Bemutatkozás/Labinformálódás/A periódusos rendszer története - 1. rész



A táblázat születése: út a periódusos törvénytől a táblázatig

A görög filozófusok vezették be az „atom”, vagy is az „oszthatatlan” fogalmát a legkisebb, értelemszerűen ismeretlen anyagrészecskékre. Ezt a fogalmat vette át a 19. században a kémia egyik kiemelkedő alakja, John Dalton (1766–1844) az elemeket alkotó legkisebb részecskék megnevezésére. A tudósok hamarosan rájöttek, hogy az atomok bizonyos tulajdonságai ismétlődnek. Így születtek meg a periódusos rendszer első változatai.

Az elemek periódusos rendszere bizonyos értelemben a modern tudomány győzelmét jelenti. Napjainkban betöltött különleges helyzetének – melynek révén az általános és a középiskolák legalább egy tantermében ott lóg a falon – több fontos oka van.
Először is két fontos szakterület, a fizika és a kémia mezsgyéjén húzódik (valójában az utóbbi ábécéje). Ám a kutatóknak a tudományos kutatás egyfajta szimbólumát is jelenti, és az abba vetett hitet, hogy a természetben létezik egy rendszer, még ha az nem is mindig egyértelmű.

Mengyelejev fehér foltjai
Dmitrij Ivanovics Mengyelejev főként azzal érdemelte ki a halhatatlanságot, hogy táblázatában kihagyta az akkor még ismeretlen elemek helyét. Később beigazolódott, hogy a korábbi fehér foltok helyére fokozatosan új elemek kerülhetnek, amelyek pontosan a Mengyelejev elmélete által megjósolt tulajdonságúak.

periodusos1

Ha Mengyelejev ma egy pillantást vetne a periódusos rendszerére, valószínűleg nem ismerné fel saját eredeti alkotását. A táblázat nem csak más elrendezésű lett, de jóval hosszabb és kitöltöttebb is, mint amilyen a kémia hajnalán volt. Ahogy Mengyelejev korában, most is a hidrogénnel kezdődik, de már az ununoktiummal végződik, amelynek a protonszáma 118. A táblázatban lévő összes elem közül a természetben csak az első 92 (vagyis a hidrogéntől az uránig) fordul elő. Jelentősen változtak az elemek besorolására létrehozott alapelvek is. Még is, miként lehetséges, hogy a kémia orosz úttörője által megalkotott táblázat alig változott?

Triászoktól oktávokig
Az emberiség már az ókorban számos elemet ismert (főként a fémeket, pl. a vasat, az ónt, a rezet, az ezüstöt, az aranyat). De arra az ismeretre, hogy elemekről, az az egyszerűbb vegyi elemekre nem bontható anyagokról van szó, sokat kellett még várni.
A maga korában ismert elemekből elsőként a kémia francia úttörője, Antoine Laurent de Lavoisier (1743–1794) állította össze jegyzékét A kémia alapjai (1789) című művében. Ő már több olyan elemet ismert, amelyekről sem az ókorban, sem a középkorban nem tudtak, pl. az oxigént, a nitrogént és a foszfort.

periodusos4


A későbbiekben apránként növekedett a felfedezett elemek száma, így nem csoda, hogy a vegyészek sok érdekes szabályszerűséget találtak a tulajdonságaik között. 1817-ben a német vegyész, Johann Wolfgang Döbereiner (1780–1849) összevetette néhány elem tömegét, és megalkotta az ún. triádok törvényét (pl. a króm, a bróm és a jód, vagy a lítium, a nátrium és a kálium).

Kottaszerű táblázat
1869-ben a vegyészek már 63 elemet ismertek. Természetesen nemcsak a létük, hanem számos tulajdonságuk is ismert volt. A kutatók lassanként rájöttek, hogy bizonyos tulajdonságok a növekvő atomtömeg mentén szakaszosan (periodikusan) ismétlődnek.

