I 1869 udgav Dmitri Ivanovich Mendeleev Grundstoffernes periodiske system , hvori kemiske grundstoffer var arrangeret efter deres lignende egenskaber i stigende rækkefølge efter atomvægt [1] .
I modsætning til sine forgængeres værker gik Mendeleev ud fra antagelsen om eksistensen af endnu uopdagede grundstoffer på grundlag af periodiske ændringer i kendte grundstoffers fysiske og kemiske egenskaber. De efterlod tomme celler i tabellen for elementer, der endnu ikke er opdaget, og forudsagde deres egenskaber. For at give de forudsagte elementer "midlertidige" navne brugte Mendeleev præfikserne "eka", "dvi" og "tre" (fra sanskritordene "én", "to" og "tre"), afhængigt af hvor mange positioner ned fra allerede opdaget element med lignende egenskaber var det forudsagte element. Så germanium før dets opdagelse i 1886 blev kaldt "ecasilicon", og rhenium , opdaget i 1926, blev kaldt "dwimarganese".
Allerede i den første version af det periodiske system, udgivet af D. I. Mendeleev i 1869, indgik flere grundstoffer, end man opdagede på det tidspunkt. Fire frie celler er tilbage i det for stadig ukendte grundstoffer, og deres atomvægte er angivet (i "andele" tæt på massen af et brintatom).
Ved at udvikle ideerne om periodicitet i 1869-1871 introducerede D. I. Mendeleev konceptet om et elements plads i det periodiske system som et sæt af dets egenskaber i sammenligning med andre elementers egenskaber. For at forudsige egenskaberne af simple stoffer og forbindelser gik han ud fra det faktum, at egenskaberne for hvert grundstof ligger mellem de tilsvarende egenskaber af to naboelementer i gruppen af det periodiske system, to naboelementer i perioden og diagonale elementer - såkaldt "stjerneregel". På dette grundlag, især baseret på resultaterne af at studere sekvensen af ændringer i glasdannende oxider, korrigerede jeg værdierne af atommasserne af 9 elementer. I 1870 forudsagde han eksistensen, beregnede atommasser og beskrev egenskaberne af tre grundstoffer, der endnu ikke var opdaget på det tidspunkt - "ekaaluminum", "ecabor" og "ecasilicon" [2] . Så forudsagde han eksistensen af otte flere elementer, herunder "ditellurium" - polonium , "ekaioda" - astatin , "ecamarganese" - technetium , "ecacesia" - francium .
Mendeleevs forudsigelser forårsagede skepsis og skarp kritik i den videnskabelige verden. Således hævdede den tyske fysiske kemiker Wilhelm Ostwald , den kommende nobelprisvinder, at det ikke var loven, der blev opdaget, men princippet om at klassificere "noget ubestemt". Robert Bunsen , opdageren af rubidium og cæsium , skrev, at Mendeleev tog kemikere " ind i en konstrueret verden af rene abstraktioner ", og Hermann Kolbe i 1870 kaldte Mendeleevs arbejde spekulativt. Mendeleevs rigtighed blev overbevisende bevist, da de grundstoffer, som han havde forudsagt, blev opdaget: gallium (Paul Lecoq de Boisbaudran, 1875), scandium (Lars Nilsson, 1879) og germanium (Clemens Winkler, 1886) - ekaaluminum, ecabor og ekasilicium.
I 1875 opdagede den franske kemiker Paul Emile Lecoq de Boisbaudran i mineralet wurtzite - zinksulfid ZnS - "ecaaluminum" forudsagt af Mendeleev og kaldte det gallium Ga til ære for sit hjemland (det latinske navn for Frankrig er Gallien). Han skrev: " Jeg tror, der ikke er behov for at insistere på den store betydning af at bekræfte hr. Mendeleevs teoretiske konklusioner ." Mendeleev forudsagde nøjagtigt galliums egenskaber: dets atommasse, metallets tæthed, formlen for oxid, chlorid, sulfat. Mendeleev forudsagde, at det ville være et meget smeltbart metal . Tabellen nedenfor sammenligner egenskaberne forudsagt af Mendeleev med galliums faktiske egenskaber .
