. Men, et år som lærer i den mer godartet klima Krim forbedret sin helse betydelig, og en ny lege trygt avviste tidligere diagnose.

I løpet av høsten 1856 Mendeleev forsvarte en masteroppgave på relasjoner mellom spesifikke volumer av stoffer og deres krystallografisk og kjemiske egenskaper. Kort tid etterpå University of St. Petersburg som er lisensiert ham som en kjemi kontaktlærer, slik at han får tilgang til sitt laboratorium., I 1859 fikk han statlige midler for to år av avansert studere i utlandet.

å Etablere en karriere

I Heidelberg University i Tyskland, Mendeleev gjorde forskning på flere emner, inkludert overflatespenning, capillarity og fordamping, og han beholdt en interesse i intermolecular styrker i hele sin karriere. I 1860 gikk han på Karlsruhe konferanse, der den italienske kjemiker Stanislau Cannizzaro levert en banebrytende papir på atom-vekter (nå kalt relativ atomic massene)., Dette var et viktig skritt mot det periodiske system, som tidligere hadde vært betydelig diskusjon over tildeling av atomic vekter til elementer.

Noen kjemikere hevdet disse vektene var irrelevant, eller nektet den fysiske eksistensen av atomer sammen. Andre foretrukket et system basert på en atomvekt på åtte for oksygen, forutsatt at water ‘ s formel var HO, heller enn H2O. Men i Karlsruhe Cannizzarro gjenopplivet ideene til sine medmennesker-countryman Amadeo Avogadro å støtte H2O vann formel, og en atomvekt 16 for oksygen., I løpet av 1860-årene skiftet mening i hans favør – heldigvis for Mendeleev, som regelmessighetene som pekte ham mot den periodiske tabellen ville ha vært mindre synlig på det eldre systemet.

Etter å ha kommet tilbake til St Petersburg i 1861 Mendeleev fortsette undervisningen ved universitetet, mens også forelese på byens Teknologisk Institutt. I tillegg har han publisert en organisk kjemi lærebok og flere artikler for en teknisk leksikon, så vel som reiser mye i søk av muligheter til å anvende vitenskapelige funn til Russlands økonomiske utvikling., Et besøk til Baku oljefeltene i 1863 begynte sin langsiktige forpliktelse til nye petrokjemisk industri, for eksempel.

Mendeleev er doktoravhandling (på løsning teori) ble godkjent i 1865, og i 1867 universitetet utnevnte ham til professor i generell kjemi. Han ble pålagt å holde foredrag om uorganisk kjemi, og siden det ikke var noe tilfredsstillende russisk lærebok, han begynte å skrive en. Denne fokusert hans sinn på utfordringen med å arrangere den kjemiske elementer i et ordnet mønster., Flere andre – blant annet Leopold-Gmelin i Tyskland, Jean Baptiste Dumas i Frankrike og John Newlands i England – hadde forsøkt dette, med begrenset suksess. Mendeleev var klar over noen av disse tiltakene, men sin egen tilnærming var annerledes i viktige henseender.

å legge kortene på bordet

gjennombruddet kom tidlig i 1869, som Mendeleev var klar for en ny industriell tour – denne gangen for å undersøke og forbedre ost-making teknikker. I mellomtiden, etter å ha gjennomført den første bind av sin lærebok, var han sliter med å etablere et rammeverk for den andre.,tomic vekter og typiske egenskaper, analogt elementer, og liker atomic vekt på separate kort, og dette snart overbevist meg om at egenskapene til elementene i det periodiske avhengighet av sine atom-vekter…’
D Mendeleev, Prinsipper for Kjemi, 1905 (uthevelse tilføyd)

Mendeleev lagt ut sine kort i kolonner og rader, så hvis du er i et spill av kabal eller tålmodighet – en favoritt tidsfordriv av hans under jernbanen reiser., De loddrette kolonnene listet opp de kjente elementer i rekkefølge av økende atomvekt, med en ny kolonne som å være i gang når dette gjorde ham i stand til å passe elementer med tilsvarende egenskaper i samme vannrette rad.

