επιστήμη

Οι επιστήμονες προτείνουν έναν ολοκαίνουργιο περιοδικό πίνακα, και είναι ένα ταξίδι

Ο περιοδικός πίνακας των στοιχείων, που δημιουργήθηκε κυρίως από τον Ρώσο χημικό, Ντμίτρι Μεντελέγιεφ (1834-1907), γιόρτασε 150η επέτειος πέρυσι. Θα ήταν δύσκολο να υπερεκτιμήσουμε τη σημασία του ως οργανωτικής αρχής στη χημεία – όλοι οι εκκολαπτόμενοι χημικοί εξοικειώνονται με αυτό από τα πρώτα στάδια της εκπαίδευσής τους.

Δεδομένης της σημασίας του πίνακα, μπορεί να συγχωρεθεί κανείς επειδή πιστεύει ότι η σειρά των στοιχείων δεν αποτέλεσε πλέον αντικείμενο συζήτησης. Ωστόσο, δύο επιστήμονες στη Μόσχα της Ρωσίας, έχουν δημοσιεύσει πρόσφατα ένα πρόταση για νέα παραγγελία.

Ας εξετάσουμε πρώτα πώς αναπτύχθηκε ο περιοδικός πίνακας. Μέχρι τα τέλη του 18ου αιώνα, οι χημικοί ήταν ξεκάθαροι για τη διαφορά μεταξύ ενός στοιχείου και μιας ένωσης: τα στοιχεία ήταν χημικά αδιαίρετα (παραδείγματα είναι υδρογόνο, οξυγόνο), ενώ οι ενώσεις αποτελούσαν δύο ή περισσότερα στοιχεία σε συνδυασμό, με ιδιότητες αρκετά διαφορετικές από τα συστατικά τους στοιχεία.

Στις αρχές του 19ου αιώνα, υπήρχε καλά αποδεικτικά στοιχεία για την ύπαρξη ατόμων. Και μέχρι το 1860, ήταν δυνατό να απαριθμηθούν τα γνωστά στοιχεία κατά τη σχετική ατομική μάζα τους – για παράδειγμα, το υδρογόνο ήταν 1 και το οξυγόνο 16.

Οι απλοί κατάλογοι, φυσικά, έχουν μονοδιάστατο χαρακτήρα. Αλλά οι χημικοί γνώριζαν ότι ορισμένα στοιχεία είχαν μάλλον παρόμοιες χημικές ιδιότητες: για παράδειγμα λίθιο, νάτριο και κάλιο ή χλώριο, βρώμιο και ιώδιο.

Κάτι φαινόταν να επαναλαμβάνει και τοποθετώντας χημικά παρόμοια στοιχεία το ένα δίπλα στο άλλο, θα μπορούσε να κατασκευαστεί ένας δισδιάστατος πίνακας. Ο περιοδικός πίνακας γεννήθηκε.

Είναι σημαντικό ότι ο περιοδικός πίνακας του Mendeleev είχε δημιουργηθεί εμπειρικά με βάση τις παρατηρούμενες χημικές ομοιότητες ορισμένων στοιχείων. Μόνο στις αρχές του 20ού αιώνα, μετά την καθιέρωση της δομής του ατόμου και μετά την ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας, θα προέκυπτε μια θεωρητική κατανόηση της δομής του.

READ  Το Τμήμα Υγείας Polk County εξηγεί τον λόγο πίσω από την αύξηση των θανάτων

Τα στοιχεία ταξινομήθηκαν τώρα κατά ατομικό αριθμό (ο αριθμός των θετικά φορτισμένων σωματιδίων που ονομάζονται πρωτόνια στον ατομικό πυρήνα), αντί από την ατομική μάζα, αλλά ακόμη και από χημικές ομοιότητες.