A periódusos rendszer első komolyabb megfogalmazása John Newlandstól (1837–1898) származik 1865-ből. Ez a brit kutató vette észre, hogy az elemeket növekvő atomtömeg szerint sorrendbe állítva, fontos szerepet játszik a nyolcas szám. Az „oktávok törvényét”, amellyel az elemek viszonyát a hangjegyek közötti viszonyokhoz hasonlította, kortársai elutasították. Igyekezetének legalább annyi eredménye volt, hogy a kémia tudományának két nagyszerű alakjára is hatást gyakorolt: Dmitrij Ivanovics Mengyelejevre és Lothar Meyerre.

periodusos2


Egy magányos játékos kémiai kártyákat kever

A 19. század 60-as éveiben a vonaton ülő orosz utasok egy szokatlan kinézetű férfival találkozhattak. Hosszú hajat és szakállat viselt, és egy véget nem érő játékot játszott a kártyáival. De ha közelebbről is megfigyelték a kártyalapokat, kiderült, hogy azok nem hagyományosak, ha nem saját készítésűek voltak, érthetetlennek tűnő számokkal és jelekkel teleírva. Az a bizonyos férfi pedig nem más volt, mint maga Mengyelejev.
Az egyes elemek és azok tulajdonságai szerepeltek a kártyákon, amelyeket igyekezett a lehető leglogikusabb sorrendbe rakni. De vajon miben rejlik Mengyelejev legnagyobb érdeme, és milyen alapelvek szerint járt el? A kártyáin szereplő legfontosabb szám, a korábbi kísérletekhez hasonlóan, az elemek atomtömege volt. A hasonló atomtömegű elemek számos dologban hasonlítanak egymáshoz, leginkább kémiai tulajdonságaik tekintetében. A közismert elemek közé fehér foltok kerültek, ezeket később kitöltötték: például az eka-szilícium (germánium), az eka-alumínium (gallium) és az eka-bór (szkandium).

Pillantás az atomokba
A jelenlegi táblázat ugyan sok mindenben hasonlít az eredeti Mengyelejev-táblázathoz, az elemek egymás után sorolásának alapelve azonban némileg eltér. Szinte egyértelmű, hogy az elemek láncként fűzhetők egymás után az atommag növekvő protonszámainak alapján. A protonok létéről, sőt, még az atommagról és az atomburokról sem volt tudomásuk a kémia úttörőinek a 19. század második felében. Ugyanakkor épp a szubatomi fizika felfedezései bővítették jelentősen az elemek közti viszonyok alapelveinek megértését.

A periódusos táblázat Henry Moseley (1887–1915), angol fizikus 1914-ben tett felfedezésének köszönhetően nyerte el mai formáját. Ő figyelte meg ugyanis elsőként, hogy össze függés van az atomok röntgensugárzása és pozitív töltésük között. Ezzel a módszerrel sikerült először meghatározni az atommag protonjainak számát. Ezen korszakalkotó felfedezés után tolódott el a táblázat.
Moseley például áthelyezte az argont (18.) a kálium (19.) elé, annak ellenére, hogy nagyobb az atomtömege. Ugyanígy cserélt helyet a kobalt és a nikkel. Moseley – Mengyelejevhez hasonlóan – szintén előre jelezte az addig ismeretlen elemeket.

periodusos3

Fizikától kémiáig
A táblázatban lévő elemek elrendeződésének törvényszerűségeiben csak a fizika teljesen új ága, a kvantumfizika hozott áttörést. A dán Niels Bohr (1885–1962), illetve tanítványa és kollégája, a német Werner Heisenberg (1901–1976) az atomburok szerkezetéről alkotott nézete rávilágított az elemek sorokba (periódusokba) és oszlopokba (csoportokba) rendeződésének értelmére. Bohr atommodellje szerint az elektronok egy körpályán keringenek az atommag körül. Az elem periódusszáma, az az a táblázat vízszintes sora azonos a főkvantumszámmal, ami az atom héját jelöli. Az oszlopokban, vagyis a csoportokban való elhelyezkedés az atommagtól legtávolabbi elektronok számát jelöli, az ún. vegyértékelektronokat, melyek száma pedig meghatározza az elem kémiai tulajdonságait (azaz a lehetséges kémiai kötések számát). Az elemek oszlopokba rendezése megnyitja a fizikától a kémiáig vezető utat.

forrás: 3. Évezred Magazin

Regisztráció
HÍRLEVÉL REGISZTRÁCIÓ
Keresés
Mit:
Hol:
gyogyszercimke Chemgeneration