1. Scroll
  2. /
  3. Technologia
  4. /
  5. Najpopularniejsza tablica chemiczna – tablica Mendelejewa. Kto, co i kiedy?

Technologia

29.03.2022 14:24

Najpopularniejsza tablica chemiczna – tablica Mendelejewa. Kto, co i kiedy?

Nauka
9
3
0
9
3

Tablica chemiczna znana jest każdemu uczniowi. Kolorowe prostokąty reprezentują kolejne pierwiastki i ich właściwości. Co jednak decyduje o miejscu w układzie? Wejdź do klasy na lekcję chemii i dowiedz się, czym jest tablica Mendelejewa.

Niewielu może sobie wyobrazić lekcję chemii czy fizyki bez udziału układu okresowego pierwiastków. Tablica ta jest idealnym przykładem, gdzie geniusz jednej osoby, potrafił zainspirować kolejne pokolenia naukowców, które dokładały swoje własne odkrycia i budowały na powstałym fundamencie. Najważniejsze, że nie jest to projekt zakończony – wciąż dodawane są nowe pierwiastki i przygotowane jest miejsce na kolejne.

Czym są tablice chemiczne?

Tablice chemiczne to graficzne pomoce naukowe, przedstawiające reakcje chemiczne czy modele związków chemicznych. Ta najpopularniejsza z tablic chemicznych przedstawia spis wszystkich znanych obecnie pierwiastków. Większość z nich stanowią pierwiastki występujące naturalnie. Część z nich odkryto w materii ożywionej i nieożywionej występującej na Ziemi. Niektóre nauka poznała wyłącznie dzięki odłamkom ciał niebieskich, które spadły na powierzchnię planety. Oprócz tego w zestawieniu obecne są również pierwiastki uzyskane sztucznie w laboratoriach.

Zarówno dawniej, jak i dziś spotkać się można niekiedy z tablicami w formie pętli, spirali, piramidy lub o nieregularnym kształcie. Obecnie jednak najpopularniejszym sposobem przedstawiania wszystkich pierwiastków są poziome tabele podzielone na grupy i okresy. W celu ułatwienia znalezienia kolejnych pierwiastków są one dodatkowo zaznaczane różnymi kolorami.

Każda pozycja w tablicach chemicznych składa się zawsze z co najmniej dwóch informacji. Są nimi symbol chemiczny pierwiastka (np. H – wodór) i jego liczba atomowa. Bardziej rozbudowane wersje tablic mogą zawierać także inne informacje. Może to być pełna nazwa pierwiastka (po łacinie lub po polsku, np. hydrogenium, czyli wodór), elektroujemność, energia jonizacji i inne.

Jak powstała tablica chemiczna Mendelejewa?

Próby klasyfikacji pierwiastków przed Mendelejewem podejmowało kilku innych badaczy. Jednym z nich był Alexandrre de Chancourtois. Stworzył on tzw. śrubę telluryczną. Nazwa ta bierze się z zaproponowanego przez niego spiralnego układu graficznego, którego punkt centralny stanowił pierwiastek tellur. Podstawą umieszczenia pierwiastka w danym miejscu było jego masa atomowa.

Tablica Mendelejewa przygotowana na odkrycia nowych pierwiastków. - Scroll
Pierwsza drukowana wersja tablicy Mendelejewa – znacznie odmienna od obecnie nam znanej. | Źródło: commons.wikimedia.org

Nad metodą organizacji pierwiastków pracował także niemiecki uczony Julius Lothar Meyer. Jego kompozycja powstała w tym samym czasie, co wykaz Mendelejewa. W przeciwieństwie do Rosjanina nie przewidywał on odkrycia nowych pierwiastków. Nie zostawił więc pustych, „zapasowych” miejsc w swojej tablicy chemicznej.

Reklama

Wpływ na dzieło Mendelejewa miało również odkrycie prawa oktaw przez Johna Newlandsa. Reguła ta mówi o tym, że po uszeregowaniu pierwiastków zgodnie z masą atomową, co ósmy z nich wykazuje podobne cechy.

