År 1869 publicerade Dmitri Ivanovitj Mendeleev det periodiska systemet för grundämnen , där kemiska grundämnen var ordnade enligt deras liknande egenskaper i stigande ordning efter atomvikt [1] .
Till skillnad från sina föregångares verk, utgick Mendeleev från antagandet om existensen av ännu oupptäckta grundämnen på grundval av periodiska förändringar i de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos kända grundämnen. De lämnade tomma celler i tabellen för element som ännu inte upptäckts och förutspådde deras egenskaper. För att ge de förutsagda elementen "tillfälliga" namn använde Mendeleev prefixen "eka", "dvi" och "tre" (från sanskritorden "en", "två" och "tre"), beroende på hur många positioner ner från redan upptäckt element med liknande egenskaper var det förutsagda elementet. Så, germanium före upptäckten 1886 kallades "ecasilicon", och rhenium , upptäcktes 1926, kallades "dwimarganese".
Redan i den första versionen av det periodiska systemet, publicerad av D. I. Mendeleev 1869, ingick fler grundämnen än vad som upptäcktes vid den tiden. Fyra fria celler finns kvar i den för fortfarande okända grundämnen och deras atomvikter anges (i "andelar" som i värde ligger nära massan av en väteatom).
Genom att utveckla idéerna om periodicitet 1869-1871 introducerade D. I. Mendeleev konceptet om ett elements plats i det periodiska systemet som en uppsättning av dess egenskaper i jämförelse med egenskaperna hos andra element. För att förutsäga egenskaperna hos enkla ämnen och föreningar utgick han från det faktum att egenskaperna för varje grundämne ligger mellan motsvarande egenskaper hos två angränsande element i gruppen av det periodiska systemet, två angränsande element i perioden och diagonala element - den så kallad "stjärnregel". På grundval av detta, i synnerhet, baserat på resultaten av att studera sekvensen av förändringar i glasbildande oxider, korrigerade jag värdena för atommassorna för 9 element. År 1870 förutspådde han existensen, beräknade atommassorna och beskrev egenskaperna hos tre grundämnen som ännu inte upptäckts vid den tiden - "ekaaluminum", "ecabor" och "ecasilikon" [2] . Sedan förutspådde han förekomsten av ytterligare åtta grundämnen, inklusive "ditellurium" - polonium , "ekaioda" - astatin , "ecamarganese" - technetium , "ecacesia" - francium .
Mendeleevs förutsägelser orsakade skepsis och skarp kritik i den vetenskapliga världen. Således hävdade den tyske fysikaliska kemisten Wilhelm Ostwald , den blivande Nobelpristagaren, att det inte var lagen som upptäcktes, utan principen att klassificera "något obestämt". Robert Bunsen , upptäckaren av rubidium och cesium , skrev att Mendeleev tog kemister " in i en konstruerad värld av rena abstraktioner ", och Hermann Kolbe 1870 kallade Mendeleevs arbete spekulativt. Mendelejevs riktighet bevisades på ett övertygande sätt när de grundämnen som han förutspått upptäcktes: gallium (Paul Lecoq de Boisbaudran, 1875), scandium (Lars Nilsson, 1879) och germanium (Clemens Winkler, 1886) - ekaaluminum, ecabor och ekasilicium.
År 1875 upptäckte den franske kemisten Paul Emile Lecoq de Boisbaudran i mineralet wurtzite - zinksulfid ZnS - "ecaaluminum" som förutspåtts av Mendeleev och döpte det till gallium Ga för att hedra sitt hemland (det latinska namnet för Frankrike är Gallien). Han skrev: " Jag tror att det inte finns något behov av att insistera på den stora vikten av att bekräfta Mr Mendeleevs teoretiska slutsatser ." Mendeleev förutspådde exakt galliums egenskaper: dess atommassa, metallens densitet, formeln för oxid, klorid, sulfat. Mendeleev förutspådde att det skulle vara en mycket smältbar metall . Tabellen nedan jämför egenskaperna förutspått av Mendeleev med de faktiska egenskaperna hos gallium .
