Dmitry Ivanovich Mendeleev, cách bảng tuần hoàn được tạo ra

Đó là nhà hóa học người Nga Dmitriy Ivanovich Mendeleev người đã tìm ra cách sắp xếp thứ tự ôxy, cacbon, sắt và tất cả các nguyên tố khác đã được phát hiện - và vẫn sẽ được phát hiện - trong một bảng để phân loại chúng. Cái nhìn sâu sắc của ông lần đầu tiên được công bố vào ngày 6 tháng 1869 năm XNUMX, nhưng lịch sử của bảng tuần hoàn đã bắt đầu sớm hơn nhiều và nó nói lên rất nhiều điều về cách hoạt động của nghiên cứu khoa học—cách chúng ta cố gắng hiểu thế giới.

Danh sách của Lavoisier

Hầu hết các nhà sử học khoa học truy tìm nguồn gốc của bảng tuần hoàn đối với các nghiên cứu được thực hiện bởi nhà hóa học người Pháp Antoine-Laurent de Lavoisier vào cuối thế kỷ XNUMX. Trước khi gặp một kết cục tồi tệ, bị tòa án cách mạng Pháp kết án tử hình bằng cách chặt đầu, Lavoisier chịu trách nhiệm về một số tiến bộ quan trọng nhất trong nghiên cứu khoa học vào thời của ông. Cùng với vợ là Marie-Anne, ông đã dành nhiều năm để nghiên cứu các nguyên tố.: Các chất như oxy và carbon không thể bị "phân hủy" bằng phản ứng hóa học thành các chất khác. Lavoisier cũng đưa ra phiên bản đầu tiên của định luật bảo toàn khối lượng, sau khi hiểu rằng trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các chất ban đầu phải bằng tổng khối lượng của các chất thu được sau phản ứng.

En 1789, lavoisier công bố danh sách ban đầu trong số 33 yếu tố được xác định cho đến thời điểm đó, biết rằng có lẽ còn nhiều thứ nữa được khám phá (danh sách của ông cho thấy khoảng XNUMX/XNUMX những thứ được biết đến ngày nay). Vàng, sắt và lưu huỳnh đã được biết đến từ thời cổ đại, trong khi những thứ khác được phát hiện gần đây hơn. Mặc dù chưa đầy đủ, nhưng danh sách này là nỗ lực đầu tiên để sắp xếp các yếu tố theo thứ tự, một câu đố rất phức tạp sẽ mất hơn một thế kỷ để giải và nhiều thập kỷ nữa để hoàn thành gần như tất cả các mảnh của nó.

Proust và Dalton

Năm năm sau khi công bố danh sách của mình, Lavoisier bị tòa án cách mạng nhân dân kết án tử hình và bị chặt đầu. Đó là năm 1794, cùng năm mà một nhà khoa học khác, Louis-Joseph Proust, ông đã đi đến kết luận rằng nếu định luật bảo toàn của Lavoisier có giá trị, thì một phần mới liên quan đến "tỷ lệ xác định" phải được thêm vào. Proust đã ban hành luật mới của mình vào năm 1799: khi hai hay nhiều nguyên tố phản ứng với nhau để tạo thành hợp chất, chúng luôn tạo thành hợp chất theo những tỷ lệ khối lượng xác định và không đổi.

Mặc dù định luật của ông cho rằng các hợp chất hóa học phải được tạo thành từ các hạt có trọng lượng khác nhau, mỗi hạt được quy cho một nguyên tố nhất định. là nhà khoa học người Anh John dalton (người mà chúng ta mắc nợ thuật ngữ «mù màu»: người không thể nhìn thấy một số màu và là một trong những sinh viên chính của tình trạng này) người đã chứng minh vào đầu thế kỷ XNUMX rằng khi hai nguyên tố kết hợp với nhau để tạo thành hợp chất, một lượng của nguyên tố được kết hợp với các đại lượng là bội số của nhau, liên quan đến nhau dưới dạng các số nguyên nhỏ.