Prawo oktaw Newlandsa miało ogromny wpływ na odkrycie reguły okresowości przez Mendelejewa. Zauważył on, że właściwości pierwiastków powtarzają się cyklicznie (choć nie zawsze co 8) w zależności od ich mas atomowych.

Odkrycie prawa okresowości oraz znajomość dorobku innych badaczy pozwoliła Mendelejewowi na stworzenie i publikację swojej tablicy chemicznej 6 marca 1869 roku. Znalazło się w niej 90 ówcześnie znanych pierwiastków. Zdawał sobie sprawę, że duże różnice w masach atomowych pomiędzy pierwiastkami zapewne świadczą o tym, że zapewne nie odkryto jeszcze wszystkich. Pozostawił więc puste miejsca w układzie na kolejne pierwiastki. Jeszcze za jego życia okazało się, że miał rację, ponieważ odkryte zostały gal, german i skand.

Albert Einstein i Niels Bohr pogrążeni w dyskusji. - Scroll
Niels Bohr i Albert Einstein – nobliści. Oto ostateczny dowód na wyższość pozycji półleżącej podczas rozkminów. | Źródło: commons.wikimedia.org

Pionierskie podejście do chemii, jakim było oczekiwanie potencjalnych odkryć kolejnych pierwiastków, sformułowanie prawa okresowości i ułożenie tablicy sprawiły, że dziś najpopularniejszy tego typu układ to właśnie tablica Mendelejewa. Nie jest to jedyny sposób uhonorowania wybitnego chemika. Na jego cześć nazwano także jeden z pierwiastków – mendelew.

Dmitrij Mendelejew – śniący geniusz

Dzieło życia Mendelejewa, jakim są tablice chemiczne, powstawało latami. Wyczerpująca psychicznie praca naukowa była tym trudniejsza, że męczyła Mendelejewa także fizycznie. Szukając rozwiązania problemu, badacz miał podobno zaniedbywać sen.

Rzekomo to właśnie jednak sen okazał się mieć zbawienny wpływ na pracę umysłową Rosjanina. Tablica miała się bowiem Mendelejewowi przyśnić. Jak było naprawdę? On sam twierdził, że to wymysły. Nie można jednak wykluczyć, że właściwy odpoczynek w pewien sposób pomógł chemikowi opracować odpowiedni układ pierwiastków.

Dlaczego tablica chemiczna wygląda w ten sposób – Niels Bohr

Stworzona przez Mendelejewa tablica była bez wątpienia ogromnym krokiem naprzód w dziedzinie chemii. Naukowiec ten żył jednak w czasach, w których jeszcze nie znano wewnętrznej struktury atomu. Badał ją inny wybitny uczony – duński fizyk Niels Bohr.

Jeszcze przed I wojną światową prowadził on badania, których rezultatem był opis jądra atomowego. Udowodnił tym samym krążenie elektronów po torze powłoki wokół jądra, możliwość przechodzenia z jednej powłoki na drugą oraz procesy emisji i pochłaniania energii podczas tego procesu.

Dzięki pracom nad strukturą atomu Niels Bohr skorygował tablicę Mendelejewa. Ze względu na jego odkrycia dziś przyjmuje się, że cechy pierwiastków zależą nie od masy, ale liczby atomowej.

Tablica chemiczna Mendelejewa została zrewolucjonizowana przez Nielsa Bohra, przekształcając ją w układ okresowy pierwiastków. - Scroll
Noblista Niels Bohr w 1935 roku. | Źródło: astronet.pl

Co więcej, to Niels Bohr uszeregował pierwiastki chemiczne w grupy i okresy. Zaproponowany przez niego model został powszechnie zaakceptowany, stając się podstawą budowy tablic chemicznych. Z tego też powodu ich inną nazwą jest układ okresowy pierwiastków. Obecnie za publikację aktualnej wersji układu okresowego odpowiedzialna jest Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC).