Αλλά το τελευταίο ακολούθησε τώρα από τη διάταξη των ηλεκτρονίων που επαναλαμβάνονται στα λεγόμενα «κελύφη» σε τακτά χρονικά διαστήματα. Μέχρι τη δεκαετία του 1940, τα περισσότερα εγχειρίδια παρουσίαζαν έναν περιοδικό πίνακα παρόμοιο με αυτόν που βλέπουμε σήμερα, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Σημερινός περιοδικός πίνακας. (Offnfopt / Wikipedia)

Θα ήταν κατανοητό να πιστεύουμε ότι αυτό θα ήταν το τέλος του θέματος. Όχι, ωστόσο. Μια απλή αναζήτηση στο Διαδίκτυο θα αποκαλύψει κάθε είδους εκδόσεις του περιοδικού πίνακα.

Υπάρχουν σύντομες εκδόσεις, μεγάλες εκδόσεις, κυκλικές εκδόσεις, σπειροειδείς εκδόσεις και ακόμη και τρισδιάστατες εκδόσεις. Πολλά από αυτά, σίγουρα, είναι απλώς διαφορετικοί τρόποι μεταφοράς των ίδιων πληροφοριών, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν διαφωνίες σχετικά με το πού πρέπει να τοποθετηθούν ορισμένα στοιχεία.

Η ακριβής τοποθέτηση ορισμένων στοιχείων εξαρτάται από τις συγκεκριμένες ιδιότητες που θέλουμε να επισημάνουμε. Έτσι, ένας περιοδικός πίνακας που δίνει υπεροχή στην ηλεκτρονική δομή των ατόμων θα διαφέρει από τους πίνακες για τους οποίους τα κύρια κριτήρια είναι ορισμένες χημικές ή φυσικές ιδιότητες.

Αυτές οι εκδόσεις δεν διαφέρουν πολύ, αλλά υπάρχουν ορισμένα στοιχεία – για παράδειγμα υδρογόνο – που μπορεί να τοποθετηθεί πολύ διαφορετικά ανάλογα με τη συγκεκριμένη ιδιότητα που επιθυμεί να επισημάνει. Ορισμένοι πίνακες τοποθετούν υδρογόνο στην ομάδα 1 ενώ σε άλλους βρίσκεται στην κορυφή της ομάδας 17. ακόμη και μερικά τραπέζια το έχουν σε μια ομάδα από μόνη της.

Ωστόσο, μάλλον πιο ριζικά, μπορούμε επίσης να εξετάσουμε το ενδεχόμενο ταξινόμησης των στοιχείων με πολύ διαφορετικό τρόπο, που δεν περιλαμβάνει ατομικό αριθμό ή αντικατοπτρίζει την ηλεκτρονική δομή – επιστροφή σε μονοδιάστατη λίστα.

READ  Νέος δεινόσαυρος που σχετίζεται στενά με το rex Tyrannosaurus που ανακαλύφθηκε στην Αγγλία

Νέα πρόταση

Η τελευταία προσπάθεια παραγγελίας στοιχείων με αυτόν τον τρόπο δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Περιοδικό Φυσικής Χημείας από επιστήμονες Zahed Allahyari και Άρτεμ Ογκάνοφ.

jp0c07857 0010(Allahyari et al., Journal of Physical Chemistry, 2020)

Η προσέγγισή τους, με βάση την προηγούμενη δουλειά άλλων, είναι να εκχωρήσετε σε κάθε στοιχείο αυτό που ονομάζεται Mendeleev Number (MN).

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για την εξαγωγή τέτοιων αριθμών, αλλά η τελευταία μελέτη χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό δύο θεμελιωδών ποσοτήτων που μπορούν να μετρηθούν άμεσα: η ατομική ακτίνα ενός στοιχείου και μια ιδιότητα που ονομάζεται ηλεκτροαρνητικότητα που περιγράφει πόσο έντονα ένα άτομο προσελκύει ηλεκτρόνια στον εαυτό του.