Về cơ bản, nếu tôi kết hợp 12 gam carbon với 16 gam oxy, tôi sẽ nhận được carbon monoxide (CO), nhưng nếu tôi kết hợp cái trước với lượng oxy gấp đôi, tôi sẽ nhận được carbon dioxide (CO2). Với cùng một khối lượng carbon, carbon dioxide chứa gấp đôi lượng oxy so với carbon monoxide. Từ đó nó kéo theo đó giá trị của tỷ lệ kết hợp là một nửa.

Những "thứ" nhỏ bé đối với mắt người, các nguyên tử

Để giải thích định luật của mình, Dalton giả định rằng mỗi nguyên tố được tạo thành từ những vật nhỏ xíu mà mắt người không nhìn thấy được, tất cả đều có trọng lượng như nhau. Ông gọi chúng là "nguyên tử", lấy từ tiếng Hy Lạp được dùng để định nghĩa một thứ gì đó không thể chia cắt.

đặt hàng

Trong vài năm Lavoisier, Proust và Dalton đã chính thức hóa ba định luật hóa học cổ điển (các định luật về trọng lượng), thể hiện tiềm năng của phương pháp khoa học và những tiến bộ nhanh chóng trong một nguyên tắc cơ bản để hiểu thế giới vận hành như thế nào, nhưng cần phải sắp xếp trật tự giữa rất nhiều điều mới lạ.

Trong số những người đầu tiên làm điều này là nhà hóa học Thụy Điển Jons Jacob Berzelius, người đã giới thiệu cách viết tắt cho các nguyên tố, sử dụng một hoặc hai chữ cái như "C" cho carbon và "Fe" cho sắt. Đối với các chữ viết tắt, ông đã thêm các số để biểu thị tỷ lệ của các yếu tố khác nhau: như "2" trong H₂O, cho biết hai phần hydro liên kết với một phần oxy để tạo thành phân tử nước. Những chữ cái và con số đó đã kết thúc trong bảng tuần hoàn các nguyên tố và vẫn còn cần thiết cho đến ngày nay.

Berzelius là một người khá sáng tạo và ham học hỏi.. Sau khi biết về pin điện do Alessandro Volta người Ý phát minh ra, tạo ra điện thông qua phản ứng hóa học, anh bắt đầu thử nghiệm để cố gắng thu được hiệu ứng ngược lại. Ông đã sử dụng điện từ pin để gây ra các phản ứng hóa học trong dung dịch, được gọi là điện phân.

Kỹ thuật này, được một số nhà khoa học khác áp dụng, đã chứng minh là công cụ giúp khám phá ra nhiều loại nguyên tố hóa học chưa từng được biết đến trước đây. Trong vòng vài năm, các nguyên tố mà sự tồn tại của chúng dường như luôn được coi là đương nhiên, chẳng hạn như natri, magiê, kali và canxi, đã được xác định. Hàng chục yếu tố mới đã được thêm vào danh sách ba mươi yếu tố được Lavoisier liệt kê, điều này đặt ra những câu hỏi mới: Có bao nhiêu yếu tố thực sự có trong tự nhiên? Làm thế nào chúng ta có thể khám phá những người khác? Có chất nào mà chúng ta nghĩ là kết quả của sự kết hợp của các nguyên tố khác và thay vào đó chính chúng là các nguyên tố không?

bảng tuần hoàn

Khi cuộc đua giành các nguyên tố tiếp tục, nhiều nhà khoa học bắt đầu tự hỏi cách đặt hàng và hiểu ý nghĩa của những khám phá mới của bạn. Để làm điều này, bạn phải kiểm tra các chất riêng lẻ và so sánh các đặc điểm của chúng, tìm kiếm những điểm chung. Người ta phát hiện ra rằng một số nguyên tố có thể được nhóm thành bộ ba và được xếp hạng theo trọng lượng nguyên tử: nguyên tố trung tâm luôn có trọng lượng bằng trọng lượng trung bình giữa hai nguyên tố nhẹ nhất và nặng nhất của nó.