Som andre kjemikere hadde bemerket, er det noen grupper av elementer – i særdeleshet den alkaliske metaller og halogener – klart tilhørte sammen. Men mange andre – spesielt sjeldne elementer (lanthanides) – presentert problemer, men de var ordnet. På dette punktet Mendeleev, i motsetning til de fleste av sine forgjengere, nektet å gi opp kampen.,

Hvis et element posisjon i sitt bord virket unormalt, han var villig til å justere sine atomic vekt på å gi det mer kompatibel følgesvenner. For eksempel, foreslo han at formelen for beryllium oksid var BeO, snarere enn den aksepterte Be2O3. Dette senket beryllium er atomvekt, som gjør ham for å finne den med magnesium snarere enn aluminium.

På den 6. Mars 1869 første grov skisse av sitt bord ble presentert for den russiske Chemical Society (en organisasjon som han hadde hjulpet til med å funnet et par måneder tidligere)., Senere på året foreningens tidsskrift utgitt en mer ansett versjon, en kort oppsummering av det som dukket opp i tysk oversettelse. Det vakte liten oppmerksomhet utenfor Russland, men Mendeleev holdt ut, du fortsetter å legge ut flere kort på bordet sitt.

Sinn hullene

Den reviderte diagram Mendeleev utgitt i 1871 ser mer kjent til moderne øyne. For å gjere det han gjorde ytterligere forutsetninger. For eksempel, senket han atomvekt av tellurium, noe som gjør sin nabo jod tyngre av de to., Dette tillot ham å plassere jod med halogener, og tellurium med svovel og selen. Slike justeringer var uten tvil innenfor spekter av eksperimentelle feil på den tiden. Men Mendeleev ikke kunne ha forutsett at atomnummer snarere enn atomvekt senere skulle bli tabellen er bestilling av prinsipp, eller at identifisering av isotoper av mass spectrometry slutt ville forklare disse og andre avvik.,

Med lik audacity, Mendeleev styrket samholdet på bordet hans ved å la hull for som ennå uoppdagede elementer for å fullføre mønsteret han forutsett. I tillegg til å forutsi deres kjemiske tegnet, han også tildelt dem nominelle verdier for fysiske egenskaper som egenvekt, og smelte-punkt.,

Den første – gallium – ble identifisert spectroscopically av en fransk kjemiker, Paul Lecoq de Boisbaudran i 1875. Når nok av det ble tilgjengelig for testing, alle gallium egenskaper matchet Mendeleev ‘ s spådommer – bortsett fra sin egenvekt, noe som viste seg å være 4.7. Men etter Mendeleev anbefalt ferske målinger det ble funnet å være 5.9 – nesten identisk med hans spådd figur.,

oppdagelsen av scandium i 1879 og germanium i 1885 – både viser egenskaper Mendeleev hadde spådd for dem – fikk flere kjemikere at hans bord, til tross for sin gjenværende avvik, var også nyttig å ignorere. I mellomtiden, andre forskere (spesielt Lothar Meyer i Tyskland) også fremhevet periodiske variasjoner i fysiske egenskaper til elementene. Mendeleev senere uttalte: «Selv om jeg har hatt mine tvil om noen obskure poeng, men jeg har aldri en gang tvilte på universalitet av denne loven, fordi den ikke kunne muligens være et resultat av tilfeldigheter.,’

Mens han var riktig om det overordnede prinsippet om periodisitet, Mendeleev ikke var ufeilbarlige som en profet. Han spådde flere andre elementer som aldri ble funnet. Og han hevdet til slutten av hans liv som eter – en viktig, men ikke målbart komponent i så aksepterte teorier om lys og elektromagnetisme – var egentlig en kjemisk element, selv om han ikke hadde klart å isolere den i laboratoriet. Han antydet at det kan være den letteste av de edle gasser, med en atomvekt på 0,17.,