| Fast egendom | Ekaalaluminium | Gallium |
|---|---|---|
| Atomisk massa | 68 | 69,72 |
| Densitet (g/cm³) | 6,0 | 5,904 |
| Smältpunkt (°C) | låg | 29,78 |
| Oxidformel | Ea 2 O 3 (densitet 5,5 g cm −3 , lösligt i både syror och baser) | Ga 2 O 3 (densitet 5,88 g cm −3 , löslig i både syror och baser) |
| Kloridformel | Ea 2 Cl 6 (flyktig) | Ga 2 Cl 6 (flyktig) |
År 1879 upptäckte den svenske kemisten Lars Nilson skandium i det komplexa mineralet gadolinit. Senare bevisade Per Theodor Cleve sammanträffandet av egenskaperna hos den förutspådda ekabor och det nyupptäckta skandium och informerade Mendeleev om detta. Mendeleev förutspådde en atommassa på 44 för ekabor, och atommassan för skandium var 44,955910. Nilson skrev: " Det råder ingen tvekan om att ecabor upptäcktes i skandium ... Således bekräftas den ryska kemistens överväganden tydligast, vilket inte bara gjorde det möjligt att förutsäga förekomsten av skandium och gallium, utan också att förutse deras viktigaste egenskaperna i förväg .”
Angående elementet ekasilytion skrev Mendeleev: " Det verkar för mig att den mest intressanta av de otvivelaktigt saknade metallerna kommer att vara den som tillhör IV-gruppen av analoger av kol, nämligen till III-serien. Det kommer att vara en metall omedelbart efter kisel, och därför kommer vi att kalla det ekasilicium . Germanium isolerades först 1886 i Freiburg av den tyske kemisten Clemens Winkler medan han analyserade det sällsynta mineralet argyrodite . Hans upptäckt visade sig vara den bästa bekräftelsen på Mendeleevs teori vid den tiden, eftersom germanium i sina egenskaper skiljer sig mycket skarpare från närliggande element än de två tidigare förutspådda elementen.
| Fast egendom | Ekasilikon | Germanium |
|---|---|---|
| Atomisk massa | 72 | 72,61 |
| Densitet (g/cm³) | 5.5 | 5,35 |
| Smältpunkt (°C) | hög | 947 |
| Färg | grå | grå |
| Oxidtyp | eldfast dioxid | eldfast dioxid |
| Oxiddensitet (g/cm³) | 4.7 | 4.7 |
| Oxidreaktion | svag bas | svag bas |
| Kokpunkt för klorid | under 100 °C | 86 °C ( GeCl 4 ) |
| Kloriddensitet (g/cm³) | 1.9 | 1.9 |
Triumfen för den förutsägande kraften i Mendeleevs upptäckt var så stark att Winkler stötte på avslag från vissa kemister för namnet han föreslog "germanium". De började anklaga Winkler för nationalism och för att tillägna sig upptäckten som gjorts av Mendeleev, som redan hade gett elementet namnet "ecasilicon". Avskräckt vände Winkler sig till Dmitry Ivanovich själv för råd. Han förklarade att det var upptäckaren av det nya elementet som skulle ge det ett namn. Senare skrev Winkler: ”Det är knappast möjligt att finna ett annat mer slående bevis på giltigheten av periodicitetsläran, som i ett nyupptäckt grundämne. Detta är inte bara en bekräftelse på en djärv teori, här ser vi en uppenbar expansion av den kemiska utsikten, ett kraftfullt steg inom kunskapsområdet .
Mendeleev inkluderade porträtten av Lecoq de Boisbaudran, Nilsson och Winkler som skickades till honom i en allmän ram, med titeln " Strengtheners of the Periodic Law ". Sedan slutet av 1880-talet har den periodiska lagen äntligen erkänts som en av de teoretiska grunderna för kemin.
Ingen av de vetenskapsmän som studerade sambandet mellan atomvikter och grundämnens egenskaper före Mendelejev eller samtidigt kunde formulera detta mönster så tydligt som han gjorde. Särskilt gäller detta J. Newlands och L. Meyer. Förutsägelsen av fortfarande okända element, deras egenskaper och egenskaperna hos deras föreningar är endast D. I. Mendeleevs förtjänst. ... På bästa sätt kunde han tillämpa sin metod för horisontell, vertikal och diagonal interpolation i det periodiska systemet han upptäckte för att förutsäga egenskaper ...