Vào đầu những năm 1860, các nhà hóa học đã có trong tay ba định luật cơ bản, hàng chục nguyên tố, kiến ​​thức về một số đặc tính định kỳ giữa chúng, nhưng không có hệ thống danh mục nào để điều hướng thế giới mà họ đã khám phá ra. Sắp xếp hóa học theo thứ tự gần như trở thành nỗi ám ảnh đối với một giáo sư hóa học tại Đại học Saint Petersburg ở Nga: Dmitry Ivanovich Mendeleev. Vào cuối tháng 1869 và đầu tháng XNUMX năm XNUMX, Mendeleev đã làm việc để hiểu ý nghĩa của các nguyên tố. Đó thực sự là một cam kết liên tục: anh ấy làm việc cả ngày lẫn đêm, cuối cùng quên mất thời gian và sau đó nói rằng ý tưởng cuối cùng để giải câu đố hóa học đã đến với anh ấy sau một giấc mơ ngắn.

Sáng tạo bảng tuần hoàn

Mendeleev đã tạo một bảng trong đó các yếu tố đã được liệt kê theo một tiêu chí chính xác, đã tính đến các mối quan hệ giữa các tính năng của nó. Hệ thống của anh ấy tốt hơn những nỗ lực trước đó vì một lý do đơn giản: nó trung thực hơn. Nói cách khác, ông đã dự tính khả năng có những yếu tố khác được khám phá và do đó, việc một số ô trong sơ đồ trống là điều bình thường. Mendeleev đã bị chỉ trích nhiều vì đã để lại những lỗ hổng đó, nhưng những khám phá trong những thập kỷ tiếp theo sẽ chứng minh rằng ông đúng.

Cái bàn không chỉ dự tính khả năng khám phá ra những nguyên tố mới: cũng đặt câu hỏi liệu một số phép đo được thực hiện cho đến lúc đó về một số trong số họ là chính xác. Trong bảng, Mendeleev đảo ngược một số yếu tố hỗ trợ lý thuyết này. Trong một số trường hợp, các phép đo chính xác hơn đã chứng minh ông đúng, trong những trường hợp khác thì không, cho thấy rằng các nhà khoa học vào thời điểm đó vẫn còn thiếu điều gì đó về trọng lượng nguyên tử.

Sự phát triển của bảng Mendeleev

Cái hay của bảng tuần hoàn các nguyên tố, có thể là dạng lưới yêu thích của các nhà hóa học, là nó trông không giống một mẫu thống nhất. Một số hàng có một số mục, trong khi những hàng khác điền vào 18 mục. Nó được gọi là "tuần hoàn" bởi vì Mendeleev đã khai thác sự lặp lại của các tính chất hóa học, nhóm các nguyên tố có đặc điểm hóa học tương tự nhau lại với nhau..

Với việc phát hiện ra các nguyên tố mới trong những năm tiếp theo, bao gồm cả khí hiếm gây ngạc nhiên vào thời điểm đó (chẳng hạn như heli), trơ và do đó khó phát hiện, bảng của Mendeleev đã chứng tỏ một điểm khởi đầu đáng gờm để tinh chỉnh một sơ đồ bao gồm tất cả các nguyên tố, mặc dù những phức tạp do những hiểu biết mới và bằng chứng khoa học mang lại. Ví dụ, vào cuối thế kỷ XNUMX, người ta đã phát hiện ra rằng nguyên tử có thể mất mảnh, gợi ý rằng bản thân chúng được tạo thành từ những phần nhỏ hơn, vẫn chưa được quan sát.

cấu tạo hóa học

Một lần nữa, trong một vài thập kỷ, hóa học đã có những bước nhảy vọt, dẫn đến việc xây dựng các lý thuyết về cấu trúc nguyên tử. Họ đã khám phá ra những thứ mà chúng ta coi là hiển nhiên ngày nay, như sự tồn tại của proton (tích điện dương), nơtron (không tích điện) và electron (tích điện âm), đó là, các thành phần hạ nguyên tử. Điều này dẫn đến việc xác định số nguyên tử, cho biết số lượng proton chứa trong hạt nhân nguyên tử.

