DMITRIJ I. MENDELEJEW (1834 - 1907).

132 ROCZNICA (1869- 2001) ODKRYCIA PRAWA OKRESOWOŚCI

Żródło : Sztejnberg A., Aktualni Otazky Vyuky Chemie, WSP w Hradec Kralove, Gaudeamus, 2000, s. 63-67.

Praktyka pedagogiczna potwierdza, iż często wiedza studentów z zakresu historii chemii jest fragmentaryczna. Dlatego też szczególnie ważne i zarazem interesujące z dydaktycznego punktu widzenia jest zapoznanie studentów z historią odkrycia pierwiastków chemicznych (Dmitriew, 1985; Sztejnberg, 1997, 1998), problematyką klasyfikowania pierwiastków chemicznych, historią odkrycia prawa okresowości i układu okresowego pierwiastków chemicznych (Mendelejew, 1950, 1958; van Spronsen, 1969; Kedrow, 1970, 1984; Goldwhite, 1979; Figurowski, 1983; Strube, 1984; Lisniewski, 1984; Trifonow, 1988, 1989; Zamecki, 1992; Sztejnberg, 1995; Woods, 1999).

Wyodrębnienie chemii jako nauki nastąpiło na przełomie XVII i XVIII wieku. W tym czasie kształtowały się jej metody badawcze i podstawowe pojęcia. XVIII i XIX wiek to okresy,

w których dokonano szeregu odkryć między innymi wielu praw chemicznych, takich jak [Sztejnberg, 1995, s. 33]:

1 marca (17 lutego wg starego kalendarza) Dmitrij I. Mendelejew (1834 - 1907) podpisał do druku tablicę pierwiastków chemicznych”Opyt sistiemy elementow, osnowannoj na ich atomnom wiesie i chimiczeskom schodstwie" [Mendelejeff, 1869; Mendelejew, 1950, s. 12; Bowden, 1997, s.59 - 63]. Tablica ta (rys.1) była pierwszą graficzną prezentacją prawa okresowości pierwiastków chemicznych - fundamentalnego odkrycia naukowego XIX wieku [Figurowski, 1983, s. 3].

Oto przyjęte przez D. I. Mendelejewa 8 podstawowych założeń, jakimi kierował się podczas opracowywania tablicy pierwiastków chemicznych. Przedstawił je w pracy pt. "Sootnoszenie swoistw s atomnym wiesom elementow" napisanej natychmiast po odkryciu prawa okresowości opublikowanej w Żurnale Russkowo Chimiczeskowo Obszczestwa i Zeitschrift fur Chemie w 1869 roku [Mendelejeff, 1869; Mendelejew, 1958; Trifonow, 1988; Strube, 1984]:

  1. Pierwiastki uporządkowane według wzrastających ciężarów atomowych przejawiają periodyczność właściwości.
  2. Podobne pod względem właściwości chemicznych pierwiastki posiadają zbliżone ciężary atomowe (np. Pt, Ir, Os) lub ciężary ich stopniowo zwiększają się (np. K, Rb, Cs)...
  3. Uporządkowanie pierwiastków lub ich grup wg wzrastającego ciężaru atomowego odpowiada tzw. ich atomowości i do pewnego stopnia zróżnicowaniu charakteru chemicznego, co widać w szeregu Li, Be, B, C, N, O, F i powtarza się także w innych szeregach.
  4. Rozpowszechnione w przyrodzie ciała proste posiadają mały ciężar a wszystkie pierwiastki o małych ciężarach atomowych charakteryzują się dużą wyrazistością swoich właściwości.
  5. Wartość ciężaru atomowego określa charakter pierwiastka, jako wielkość cząstki określa właściwości ciała złożonego i dlatego przy poznawaniu związków należy zwracać uwagę nie tylko na właściwości i ilość pierwiastków, nie tylko na ich oddziaływanie ale także na ciężar ich atomu. Dlatego też na przykład związki S i Te, Cl, J itp., przy podobieństwie posiadają i duże różnice.
  6. Należy oczekiwać odkrycia jeszcze wielu nieznanych ciał prostych, na przykład podobnych do glinu i krzemu pierwiastków o ciężarze atomowym 65 -75.
  7. Wartość ciężaru atomowego pierwiastka niekiedy może być poprawiona, znając jego analogi. Na przykład masa atomowa Te powinna wynosić 128, a nie 123 - 126 ?
  8. Niektóre analogie pierwiastków powinny być odkryte na podstawie wielkości ciężaru ich atomu. Na przykład uran okazuje się być analogiem boru i glinu, co i potwierdza się przez porównanie ich związków." [Mendelejeff, 1869, s.405 -406; Mendelejew, 1950, s. 12; Strube, 1984, s.79 -8O].

