Q&A:Den fascinerende baggrund for det periodiske system, som er ved at fylde 150 år

Det periodiske system er blevet et ikon for videnskab. Dens rækker og søjler giver en pæn måde at fremvise elementerne - ingredienserne, der udgør universet.

Det virker indlysende i dag, men det var ikke til generationer af tidlige kemikere. Det ændrede sig, da Dmitri Mendeleev begyndte at skrive en lærebog og overvejede måder at gruppere elementerne på for at lette sin byrde.

Den russiske kemiker opdagede et elegant og kraftfuldt mønster:Han erkendte, at visse elementer udviste lignende træk, og at disse træk varierede regelmæssigt - eller periodisk - med stigende atomvægt.

Så den 17. feb. 1869 (ifølge den julianske kalender brugt i Rusland på det tidspunkt), Mendelejev udgav et diagram over de 60-ulige elementer kendt på det tidspunkt, sorteret efter deres vægt og egenskaber. Han kaldte det "Et forsøg på et system af elementer, Baseret på deres atomvægt og kemiske affinitet."

Det er blevet betragtet som et af de største videnskabelige bidrag nogensinde.

Det er derfor, at FN og International Union of Pure and Applied Chemistry fejrer 150-året for Mendeleevs periodiske system. Festlighederne startede i Paris tirsdag.

Journalen Videnskab markerer lejligheden med et særnummer om bordet, som inkluderer et essay om dets oprindelse af Michael Gordin, en videnskabshistoriker ved Princeton University. Gordin talte med Los Angeles Times om Mendeleevs opfindelse og dens videnskabelige arv.

Spørgsmål:Hvorfor har det periodiske system bestået i 150 år?

A:Det er et fantastisk værktøj, der kan komprimere en enorm mængde information i ét format. Det er en af ​​de første ting, folk lærer om kemi. Det er i hver lærebog. Det er på væggen i stort set alle kemi klasseværelser i verden.

Q:Hvordan opstod det?

A:Dmitri Mendeleev skrev en lærebog, da han kom på ideen. Det var en ordning, han sammensatte for at hjælpe med at organisere elementerne i familier, så han ikke skulle bruge tid på at lave hvert element individuelt.

Q:Hvordan fungerede det?

A:Bordet er organiseret efter stigende atomvægt, men opdelt i rækker. Da Mendeleev gjorde det, han så, at visse grundstoffer har meget lignende egenskaber - de danner syrer med samme styrke, de danner krystaller, der ser ens ud.

Så, ud over at øge atomvægten, han så, at der er et andet mønster, der gentager sig. Det var ham, der opfandt udtrykket "periodisk".

Spørgsmål:Vidste han, at han var inde i noget stort?

A:Jeg tror, ​​han opfattede et mønster, der kunne være en af ​​to ting. Er det bare et praktisk undervisningsværktøj, eller er det et dybt mønster i naturen? Han så det begge veje.

Over tid, han blev mere overbevist om, at han havde opdaget en naturlov. Det er normalt for videnskabelige resultater - når du først foreslår noget, du ved ikke det er sandt endnu.

Q:Vil du sige, at Mendeleev "opdagede" det moderne periodiske system?

A:Jeg plejer at sige, at Mendeleev formulerede eller opfandt tabellen. Grunden til at jeg ikke siger opdaget er, at det ikke er som om det er en sten eller et bjerg. Det er et sæt af relationer mellem ting, der er som klipper eller bjerge.

Spørgsmål:Men han var ikke den eneste kemiker, der arbejdede på et bord for 150 år siden, var han?

A:Det er rigtigt. Der var seks forskellige formuleringer af tabellen i 1860'erne.

Q:Hvad adskiller hans bord?

A:Den første ting er, at Mendeleev gør alle elementerne. Tidligere havde folk lagt mange eller de fleste ind, men havde ikke gjort dem alle, fordi de ikke var sikre på atomvægtene. Mendeleev lavede gæt om deres vægte for at passe dem i bordet.

Den anden ting er, at han forudsagde eksistensen af ​​nye elementer. Når disse elementer bliver opdaget, hans bord skiller sig ud.

Den tredje grund er, at han i sin levetid var meget insisterende på, at han fortjente kredit for det periodiske system.

Q:Lad os tage et øjeblik tilbage. Hvordan forudsagde Mendeleev eksistensen af ​​uopdagede elementer?

A:Der er flere hypoteser fra historikere, fordi han ikke skrev sin tankeproces ned.

Da Mendeleev begyndte at opstille elementer med lignende egenskaber i kolonner, han bemærkede, at nogle steder, et element så ud til at være det forkerte sted og skulle være én kolonne over. Da han flyttede den over, alt lykkedes. Men så er der et tomt hul. Og han er ligesom, "OKAY, hvordan forklarer jeg, hvad der er i hullet?"

Q:Og hvordan forklarede han det?

A:Han sagde, "Godt, dens atomvægt burde være omkring dette, fordi jeg kan tage et gennemsnit ud fra elementerne omkring det og gætte det." Og han er ligesom, "Jeg ved, hvad dens krystalstruktur skal være. Og jeg ved noget om, hvilken slags syrer den ville danne, fordi det har de egenskaber som elementerne over og under det."

Inden for 15 år, tre af de elementer, han forudsagde i detaljer, blev opdaget. Og de havde præcis de egenskaber, han sagde, de ville.