Tuy nhiên, không có sẵn kiến ​​thức vào năm 1869, Mendeleev đã sắp xếp sơ đồ của mình về trọng lượng nguyên tử (mặc dù có một số thay thế theo thứ tự các nguyên tố để làm cho bố cục tổng thể phù hợp). vô tình, Mendeleev đã sắp xếp các nguyên tố theo thứ tự số nguyên tử, nhiều năm trước khi chính khái niệm này được giới thiệu. Việc thay thế các số nguyên tử vào các giá trị của bảng đã tạo ra chuỗi cuối cùng của bảng tuần hoàn mà chúng ta biết ngày nay. Ngoài việc khám phá ra cấu trúc của nguyên tử, trong thế kỷ 18, cơ học lượng tử đã tạo ra những bước phát triển và cải tiến hơn nữa của bảng tuần hoàn, được phản ánh trong mô hình XNUMX cột hiện tại.

Cách lập và đọc bảng tuần hoàn

Trong bảng tuần hoàn, các nguyên tố được chèn dần vào từng hàng (dấu chấm) từ trái sang phải theo dãy số hiệu nguyên tử của chúng: mỗi hàng mới bắt đầu sau khí hiếm. Nguyên tố đầu tiên trong hàng luôn là kim loại kiềm, có số hiệu nguyên tử lớn hơn nguyên tố mà hàng trước đó kết thúc bằng một. Tổng quát hơn, trong bảy hàng của bảng, kim loại ở bên trái và các loại nguyên tố khác ở bên phải.

như vậy khi bạn di chuyển sang bên phải, bạn sẽ tìm thấy các vật phẩm ngày càng nặng hơn, với các đặc tính khác nhau từ kim loại đến khí. Khi bạn đến cuối một hàng và bắt đầu hàng tiếp theo, luôn từ trái sang phải, phân phối được lặp lại theo chu kỳ. Mọi thứ trở lại với một sự hài hòa nhất định, điều này sẽ làm bạn ngạc nhiên nếu bạn cố gắng đọc bảng bằng cách nhìn vào nó.

Các cột (nhóm hoặc họ) chứa các nguyên tố có đặc điểm hóa học tương tự nhau. Ví dụ, có cùng cấu hình electron ngoài cùng, nghĩa là các electron hành xử giống nhau xung quanh hạt nhân nguyên tử của chúng. Có 18 nhóm và chúng bao gồm từ nhóm kim loại kiềm đến nhóm khí hiếm.

Không phải tất cả các yếu tố là tự nhiên

Các nguyên tố có số hiệu nguyên tử từ 1 đến 118 chiếm tất cả bảy hàng trong bảng tuần hoàn: 94 cái đầu tiên đều là tự nhiên, trong khi những cái từ 95 đến 118 là nhân tạo. Nghiên cứu để phát triển các mặt hàng mới vẫn đang được tiến hành, cũng như có một số vấn đề cần được giải quyết trong cách bố trí sơ đồ hiện tại.

Mặc dù có một số điều chỉnh, nhưng nhìn chung trong 150 năm tồn tại, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học đã được chứng minh là cần thiết không chỉ để sắp xếp thứ tự các nguyên tố tạo nên tất cả, bao gồm cả đôi mắt bạn sử dụng để đọc những từ này, mà còn để phân tích hóa học của các phản ứng, khám phá mối quan hệ giữa các hợp chất khác nhau và nghiên cứu vật lý hạt nhân. Các hàng và cột của bảng là sự tổng hợp có một không hai của nghiên cứu khoa học đã làm cho việc tạo ra nó trở nên khả thi và theo một nghĩa nào đó, của những gì sẽ xảy ra.