- Anorganicum: I 2 volymer / [Blumenthal G., Engels Z., Fitz I. och andra]; Ed. L. Colditz. - M.: Mir, 1984.
1937 upptäcktes det 43:e grundämnet (ekamargan) - teknetium [3] .
År 1871 förutspådde Mendeleev förekomsten av ett grundämne mellan torium och uran . Trettio år senare, 1900, isolerade William Crookes protactinium som en okänd radioaktiv förorening i ett prov av uran. Olika isotoper av protactinium isolerades sedan i Tyskland 1913 och 1918 [4] , men grundämnet fick sitt moderna namn först 1948.
Den version av det periodiska systemet som publicerades 1869 förutspådde förekomsten av en tyngre analog av titan och zirkonium , men 1871 placerade Mendeleev lantan på denna plats . Upptäckten av hafnium 1923 bekräftade Mendeleevs första antagande.
Under skapandet av de första versionerna av det periodiska systemet studerades egenskaperna hos sällsynta jordartsmetaller dåligt och opålitligt. Dessutom, för tunga grundämnen, är den periodiska förändringen av egenskaper mer komplex: kriteriet för analogi av atomer kunde inte hjälpa Mendeleev, som i fallet med ekabor, ekaaluminum och ekasilicon; i detta fall berövades detta kriterium åtminstone prediktiv kraft, vilket minskade dess vetenskapliga värde. Detta förklarar varför Mendeleevs förutsägelser för tyngre grundämnen inte blev verklighet lika exakt som för lätta, och varför dessa förutsägelser inte är lika allmänt kända.
1902, efter upptäckten av helium och argon , placerade Mendeleev dem i tabellens nollgrupp [ 5] . Tvivlar på riktigheten av atomteorin som förklarar lagen om kompositionens beständighet , han kunde inte a priori betrakta väte som det lättaste av grundämnena och trodde att en ännu lättare medlem av den kemiskt inerta nollgruppen kunde gå obemärkt förbi. Förekomsten av detta element Mendeleev försökte förklara radioaktivitet .
Den tyngre av de två hypotetiska transväteelementen, Mendeleev identifieras med koronium , uppkallad efter association med en oförklarlig spektrallinje av solkoronan . En felkalibrering av instrumentet gav en våglängd på 531,68 nm, som senare korrigerades till 530,3 nm. Denna våglängd korrelerades av Grotrian och Edlen 1939 med järnlinjen [6] .
Den lättaste av nollgruppsgaserna, den första i det periodiska systemet, tilldelades en teoretisk atommassa mellan 5,3·10 −11 och 9,6·10 −7 . Partiklar av denna gas, som han kallade newtonium , tillskrev Mendeleev en kinetisk hastighet av storleksordningen 2,5 10 6 m/s. Nästan viktlösa borde partiklarna av båda dessa gaser, enligt Mendeleev, lätt ha passerat genom materiens tjocklek, praktiskt taget utan att ingå i kemiska reaktioner . Den höga rörligheten och mycket låga atommassan hos transvätegaser skulle leda till att de skulle kunna bli mycket sällsynta, samtidigt som de förblir täta till utseendet.
Senare publicerade Mendeleev en teoretisk utveckling om etern . En bok som heter "The Chemical Concept of the Aether" kom ut 1904 och nämnde återigen två hypotetiska inerta gaser lättare än väte, koronium och newtonium [7] . Under den "eteriska gasen" förstod Mendeleev den interstellära atmosfären, bestående av två transvätegaser med föroreningar av andra element och bildade som ett resultat av interna processer som inträffar på stjärnor.
| Periodiska systemet | |
|---|---|
| Format |
|
| Objektlistor efter | |
| Grupper | |
| Perioder | |
| Familjer av kemiska grundämnen |
|
| Periodiska systemet block | |
| Övrig | |
| |