| Ejendom | Ekaluminium | Gallium |
|---|---|---|
| Atommasse | 68 | 69,72 |
| Massefylde (g/cm³) | 6,0 | 5,904 |
| Smeltepunkt (°C) | lav | 29,78 |
| Oxidformel | Ea 2 O 3 (densitet 5,5 g cm −3 , opløseligt i både syrer og baser) | Ga 2 O 3 (densitet 5,88 g cm −3 , opløselig i både syrer og baser) |
| Kloridformel | Ea 2 Cl 6 (flygtig) | Ga 2 Cl 6 (flygtig) |
I 1879 opdagede den svenske kemiker Lars Nilson skandium i det komplekse mineral gadolinit. Senere beviste Per Theodor Cleve sammenfaldet af egenskaberne ved den forudsagte ekabor og det nyopdagede skandium og informerede Mendeleev om dette. Mendeleev forudsagde en atommasse på 44 for ekabor, og scandiums atommasse var 44,955910. Nilson skrev: “ Der er ingen tvivl om, at ecabor blev opdaget i scandium ... Således bekræftes den russiske kemikers overvejelser klarest, hvilket ikke kun gjorde det muligt at forudsige eksistensen af scandium og gallium, men også at forudse deres vigtigste egenskaber på forhånd .”
Vedrørende elementet ekasilytion skrev Mendeleev: " Det forekommer mig, at det mest interessante af de utvivlsomt manglende metaller vil være det, der hører til IV-gruppen af carbonanaloger, nemlig III-serien. Det vil være et metal umiddelbart efter silicium, og derfor vil vi kalde det ekasilicium . Germanium blev først isoleret i 1886 i Freiburg af den tyske kemiker Clemens Winkler , mens han analyserede det sjældne mineral argyrodite . Hans opdagelse viste sig at være den bedste bekræftelse af Mendeleevs teori på det tidspunkt, da germanium i dets egenskaber adskiller sig meget mere skarpt fra naboelementer end de to tidligere forudsagte grundstoffer.
| Ejendom | Ekasilicon | Germanium |
|---|---|---|
| Atommasse | 72 | 72,61 |
| Massefylde (g/cm³) | 5.5 | 5,35 |
| Smeltepunkt (°C) | høj | 947 |
| Farve | grå | grå |
| Oxid type | ildfast dioxid | ildfast dioxid |
| Oxiddensitet (g/cm³) | 4.7 | 4.7 |
| Oxidereaktion | svag base | svag base |
| Kogepunkt for klorid | under 100 °C | 86 °C ( GeCl 4 ) |
| Kloriddensitet (g/cm³) | 1.9 | 1.9 |
Triumfen for forudsigelseskraften i Mendeleevs opdagelse var så stærk, at Winkler løb ind i afvisning fra nogle kemikeres side for det navn, han foreslog "germanium". De begyndte at beskylde Winkler for nationalisme og for at tilegne sig opdagelsen af Mendeleev, som allerede havde givet elementet navnet "ecasilicon". Modløs henvendte Winkler sig til Dmitry Ivanovich selv for at få råd. Han forklarede, at det var opdageren af det nye grundstof, der skulle give det et navn. Senere skrev Winkler: ”Det er næppe muligt at finde et andet mere slående bevis på gyldigheden af periodicitetslæren, som i et nyopdaget grundstof. Dette er ikke kun en bekræftelse af en dristig teori, her ser vi en åbenlys udvidelse af det kemiske syn, et stærkt skridt inden for vidensområdet .
Mendeleev inkluderede portrætterne af Lecoq de Boisbaudran, Nilsson og Winkler sendt til ham i en generel ramme, med titlen " Strengtheners of the Periodic Law ". Siden slutningen af 1880'erne er den periodiske lov endelig blevet anerkendt som et af kemiens teoretiske grundlag.
Ingen af de videnskabsmænd, der studerede forholdet mellem atomvægte og grundstoffernes egenskaber før Mendeleev eller samtidig kunne formulere dette mønster så klart, som han gjorde. Det gælder især J. Newlands og L. Meyer. Forudsigelsen af stadig ukendte grundstoffer, deres egenskaber og egenskaberne af deres forbindelser er udelukkende D. I. Mendeleevs fortjeneste. ... På den bedste måde var han i stand til at anvende sin metode til horisontal, lodret og diagonal interpolation i det periodiske system, han opdagede til at forudsige egenskaber ...