Na rys. 1 przedstawiono tablicę pierwiastków chemicznych Mendelejewa z 1869 r. Pozostawił w niej puste miejsca i jednocześnie twierdził, że powinny one zostać zapełnione przez nie odkryte jeszcze pierwiastki.

W latach 1870 i 1871 Dmitrij. I. Mendelejew wprowadził do tablicy pierwiastków kilka poprawek. Ostatecznie swoje idee przedstawił w publikacji, która ukazała się w 1871 roku w Żurnale Russkowo Chimiczeskowo Obszczestwa pt." Naturalny układ pierwiastków i jego zastosowanie w określaniu właściwości nie odkrytych pierwiastków”[Mendelejew, 1958, s.69 - 102].

Przede wszystkim Dmitrij I. Mendelejew dokonał korekty ciężaru atomowego uranu na 240. Następnie skorygował ciężary atomowe indu, ceru, toru i itru. Określił także nowe położenia w układzie okresowym dla tych pierwiastków oraz przewidział właściwości nie odkrytych jeszcze pierwiastków. Szczególną uwagę zwrócił na analogi boru i glinu - pierwiastki III grupy. Uran znalazł się na ostatnim miejscu w szeregu naturalnych pierwiastków chemicznych.

      Ti = 50 Zr = 90 ? = 180
      V = 51 Nb = 94 Ta = 182
      Cr = 52 Mo = 96 W = 186
      Mn = 55 Rh = 104,4 Pt = 197,4
      Fe = 56 Ru = 104,4 Ir = 198
   

Ni =

Co = 59 Pd = 106,6 Os = 199
H = 1.     Cu = 63,4 Ag = 108 Hg = 200
  Be = 9,4 Mg = 24 Zn = 65,2 Cd = 112  
  B = 11 Al = 27 ? = 68 U = 116 Au =197
  C = 12 Si = 28 ? = 70 Sn = 118  
  N = 14 P = 31 As = 75 Sb = 122 Bi =210
  O = 16 S = 32 Se = 79,4 Te = 128?  
  F = 19 Cl = 35,5 Br = 80 J = 127  
Li = 7 Na = 23 K = 39 Rb = 85,4 Cs = 133 Tl = 204
    Ca = 40 Sr = 87,6 Ba = 137 Pb = 207
    ? = 45 Ce = 92    
    ?Er = 56 La = 94    
    ?Yt = 60 Di = 95    
    ?In = 75,6 Th = 118    

Rys.1. Tablica pierwiastków chemicznych Mendelejewa (1869r.) [Mendelejeff, 1869; Mendelejew, 1950, s.12; Strube, 1984, s. 78].

W artykule pt. "K woprosu o systemie elementow" z kwietnia 1871 r. pojawiają się terminy" prawo okresowości” i ”układ okresowy” [Mendelejew, 1958, s. 386 - 390]. Przytoczone zostaje także sformułowanie prawa okresowości:" Właściwości fizyczne i chemiczne pierwiastków i ich związków pozostają w periodycznej zależności od ich ciężarów atomowych ".

Dmitrij I. Mendelejew w 1871 r. oraz w 1889 r. przepowiedział istnienie łącznie ośmiu pierwiastków chemicznych o Z = 31, 21, 32, 91, 75, 43, 87, 84.

W tabeli 1 zestawiono pełny zbiór prognoz dokonanych przez Dmitrija Mendelejewa w 1871 i 1889 roku. Podano także rok i kraj, w którym dokonano odkrycia.