Senere år

I hans private liv, Mendeleev var trassig ukonvensjonelle. Han hadde sin klippe håret og skjegget trimmet bare en gang i året, fallende til å variere denne skikken, selv for et publikum med Tsaren. Også hans innenlandske ordninger ble noe uregelmessig. I 1862 han giftet seg med Feosva Lescheva, etter å ha blitt styrt i hennes retning av en velmenende eldste søster som mente det var på tide han slo seg ned. Paret fikk to barn, men etter en periode med økende gjensidig ulykkelighet de ble enige om å skille, vekselvis opptar Vaage ‘ s town house og hans country retreat.,

Flere år senere Dmitri falt i kjærlighet med Anna Popov, en 17 år gammel student. Når Anna er foreldrene sendte henne bort for å fortsette sine studier i Roma, Dmitri fulgte henne, og i 1881 den 47 år gamle foreslått ekteskap. Anna akseptert, men selv etter Dmitri og Feosva ble skilt en ytterligere hindring forble. Den russiske Ortodokse Kirken anerkjente sivile skilsmisser, men krevde en syv-års intervall før en etterfølgende ekteskap., Likevel, i 1882 Dmitri funnet en prest som er villig (for en betydelig avgift) til å utføre seremonien for tidlig, og til tross for deres tvetydige – og teknisk bigamous – situasjon, paret levde lykkelig sammen og oppdratt fire barn.

I politikk Mendeleev var også en maverick – en frittalende liberale som gikk av hans professorat i 1890 til å distansere seg fra regjeringens harde undertrykkelsen av studentenes protester. Denne bevegelsen ble bifalt av sine studenter, men vakte motstand i offisielle kretser., Likevel, Sergius Witte, Russlands finansminister fra 1892, satt pris på verdien av Mendeleev ‘ s bidrag, og i 1893 utnevnte ham til leder av statens byrå for mål og vekt. Fra denne basen han fortsatte å anvende vitenskapelig kunnskap for å hjelpe Russlands økonomiske utvikling.

I 1905 London ‘ s Royal Society innfridd Mendeleev med sin Copley medalje, etter allerede å ha mottatt sin Davy medalje i 1882., I 1906 ble han nominert til Nobels fredspris, men selv om kjemien panelet støttet hans kandidatur awards komiteen konkluderte med at hans funn var ikke fersk nok til å kvalifisere ham for vurdering. Vedtaket ble sannsynligvis påvirket av den svenske fysiske kjemikeren Svante Arrhenius, som hadde braket sammen med Mendeleev i det siste.

Nesten et halvt århundre etter hans død i 1907, Mendeleev sluttet seg til en enda mer eksklusiv klubb. I 1955 fysikere ved University of California Berkeley campus bombardert element 99 (einsteinium) med alfa-partikler, for å produsere et spor av element 101., Offisielt bekreftet som «mendelevium’, denne nye elementer som er lagt inn navnet sitt på ikonet som han hadde laget. Da bordets layout var blitt forklarlig i form av sub-atomære strukturer og quantum energiutveksling, på et nivå av detaljer Mendeleev aldri kunne ha forutsett. Imidlertid, dette på ingen måte svekker omdømmet av sin prestasjon.

Andre før ham hadde foreslått at listen av kjente elementer kan være arrangert på en meningsfylt mønster. De bemerket betydelig korrespondanse, men fant ingen definitiv bilde., Mendeleev, derimot, var overbevist om at den kjemiske elementer må sees på som en kollektiv enhet. Bevæpnet med denne overbevisningen, at han ga sin tabell sammenheng med frimodig å revidere posisjoner av noen kjente elementer, og ved å la åpninger for andre som ennå uoppdaget. Selv om noen av hans spådommer var feil, han scoret nok treff til å etablere sitt bord som grunnlag for vår forståelse av elementer, og for å bekrefte sin status som en av grunnleggerne av moderne kjemi.,

Mike Sutton er en vitenskap historiker basert i Newcastle, UK

Mer å lese

W H Brock, Fontana Historie Kjemi, Fontana Press, 1993
M Fontani, M Costa og M V Orna, Det Tapte Elementer: Den Periodiske Tabellen er Skygge Side, Oxford University Press, 2015
E R Scerri, Den Periodiske Tabell: dens Historie og dens Betydning, Oxford University Press, 2006