Zasady organizacji układu okresowego pierwiastków

Współczesna tablica chemiczna przyporządkowuje pierwiastki chemiczne na podstawie ich liczb atomowych. Oznacza to, że dla pozycji atomu na tablicy decydujące znaczenie ma ilość protonów w jądrze atomu. Z tego właśnie względu pierwszym pierwiastkiem jest wodór. W jego jądrze znajduje się bowiem tylko jeden proton.

Dlaczego to właśnie protony są tak ważne? Wynika to z faktu, że właśnie te cząstki subatomowe są niezbędnym składnikiem jąder atomowych. Innymi słowy, bez protonów, zarówno pierwiastki, jak i cała materia w obecnej postaci, nie mogłyby istnieć.

Na dalszy podział składają się grupy i okresy. Grupy obejmują pierwiastki o podobnych właściwościach chemicznych. Okresy z kolei porządkują je w odniesieniu do cech, które zmieniają się stopniowo w zależności od miejsca w układzie.

Właściwości chemiczne pierwiastków w zależności od miejsca w tablicy chemicznej

Grupami nazywane są kolumny pionowe. Ta organizacja pierwiastków związana jest z liczbą elektronów w powłoce walencyjnej, czyli na najbardziej zewnętrznej części atomu. Liczba elektronów w znacznym stopniu decyduje o skłonności danego pierwiastka do tworzenia związków chemicznych. Im więcej elektronów, tym bardziej reaktywny jest pierwiastek.

Na górze grupy zawsze znajduje się pierwiastek o najmniejszej masie atomowej, a na dole o masie największej. Od nazw pierwiastków sklasyfikowanych na górze kolumny biorą się nazwy grup. Z tego względu np. grupa 2 to berylowce. Najmniejszą masę atomową w tej grupie ma bowiem beryl.

Obecna wersja układu okresowego pierwiastków - pochodnej tablicy chemicznej Mendelejewa. - Scroll
Układ okresowy pierwiastków – stan na początek 2022 roku. | Źródło: pikademia.pl

Grupy dzielą się na główne (1, 2 oraz od 13 do 18), poboczne (3-12) oraz lantanowce i aktynowce. Jest to związane z typem elektronów (które dzielą się na rodzaje: a, d, f, s, p) krążących wokół jądra danego pierwiastka. Stąd także ich nazwa – orbitale.

Reklama

Okresy to z kolei poziome rzędy tablic chemicznych. Obecność pierwiastka w danym okresie zależy od ilości elektronów krążących wokół jądra atomowego. Tym razem nie są to jednak elektrony walencyjne, lecz te orbitujące w powłokach pozostających bliżej niego. Mają one wpływ na powtarzające się właściwości pierwiastków znajdujących się w jednym okresie.

Aby dodatkowo ułatwić zorientowanie się we właściwościach pierwiastków, poszczególne zbiory oznacza się niekiedy kolorami. Dzięki temu szybciej można znaleźć w tablicach chemicznych metale, półmetale, niemetale itd.

W powyższym opisie reguł rządzących tablicą zauważyć można pewne nieścisłości. Dla przykładu, w grupie 1 na górze znajduje się niemetal wodór. Mimo to są w niej zgromadzone metale litowce, których nazwa pochodzi od drugiego w kolejności litu. Co więcej, ostatnią, 18 grupę stanowią mało reaktywne gazy szlachetne. Czemu te pierwiastki znajdują się w tych właśnie miejscach? Ze względu na podstawowy sposób klasyfikacji, jakim jest przyporządkowanie w zależności od liczby atomowej.

Tablica Mendelejewa jest przykładem nieustającego dążenia ludzi do sklasyfikowania i uporządkowania wszystkich elementów przyrody. Co więcej, zabieg ten przebiegł pomyślnie. Przejrzysty i logiczny układ okresowy pierwiastków od dziesięcioleci stanowi podstawę chemii. Mimo rozwoju nauki nie stracił na aktualności, będąc po dziś dzień dowodem geniuszu Mendelejewa, Bohra i innych wybitnych umysłów XIX i XX wieku.

Sprawdź też:

Źródło obrazu głównego: artsandculture.google.com

Reklama
9
3

Podziel się:

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.