Tabela 1. Prognozy D.I. Mendelejewa i odkrycia nowych pierwiastków chemicznych

Z Nazwa Rok prognozy Rok odkrycia Kraj odkrycia
31 Gal 1871 1875 Francja
21 Skand 1871 1879 Szwecja
32 German 1871 1886 Niemcy
91 Protaktyn 1871 1918 Niemcy, Anglia
75 Ren 1871 1925 Niemcy
43 Technet 1871 1937 Włochy
87 Frans 1871 1939 Francja
84 Polon 1889 1898 Francja

Poniżej dla każdego, z nowych pierwiastków wyszczególnionych w tabeli 1 podano nazwę i symbol zaproponowany przez Dmitrija. I. Mendelejewa oraz nazwiska ich odkrywców.

  1. GAL - ekaaluminium (El) - Ciężar atomowy El według prognozy Mendelejewa powinien wynosić 68. Odkrywcą galu (masa atomowa 69, 72 u) w 1875 r. był francuski chemik LECOQ de BOISBAUDRAN Paul Emile (1838-1912).
  2. SKAND - ekabor (Eb). Ciężar atomowy Eb według prognozy Mendelejewa powinien wynosić 44. Skand (masa atomowa 44,9559 u) odkrył w 1879 r. szwedzki chemik NILSON Lars Frederic (1840-1899).
  3. GERMAN - ekakrzem (Es). Ciężar atomowy Es według prognozy Mendelejewa powinien wynosić 72. German (masa atomowa 72,59 u) odkrył 1886 r. w Niemczech WINKLER Clemens Alexander (1838-1904).
  4. PROTAKTYN - ekatantal (Et). Ciężar atomowy Et według prognozy Mendelejewa powinien wynosić 235. Protaktyn (masa atomowa 231,0359 u) odkryli w 1918 r. niezależnie od siebie w Niemczech HAHN Otto (1879-1968) i MEITNER Lise (1878-1968) oraz w Anglii SODDY Frederic (1877-1956) i CRANSTON John, ur.w 1891 r.
  5. REN - trimangan (Tm). Ciężar atomowy Tm według prognozy Mendelejewa powinien wynosić 190. Ren (masa atomowa 186,207 u) odkryli w 1925 r. Niemczech NODDACK Walter (1893 - 1960) i TACKE Ida (1896 -1978).
  6. TECHNET- ekamangan (Em). Ciężar atomowy Em według prognozy Mendelejewa powinien wynosić około 100. Technet (masa atomowa 97,90 u) był pierwszym sztucznie otrzymanym pierwiastkiem chemicznym. Zsyntezowany został w 1937 r. w Palermo we Włoszech przez SEGRE Emilio (1905-1989) i PERRIER Carlo (1886-1948) w drodze bombardowania jąder molibdenu- 96 deuteronami.
  7. FRANS- dvicez (Dc). Ciężar atomowy Dc według prognozy Mendelejewa powinien wynosić 220. Frans (masa atomowa 223,0198 u) został odkryty w 1939 r. we Francji przez PEREY Marguerite (1909-1975).
  8. POLON - dvitellur (Dt). Ciężar atomowy Dt według prognozy Mendelejewa powinien wynosić 212. Polon (masa atomowa 208,98 u) odkryli w lipcu 1898 r. we Francji SKŁODOWSKA-CURIE Maria (1867 - 1934) i CURIE Pierre (1859 - 1906).

Tablica pierwiastków chemicznych Mendelejewa z 1869 r. (rys.1) zawierała 63 pierwiastki chemiczne. Układ okresowy pierwiastków z 1998 r. zawiera 112 pierwiastków chemicznych [Hoffman i Lee, 1999].

Pierwiastek 101 w układzie okresowym otrzymał swą nazwę mendelew (Md) na cześć Dmitrija Iwanowicza Mendelejewa (1834 - 1907). Został on otrzymany w USA w 1955 r. przez zespół badawczy w składzie: Ghiorso Albert (ur. 1915), Harvey Bernard (ur.1892), Choppin Gregory, (ur.1927), Thompson Stanley G., (ur. 1912) i Seaborg Gleen Theodore (1912 - 1998).