Spørgsmål:Så andre kemikere lavede ikke forudsigelser?

A:Andre mennesker erkendte, at der var et mønster. Men de gættede ikke om grundstoffernes egenskaber.

Mendeleevs hovedkonkurrent er en tysker ved navn Lothar Meyer. Meyer lavede et par versioner af et lignende bord i 1860'erne, men han kom aldrig med forudsigelser. Han mente, det var hensynsløst at gætte. Han er ligesom, "Kemikere burde ikke gøre det, fordi vi endnu ikke ved nok."

Q:Hvad foregik der i 1860'erne, som gav alle ideen til at lave tabeller over elementerne?

A:I dag, det periodiske system er organiseret efter atomnummer, som er antallet af protoner i kernen. Men de kendte ikke til protoner dengang, så de organiserede alt efter atomvægt. De havde, hvad de troede var nøjagtige atomvægte for alle grundstofferne, men nogle af disse vægte blev målt af forskellige systemer.

Derefter, i 1860, der var et internationalt møde for kemikere i Tyskland. Mendeleev var der tilfældigvis, fordi han studerede i nærheden. De foreslår en samlet måde at organisere atomvægtene på, og når de gør det, de korrigerer en hel masse atomvægte.

Inden for et år eller to, folk begyndte at se disse mønstre.

Q:Var der tidligere forsøg på at organisere elementerne?

A:Ja. En metode var alfabetisk, hvilket var meget almindeligt.

De andre organiserede elementer ved deres evne til at binde sammen. Så du ville lave en tabel og sige, svovl binder rigtig godt til dette og dette og dette, i denne rækkefølge. De ligner periodiske tabeller, men de er helt forskellige. De lister ikke alle elementerne, og ting dukker op flere gange.

Q:Ved vi, hvilken slags fyr Mendeleev var?

A:Vi ved faktisk meget om ham. Han blev født i en sibirisk by kaldet Tobolsk, som er næsten i det nøjagtige centrum af Rusland. Han endte i St. Petersborg for uddannelse, og han blev der det meste af sit liv - han underviste ved universitetet i Sankt Petersborg - men rejste meget bredt.

Han var meget larmende, lidt sjov, hurtigt at miste besindelsen, men også tydeligvis meget karismatisk og engagerende. Han var også meget politisk aktiv. Han stod meget i aviserne.

Efter at han havde afsluttet bordet, han besluttede, at han ville begynde at beholde al sin post og alle sine breve, fordi han vidste, at han ville blive berømt. Han er den slags person, der bekymrede sig om sin arv og tænkte på sig selv ganske godt.

Q:Blev han berømt i sin levetid?

A:Ja. Han laver bordet, når han er 35, i 1869, og han lever indtil 1907. Bordet bliver mere og mere centralt i kemien i løbet af hans liv, så han bliver internationalt kendt.

Spørgsmål:Forskere forstod ikke rigtig atomer før efter Mendeleev døde. Hvordan ændrede det bordet?

A:Vi organiserer nu tabellen baseret på kvanteteori - på de positioner elektronerne i den ydre skal af et atom har. Det forklarer deres kemiske egenskaber, fordi elektronerne bestemmer, hvordan de binder sig til andre grundstoffer.

Mendeleev vidste ikke noget af det. Elektronen blev opdaget i 1897, og han kunne ikke lide den idé. Han kunne ikke lide mange af disse nye ideer. Når folk opdagede nye ting, han ikke kunne lægge på bordet, han blev meget frustreret. Det generede ham.

Men senere, Niels Bohr, den danske fysiker, der er en af ​​kvanteteoriens arkitekter, udgivet en meget interessant version af det periodiske system, der inkorporerer indsigten i atomets kvantesyn for at hjælpe med at forklare, hvordan systemet fungerer. Det gjorde dem stille, der troede, at bordet kun var et heldigt gæt.

Q:Hvad har ellers ændret sig i løbet af de sidste 150 år?

A:Alle disse nye elementer, der er blevet opdaget, de meget tunge elementer. De er primært resultater af at bruge kollidere og sådan noget til at lave dem. De lever i en meget kort periode - mikrosekunder. Men at udfylde tabellen har lært os meget om, hvordan kernerne i disse atomer fungerer.

Vi forstår nu, hvorfor der er så mange kolonner i tabellen, som der er, og hvor mange rækker ned vi kan gå, før atomet bliver for ustabilt. Vi har nu et bord uden huller, og det giver os en ægte følelse af at forstå naturen.

Q:Er tabellen færdig nu?

A:Jeg er sikker på, at nogen vil prøve at skabe nye elementer, så du kan bygge flere rækker. Men spørgsmålet om, hvorvidt det er investeringen værd i forhold til mængden af ​​viden, vi får, er et spørgsmål, som videnskabsmænd og politikere skal svare på. Det er ikke min sag at bestemme.

Spørgsmål:Er der noget ved det moderne periodiske system, der ville have overrasket Mendeleev?

A:Jeg tror, ​​han ville have været virkelig overrasket over, hvor tunge elementerne kan blive, at vi har kunnet nå 118.

Men jeg tror, ​​han ville have været meget tilfreds med, at bordet stadig er allestedsnærværende - at denne ting, han gjorde, stadig findes.

©2019 Los Angeles Times
Distribueret af Tribune Content Agency, LLC.