lisää Mendelejevin jaksollisesta järjestelmästä

makroskooppisten ominaisuuksien yhtäläisyydet kussakin kemiallisessa perheessä antavat odottaa myös mikroskooppisia yhtäläisyyksiä. Natriumin atomien pitäisi muistuttaa jollakin tavalla litiumin, kaliumin ja muiden alkalimetallien atomeja. Tämä voisi selittää näihin alkuaineisiin liittyvät kemialliset uudelleenaktiviteetit ja vastaavat yhdisteet.

Daltonin atomiteorian mukaan erilaiset atomit voidaan erottaa toisistaan niiden suhteellisten massojen (atomipainojen) perusteella. Siksi vaikuttaa järkevältä odottaa jonkinlaista korrelaatiota tämän mikroskooppisen ominaisuuden ja makroskooppisen kemiallisen käyttäytymisen välillä. Voit nähdä, että tällainen suhde on olemassa luettelemalla symbolit ensimmäisen tusinan alkuaineita kasvavan suhteellisen massan järjestyksessä. Saadessamme atomipainoja, meillä on

alkuaineet, jotka kuuluvat jo käsittelemiimme perheisiin, on merkitty varjostamalla niiden symbolien ympärille. Luettelon toinen, kolmas ja neljäs alkuaine (He, Li ja Be) on jalokaasu, alkalimetalli ja maa-alkalimetalli. Täsmälleen sama järjestys toistetaan kahdeksan alkuainetta myöhemmin (Ne, Na ja Mg), mutta tällä kertaa jalokaasua edeltää halogeeni (F). Jos kaikista alkuaineista tehtäisiin luettelo, löytäisimme sekvenssin halogeeni -, jalokaasu -, alkalimetalli-ja maa-alkalimetalli useita kertoja.

Dmitri Ivanovitš Mendelejev ehdotti jaksollisen järjestelmänsä kokoamisen taustalla olevaa jaksollista lakia. Lain mukaan kun alkuaineet luetellaan atomipainojen nousujärjestyksessä, niiden Ominaisuudet vaihtelevat aika ajoin. Toisin sanoen samanlaisilla alkuaineilla ei ole samanlaisia atomipainoja. Pikemminkin, kun menemme alas luettelon alkuaineiden järjestyksessä atomipainot, vastaavia ominaisuuksia havaitaan säännöllisin väliajoin. Korostaakseen tätä samankaltaisten ominaisuuksien jaksollista toistamista Mendelejev järjesti alkuaineiden symbolit ja atomipainot alla olevaan taulukkoon. Jokainen tämän jaksollisen järjestelmän pystysarake sisältää ryhmän tai perheen toisiinsa liittyviä alkuaineita. Alkalimetallit ovat ryhmässä I (Gruppe I), emäksiset maametallit ryhmässä II, kalkogeenit ryhmässä VI ja halogeenit ryhmässä VII. Mendelejev ei ollut aivan varma, mihin metallirahat pitäisi laittaa, joten ne esiintyvät kaksi kertaa. Joka kerta kupari, hopea ja kulta on kuitenkin järjestetty pystypylvääseen. Jalokaasut löydettiin lähes neljännesvuosisata Mendelejevin ensimmäisen jaksollisen järjestelmän julkaisemisen jälkeen, mutta nekin sopivat jaksolliseen järjestelyyn. Pöytäänsä rakentaessaan Mendelejev huomasi, että joskus elementit eivät riittäneet täyttämään kaikkia käytettävissä olevia tiloja jokaisella vaakasuoralla rivillä tai jaksolla. Kun tämä oli totta, hän oletti, että lopulta joku löytäisi alkuaineen tai alkuaineet, joita tarvitaan tietyn ajanjakson loppuun saattamiseen. Mendelejev jätti siis tyhjät välit löytämättömille alkuaineille ja ennusti niiden ominaisuudet laskemalla keskiarvon muiden saman ryhmän alkuaineiden ominaisuuksista.

esimerkkinä tästä ennustavasta prosessista on neljäs numeroitu rivi (Reihen). Skandium (Sc) oli tuntematon vuonna 1872; titaani (Ti) seurasi siis kalsiumia (Ca) atomipainojen mukaisessa järjestyksessä. Tämä olisi sijoittanut titaanin boorin (B) alapuolelle ryhmään III, mutta Mendelejev tiesi, että titaanin yleisimmän oksidin, TiO2: n, kaava muistuttaa boorin sijaan hiilen CO2: n oksidia, B2O3: a. Siksi hän sijoitti titaanin hiilen alapuolelle ryhmään IV. hän ehdotti, että löytämätön alkuaine, ekaboron, löydettäisiin lopulta sopimaan boorin alapuolelle. (Etuliite eka tarkoittaa ” alla.”) Ekaboronille ennustetut ominaisuudet on esitetty seuraavassa taulukossa. He sopivat huomattavan kanssa mitatut kokeellisesti varten skandium, kun se löydettiin 7 vuotta myöhemmin. Tämä sopimus oli vakuuttava todiste siitä, että Jaksollinen järjestelmä on hyvä tapa tehdä yhteenveto monista makroskooppisista, kokeellisista tosiasioista.

taulukko \(\PageIndex{1}\). Mendelejevin ennustusten vertailu alkuaine skandiumin havaittuihin ominaisuuksiin.

* Mendelejev käytti nimeä ”eka”boori, koska tyhjä tila, johon alkuaineen pitäisi mahtua, oli ”alla” booria jaksollisessa järjestelmässä.

† skandiumin nykyinen atomipainon arvo on 44,96.

nykyaikainen Jaksollinen järjestelmä eroaa jollain tavalla Mendelejevin alkuperäisestä versiosta. Se sisältää yli 40 lisäelementtiä, ja sen rivit ovat pidempiä sen sijaan, että ne puristuisivat toistensa alle porrastettuina sarakkeina. Esimerkiksi Mendelejevin neljäs ja viides rivi sisältyvät molemmat modernin taulukon neljänteen jaksoon. Tämä johtaa galliumin, ei skandiumin sijoittamiseen boorin alle jaksolliseen järjestelmään. Tämä uudelleenjärjestely johtuu atomien elektronista rakennetta koskevasta teoriasta, erityisesti ajatuksista orbitaaleista ja elektronikonfiguraation suhteesta jaksolliseen järjestelmään. Äärimmäisen tärkeä ajatus toisiinsa liittyvien elementtien vertikaalisista ryhmistä säilyy edelleen, samoin Mendelejevin ryhmäluvut. Jälkimmäiset esiintyvät roomalaisina numeroina jokaisen sarakkeen yläosassa nykyisessä taulukossa.

Mendelejev oli poikkeuksellinen kemisti, joka kykeni kokoamaan kaikkien aikojen suurimman kemiallisen instrumentin. Hän ei ollut ainesten kokoamisessa yksin,ja monet muut suuret kemistit osallistuivat myös. Alkuaineiden idea alkoi yli 5 000 vuotta sitten ja alkoi muotoutua lopullisesti vasta 200 vuotta sitten Mendelejevin jaksollisen järjestelmän myötä. Jaksollisen järjestelmän muodostuminen ei kuitenkaan päättynyt siihen. Se on muuttunut ajan myötä, ja edelleen muuttaa sitä enemmän ja enemmän elementtejä löydetään.

Chemprime: 4.2: Jaksollinen järjestelmä