Dla pozostałych pierwiastków transfermowych o Z = 102 do Z = 109 przyjęto nazwy [Hoffman i Lee, 1999, s. 333]: Z= 102 Nobel (No), Z = 103 Lorens (Lr), Z= 104 Rutherford (Rf), Z= 105 Dubn (Db), Z = 106 Seaborg (Sg), Z= 107 Bohr (Bh), Z = 108 Hass (Hs), Z = 109 Meitner (Mt).

Pierwiastki o Z = 110 i 111 (Uun, Uuu) zostały zsyntezowane w 1994 r, a pierwiastek o Z = 112 (Uub) - w 1996 r.

Literatura:

Bowden M.E., Chemical achievers: the human face of the chemical sciences. Chemical Heritage Foundation, Philadelphia, 1997.

Dmitriew I.S. 1984. Istorija priedskazanija o odkrytija gallia. Chimija w Szkole Nr.5, s.9 - 11.

Figurowski A.N. 1983. Torźestwo naucznogo priedwidenija. Chimija w Szkole Nr. 6, s. 3 - 6.

Goldwhite H., 1979. Mendeleev's Other Prediction. Journal of Chemical Education vol.56, Nr 1, s. 35.

Hoffman D.C., Lee D.M. 1999.Chemistry of the Heaviest Elements - One Atom at a Time. Journal of Chemical Education vol. 76, Nr.3, s. 332 - 346.

Kedrow B.M. 1970. Mikroanatomia wielikogo odkrytija. Moskwa, Nauka.

Kedrow B.M. 1984. D.I. Mendelejew kak chimik -teoretyk i praktyk. Chimija w Szkole Nr. 1, s. 8 - 14.

Lisniewski Ju. I. 1984. Ot atomnych wiesow k poriadkowym nomieram. Chimija w Szkole Nr. 1, s. 25 -30.

Mendelejeff D. 1869. Zeitschrift fur Chemie Nr.12, s. 405 - 406. [from D.M. Knight, ed., Classical Scientific Papers - Chemistry, Second Series, 1970 translation from German by Carmen Giunta]; Mendeleev Dmitrii(1834-1907). On The Relationship of the Properties of the Elements to their Atomic Weights;
maple.lemoyne.edu/~giunta/mendeleev.html

Mendelejew D.I. 1950. Nowyje matieriały po istorij odkrytija periodiczeskogo zakona. Moskwa, Izd. AN SSSR.Mendelejew D.I. 1958. Periodiczeskij zakon. Osnownyje statij. Moskwa. Izd.AN SSSR.

Strube W. 1984. Puti razwitija chimii.T2. (tłum. z jęz. niem. A.Sz. Gładkoj pod red.W.A.Kricmana). Mir, Moskwa.

Sztejnberg A., 1995. Zadania chemicznie uźyteczne w kształceniu studentów. Wydawnictwa Skryptowe Uniwersytetu Opolskiego. Opole.

Sztejnberg A., 1997. Odkrycia pierwiastków chemicznych. I. Sześć okresów od staroźytności do 1996 r.,
s. 9-10. [W:] Martin Bilek (Ed.) Aktualni Otazky Vyuky Chemie VII, Gaudeamus, Hardec Kralove.

Sztejnberg A., 1998. Pierwiastki chemiczne odkryte przez kobiety. I. Maria Curie - Skłodowska - współodkrywczyni polonu i radu. s. 51 -55. [W:] Martin Bilek (Ed.) Aktualni Otazky Vyuky Chemie VIII., Gaudeamus, Hardec Kralove.

Trifonow D.N., Stranicy istorij uczenija o periodicznosti. Chimija w szkole 1988, Nr.4, s. 20; Nr. 5, s. 17; Nr. 6, s. 13;1989, Nr.1, s. 141; 1989, Nr.2, s.13; 1989, Nr.3, s. 36;1989, Nr.4, s. 14; 1989, Nr.5, s. 18; 1989, Nr.6, s. 29.

Van Spronsen J.W., 1969. The Periodic System of Chemical Elements. Elsevier, Amsterdam- London- New York.

Woods G., 1999. Mendeleev - the unsung hero ?. Education in Chemistry, March 1999, s. 42 - 44.

Zamecki S., 1992. Problemy klasyfikowania pierwiastków chemicznych w XIX wieku. Studium historyczno- metodologiczne. Monografie z dziejów nauki i techniki pod red. J. Róziewicza.