Εάν κάποιος παραγγείλει τα στοιχεία από το MN τους, οι πλησιέστεροι γείτονες έχουν, αναπάντεχα, παρόμοια MN. Αλλά περισσότερο χρήσιμο είναι να προχωρήσουμε αυτό το ένα βήμα παραπέρα και να κατασκευάσουμε ένα δισδιάστατο πλέγμα με βάση το ΜΝ των συστατικών στοιχείων στις λεγόμενες “δυαδικές ενώσεις”.

Αυτές είναι ενώσεις που αποτελούνται από δύο στοιχεία, όπως χλωριούχο νάτριο, NaCl.

Ποιο είναι το όφελος αυτής της προσέγγισης; Είναι σημαντικό, μπορεί να βοηθήσει στην πρόβλεψη των ιδιοτήτων των δυαδικών ενώσεων που δεν έχουν γίνει ακόμη. Αυτό είναι χρήσιμο στην αναζήτηση νέων υλικών που είναι πιθανό να χρειάζονται τόσο για μελλοντικές όσο και για υπάρχουσες τεχνολογίες. Με τον καιρό, χωρίς αμφιβολία, αυτό θα επεκταθεί σε ενώσεις με περισσότερα από δύο στοιχειακά συστατικά.

Ένα καλό παράδειγμα της σημασίας της αναζήτησης νέων υλικών μπορεί να εκτιμηθεί λαμβάνοντας υπόψη τον περιοδικό πίνακα που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

αρχείο 20201125 13 1l8n7neΠίνακας περιόδου που δείχνει τη σχετική αφθονία στοιχείων. (European Chemical Society / Wikipedia / CC BY-SA)

Αυτός ο πίνακας απεικονίζει όχι μόνο τη σχετική αφθονία των στοιχείων (όσο μεγαλύτερο είναι το κουτί για κάθε στοιχείο, τόσο περισσότερο υπάρχει), αλλά επίσης υπογραμμίζει πιθανά ζητήματα εφοδιασμού που σχετίζονται με τεχνολογίες που έχουν γίνει πανταχού παρούσες και απαραίτητες στην καθημερινή μας ζωή.

READ  Η AOC δήλωσε σαφώς τι κάνει το εμβόλιο COVID, το ίδιο το πλάνο

Πάρτε για παράδειγμα κινητά τηλέφωνα. Όλα τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή τους ταυτίζονται με το εικονίδιο του τηλεφώνου και μπορείτε να δείτε ότι πολλά απαιτούμενα στοιχεία γίνονται σπάνια – η μελλοντική τους προσφορά είναι αβέβαιη.

Αν θέλουμε να αναπτύξουμε υλικά αντικατάστασης που αποφεύγουν τη χρήση ορισμένων στοιχείων, οι γνώσεις που αποκτώνται από την παραγγελία στοιχείων από το MN τους μπορεί να αποδειχθούν πολύτιμες σε αυτήν την αναζήτηση.

Μετά από 150 χρόνια, μπορούμε να δούμε ότι οι περιοδικοί πίνακες δεν είναι απλώς ένα ζωτικό εκπαιδευτικό εργαλείο, παραμένουν χρήσιμοι για τους ερευνητές στην αναζήτησή τους για βασικό νέο υλικό. Αλλά δεν πρέπει να σκεφτόμαστε νέες εκδόσεις ως αντικαταστάσεις προηγούμενων απεικονίσεων. Η ύπαρξη πολλών διαφορετικών πινάκων και λιστών χρησιμεύει μόνο για να εμβαθύνουμε την κατανόησή μας για το πώς συμπεριφέρονται τα στοιχεία.Η συζήτηση

Νικ Νόρμαν, Καθηγητής Χημείας, Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ.

Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε ξανά από Η συζήτηση με άδεια Creative Commons. Διαβάστε το πρωτότυπο άρθρο.

Related Articles

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *

Back to top button
Close
Close