- Anorganicum: I 2 bind / [Blumenthal G., Engels Z., Fitz I. og andre]; Ed. L. Colditz. - M.: Mir, 1984.
I 1937 blev det 43. grundstof (ecamargan) opdaget - technetium [3] .
I 1871 forudsagde Mendeleev eksistensen af et grundstof mellem thorium og uran . Tredive år senere, i 1900, isolerede William Crookes protactinium som en ukendt radioaktiv urenhed i en prøve af uran. Forskellige isotoper af protactinium blev derefter isoleret i Tyskland i 1913 og 1918 [4] , men grundstoffet fik først sit moderne navn i 1948.
Den version af det periodiske system offentliggjort i 1869 forudsagde eksistensen af en tungere analog af titanium og zirconium , men i 1871 placerede Mendeleev lanthan på dette sted . Opdagelsen af hafnium i 1923 bekræftede Mendeleevs oprindelige antagelse.
Under oprettelsen af de første versioner af det periodiske system blev egenskaberne af sjældne jordarters grundstoffer undersøgt dårligt og upålideligt. For tunge grundstoffer er den periodiske ændring i egenskaber desuden mere kompleks: kriteriet for analogien af atomer kunne ikke hjælpe Mendeleev, som i tilfældet med ekabor, ekaaluminum og ekasilicon; i dette tilfælde blev dette kriterium i det mindste frataget forudsigelseskraft, hvilket reducerede dets videnskabelige værdi. Dette forklarer, hvorfor Mendeleevs forudsigelser for tungere grundstoffer ikke gik i opfyldelse så præcist som for lette, og hvorfor disse forudsigelser ikke er så udbredt kendt.
I 1902, efter opdagelsen af helium og argon , placerede Mendeleev dem i tabellens nulgruppe [ 5] . I tvivl om rigtigheden af atomteorien, der forklarer loven om sammensætningens konstanthed , kunne han ikke på forhånd betragte brint som det letteste af grundstofferne og troede, at et endnu lettere medlem af den kemisk inerte nulgruppe kunne gå ubemærket hen. Eksistensen af dette element Mendeleev forsøgte at forklare radioaktivitet .
Den tungeste af de to hypotetiske transhydrogen-elementer, Mendeleev identificeret med coronium , opkaldt efter association med en uforklarlig spektrallinje af solkoronaen . En fejlkalibrering af instrumentet gav en bølgelængde på 531,68 nm, som senere blev korrigeret til 530,3 nm. Denne bølgelængde blev korreleret af Grotrian og Edlen i 1939 med jernlinjen [6] .
Den letteste af nulgruppegasserne, den første i det periodiske system, fik tildelt en teoretisk atommasse mellem 5,3·10 −11 og 9,6·10 −7 . Partikler af denne gas, som han kaldte newtonium , tilskrev Mendeleev en kinetisk hastighed af størrelsesordenen 2,5 10 6 m/s. Næsten vægtløse skulle partiklerne af begge disse gasser ifølge Mendeleev let have passeret gennem stoffets tykkelse, praktisk talt uden at indgå i kemiske reaktioner . Den høje mobilitet og meget lave atommasse af transhydrogengasser ville føre til, at de kunne blive meget sjældne, mens de forbliver tætte i udseende.
Senere offentliggjorde Mendeleev en teoretisk udvikling om æteren . En bog kaldet "The Chemical Concept of the Aether" udkom i 1904 og nævnte igen to hypotetiske inaktive gasser lettere end brint, coronium og newtonium [7] . Under den "æteriske gas" forstod Mendeleev den interstellare atmosfære, bestående af to transhydrogengasser med urenheder af andre elementer og dannet som et resultat af interne processer, der forekommer på stjerner.
| Periodiske system | |
|---|---|
| Formater |
|
| Varelister efter | |
| Grupper | |
| Perioder | |
| Familier af kemiske grundstoffer |
|
| Periodisk tabel blok | |
| Andet | |
| |