Historia tablicy Mendelejewa. Jak powstał układ okresowy pierwiastków?

Spis treści:

• Co to jest układ okresowy pierwiastków?
• Jak wygląda tablica Mendelejewa?
• Kim był Dymitr Mendelejew?
• Jak powstał układ okresowy pierwiastków?
• Nowe pierwiastki w tablicy Mendelejewa

Czym jest układ okresowy pierwiastków?

Układ okresowy pierwiastków, zwany potocznie tablicą Mendelejewa, to zestawienie wszystkich znanych do tej pory pierwiastków. Są one uporządkowane w tabeli według rosnącej liczby atomowej i ułożone grupami oraz okresami.  

Takie przestawienie graficzne pozwala w prosty i klarowny sposób wyrazić występujące między nimi zależności chemiczne i fizyczne. Dzięki tablicy Mendelejewa możemy też szybko i w prosty sposób uzyskać wiele informacji o każdym z pierwiastków, a nawet przewidzieć część danych dotyczących tych pierwiastków, które nie zostały jeszcze odkryte.

Przeczytaj również: Ciąg Fibonacciego. Przyroda rozwija się według matematycznego wzoru

Jak zbudowana jest tablica Mendelejewa?

W każdym „okienku” tablicy Mendelejewa opisany jest jeden pierwiastek. W zależności od tego, jak dokładnie opracowany jest dany układ okresowy pierwiastków, możemy odczytać z każdego takiego „okienka” różne informacje. Najczęściej jest w nim zapisany skrót łacińskiej nazwy pierwiastka (np. H od hydrogenium, czyli łac. nazwy wodoru) i jego nazwa oraz podana jest liczba atomowa (w przypadku wodoru 1) i masa atomowa (np. 1u). W niektórych typach tablicy Mendelejewa znajdziemy natomiast mniej lub więcej danych. Czasem pojawiają się też oznaczenia różnymi kolorami czy ramami (np. dotyczące tego, czy pierwiastek jest metalem, czy nie albo jaki ma stan skupienia itp.).

Grupy pierwiastków to pionowe kolumny w układzie okresowym. Obecnie wyróżnia się ich 18. Grupę często nazywa się „rodziną”, ponieważ w każdej z nich znajdują się pierwiastki o podobnych do siebie właściwościach fizycznych i chemicznych. Każda ma także swoją nazwę, pochodzącą od pierwszego pierwiastka tej grupy np. litowce, chromowce, niklowce itp.

Okresy pierwiastków to poziome rzędy w układzie pierwiastków. Są one związane z prawem okresowości Mendelejewa, które brzmi: „Właściwości pierwiastków chemicznych uszeregowanych według rosnącej liczby atomowej powtarzają się okresowo”. Okresów jest 7 (właściwie 8, jednak ta ostatnia grupa jest hipotetyczna, ponieważ nie odkryto jeszcze żadnego należącego do niej pierwiastka), a numer każdego z nich odpowiada numerowi powłoki walencyjnej atomu. W każdym okresie znajdują się pierwiastki o stopniowo zmieniających się właściwościach.

Kim był Dymitr Mendelejew?

Człowiekiem, którego nazwiskiem nazwano układ okresowy pierwiastków, był rosyjski chemik Dymitr Mendelejew, który żył w latach 1834-1907. Sformułował on prawo okresowości, które pozwoliło mu na sklasyfikowanie znanych wówczas pierwiastków i ułożenie ich w formie tablicy. Podczas prac nad tym projektem udało mu się przewidzieć również istnienie i właściwości nieznanych wówczas pierwiastków i pozostawić dla nich miejsca na tablicy.

Przeczytaj również: Burza geomagnetyczna. To zjawisko pojawia się również w Polsce

Jak powstała tablica Mendelejewa?

Nad zależnościami między pierwiastkami i nad ich właściwym uporządkowaniem pracował nie tylko Dymitr Mendelejew, ale również wielu innych naukowców. Zadanie było trudne, ponieważ wszyscy oni korzystali z publikacji zawierającej błędne informacje, a odkrytych wówczas pierwiastków było prawie dwa razy mniej niż teraz i to właśnie te luki utrudniały odnalezienie schematu łączącego zależności między właściwościami pierwiastków.

Mendelejew rozpisał wszelkie informacje na temat każdego z pierwiastków na osobnych kartkach, próbując ułożyć je w jakimś logicznym porządku. Jako fan pasjansa wykonał dziesiątki albo nawet setki różnych przetasowań, aż w końcu ułożył pierwiastki według rosnącej liczby atomowej i zauważył wynikające z tego niezwykłe zależności. Właściwości pierwiastków ułożonych w tej kolejności powtarzały się co te same okresy – po 7 lub 17 pierwiastkach (dziś wiadomo, że 8 i 18), dlatego postanowił przedstawić je w tabeli.  

Gdy to zrobił, okazało się, że jest kilka niezgodności, które wynikają z błędnego obliczenia masy atomowej pierwiastków w publikacji, z której wówczas korzystano, dlatego niektóre z nich znalazły się w złych miejscach tablicy. Po poprawieniu błędów wszystko się jednak zgodziło. No prawie wszystko... Następnym problemem były luki w tabeli. Naukowiec dzięki prawu okresowości uznał jednak, że są to miejsca, w których powinny znaleźć się jeszcze nieodkryte pierwiastki, które zapewnią ciągłość schematu, ponieważ między kolejnymi już odkrytymi występowały duże różnice mas atomowych i zakłócona była regularność występowania ich właściwości.  

6 marca 1869 roku po raz pierwszy opublikowano tablicę Mendelejewa i choć środowisko naukowe miało co do niej wątpliwości, to paręnaście lat później, jeszcze za życia naukowca, odkryto trzy przewidziane przez niego pierwiastki – gal, skand i german, które po wielu obliczeniach okazały się pasować jak ulał do jego „układanki”, co ostatecznie potwierdziło teorię naukowca.

Nowe pierwiastki w tablicy Mendelejewa

Gdy Mendelejew opracowywał swoją tablicę, znanych było tylko 69 pierwiastków, dziś jest ich 118, zatem od 1869 roku odkryto prawie 50 nowych. Dwa z nich w 1898 wynalazła Maria Skłodowska-Curie — był to rad i polon.

Najnowsze, pochodzące z XXI wieku, okrycia dotyczą natomiast pięciu nowych pierwiastków. Większości z nich nadano nazwy i potwierdzono ich istnienie oficjalnym wpisem do tablicy Mendelejewa w 2016 roku. Są to:

• odkryty w 2001 roku liwermor (Lv) o liczbie atomowej 116;
• odkryty w 2004 roku nihon (Nh) o liczbie atomowej 113;
• odkryty w 2004 roku moskow (Mc) o liczbie atomowej 115;
• odkryty w 2006 roku oganeson (Og) o liczbie atomowej 118;
• odkryty w 2007 roku tenes (Ts) o liczbie atomowej 117.

Wszystkie mają liczbę atomową większą niż 94, a zatem nie występują w przyrodzie naturalnie i mogą być zsyntetyzowane tylko w warunkach laboratoryjnych. Badania nad znalezieniem kolejnych pierwiastków wciąż trwają. Na razie podejrzewa się hipotetyczne istnienie ośmiu, o których już coś wiadomo. 

oprac. Joanna Cwynar

Rozwiąż nasze quizy:

QUIZ ortograficzny. Czy wiesz, jak zapisać te rzadko używane wyrazy?

Bardzo trudny QUIZ z wiedzy ogólnej. Nieliczni zdobywają 100 proc.

QUIZ: Byłeś uczniem w PRL? Z łatwością odpowiesz na te pytania, choć przy 9. może być różnie