Οργανώνοντας τα στοιχεία: η εξελισσόμενη μορφή του περιοδικού πίνακα Inspire article

Μετάφραση από τον Θοδωρή Χαραλάμπη (Theodoros Charalampis)-Χημικός. Ο περιοδικός πίνακας κρέμεται στον τοίχο σχεδόν κάθε αίθουσας χημείας. Αλλά η τωρινή του εικόνα θα…

John Dalton's list of elements
Σχήμα 1. Η λίστα των
στοιχείων του Τζων
Ντάλτον, με τα σύμβολα που
δημιούργησε για το καθένα
από αυτά (επιλέξτε την
εικόνα για μεγέθυνσή της)

Wellcome Collection, CC BY 4.0
 

Τα εύσημα της δημιουργίας του περιοδικού πίνακα γενικά αποδίδονται στον χημικό Ντμίτρι Μεντελέγιεφ. Το 1869, σημείωσε τα γνωστά χημικά στοιχεία (από τα οποία τότε γνωστά ήταν τα 63) σε κάρτες και τα ταξινόμησε σε στήλες και σειρές ανάλογα με τις χημικές και φυσικές τους ιδιότητες.

Στην πραγματικότητα, όμως, δεν ξεκινούν όλα με τον Μεντελέγιεφ. Πολλοί είχαν ασχοληθεί με τη οργάνωση των στοιχείων. Δεκαετίες νωρίτερα, ο χημικός Τζων Ντάλτον προσπάθησε να δημιουργήσει έναν πίνακα καθώς και μερικά ενδιαφέροντα σύμβολα για τα στοιχεία (σχήμα 1), όμως δεν είχαν πέραση. Και λίγα χρόνια πριν τον Μεντελέγιεφ και τις κάρτες του, ο Τζων Νιουλαντς δημιούργησε έναν πίνακα ταξινομώντας τα στοιχεία σύμφωνα με τις ιδιότητές τους.

Το ιδιοφυές στην πρόταση του Μεντελέγιεφ ήταν αυτό που άφησε εκτός του πίνακα. Αναγνώριζε την απουσία συγκεκριμένων στοιχείων, τα οποία δεν είχαν ακόμα ανακαλυφτεί. Έτσι, εκεί που οι Ντάλτον, Νιουλαντς και άλλοι είχαν παραθέσει ό,τι ήταν γνωστό, ο Μεντελέγιεφ άφησε θέση για το άγνωστο. Ακόμα πιο εντυπωσιακό, προέβλεψε με ακρίβεια τις ιδιότητες των στοιχείων που έλειπαν.

Dmitri Mendeleev's arrangement of the elements
Σχήμα 2 : Η κατανομή των
στοιχείων κατά τον Ντιμίτρι
Μεντελέγιεφ, με τα κενά για
τα στοιχεία που (τότε)
έλειπαν (επιλέξτε την εικόνα
για μεγέθυνσή της)

Wikimedia Commons, εικόνα
δημόσιας κυριότητας
 

Παρατηρήσατε το ερωτηματικό στον πίνακά του, στο σχήμα 2 ; Για παράδειγμα, μετά το αργίλιο (Al), υπάρχει θέση για ένα άγνωστο μέταλλο. Ο Μεντελέγιεφ προέβλεψε ότι αυτό θα είχε σχετική ατομική μάζα 68, πυκνότητα ίση προς 6 g/cm3 και ένα πολύ χαμηλό σημείο τήξης. Έξι χρόνια αργότερα, ο Paul Émile Lecoq de Boisbaudran απομόνωσε το γάλλιο και με αρκετή ακρίβεια ταίριαξε στην κενή θέση με μία ατομική μάζα ίση προς 69.7, πυκνότητα ίση προς 5.9 g/cm3 και με ένα σημείο τήξης τόσο χαμηλό που λιώνει στο χέρι. Ο Μεντελέγιεφ προέβλεψε παρομοίως το σκάνδιο, το γερμάνιο και το τεχνήτιο (το οποίο ανακαλύφθηκε το 1937, 30 χρόνια μετά το θάνατό του).

Με μία πρώτη ματιά, ο πίνακας του Μεντελέγιεφ δεν θυμίζει και πολύ αυτόν που γνωρίζουμε. Αφενός, ο σύγχρονος πίνακας περιέχει διάφορα στοιχεία τα οποία ο Μεντελέγιεφ παρέβλεψε (και για τα οποία δεν άφησε κενές θέσεις), κυρίως τα ευγενή αέρια (όπως το ήλιο, το νέον και το αργό). Και ο προσανατολισμός του είναι διαφορετικός από την σύγχρονη εκδοχή του, με στοιχεία που τώρα τα κατατάσσουμε σε στήλες να είναι οργανωμένα σε σειρές.

Μα αν περιστρέψουμε τον πίνακα του Μεντελέγιεφ κατά 90ο, η ομοιότητα του με την σύγχρονη εκδοχή του είναι προφανής (σχήμα 3). Για παράδειγμα τα αλογόνα – φθόριο (F), χλώριο (Cl), βρώμιο (Br) και ιώδιο (Ι) (το σύμβολο J στον πίνακα του Μεντελέγιεφ στο σχήμα 2) – εμφανίζονται όλα το ένα δίπλα στο άλλο. Σήμερα, είναι όλα τους οργανωμένα στην 17η στήλη του πίνακα.

Modern arrangement of the periodic table
Σχήμα 3 : Η σύγχρονη διάταξη του περιοδικού πίνακα
Armtuk/Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Περίοδος πειραματισμού

Baumhauer's Spiral
Σχήμα 4 : Η σπειροειδής
διευθέτηση των στοιχείων
κατά τον Heinrich
Baumhauer, με το υδρογόνο
στο κέντρο. Ανατύπωση με
άδεια από Quam &
Quam (1934)
(επιλέξτε την
εικόνα για μεγέθυνση)

Copyright Division of Chemical
Education, Inc. of the American
Chemical Society
 

Μπορεί να μοιάζει με ένα μικρό άλμα από αυτό στην οικεία μορφή του όμως, για χρόνια μετά τη δημοσίευση του πίνακα του Μεντελέγιεφ, υπήρχαν πολλοί πειραματισμοί με εναλλακτικές διατάξεις των στοιχείων. Ακόμα πριν ο πίνακας πάρει την σημερινή γνώριμη όψη του , προτάθηκαν μερικές παράξενες και θαυμάσιες παραλλαγές του.

Ένα ιδιαίτερα εντυπωσιακό παράδειγμα αποτελεί η σπείρα του Heinrich Baumhauer (σχήμα 4), που δημοσιεύθηκε το 1870, με το υδρογόνο στο κέντρο και τα στοιχεία να περιελίσσονται προς τα έξω κατά αύξουσα ατομική μάζα. Τα στοιχεία που εμπίπτουν στις διάφορες ακτίνες του τροχού παρουσιάζουν κοινές ιδιότητες – όπως συμβαίνει με τα στοιχεία που ανήκουν στην ίδια ομάδα του σύγχρονου πίνακα. Υπήρχε και η μάλλον περίεργη διάταξη του Henry Basset του 1892 που έμοιαζε με βαράκι γυμναστηρίου.

Παρόλα αυτά, στις αρχές του 20ου αιώνα, ο πίνακας αποκτά τελικά την γνώριμη οριζόντια μορφή του, με μία μοντέρνα εκδοχή του από τον Alfred Warner το 1905. Για πρώτη φορά τα ευγενή αέρια εμφανίζονται τέρμα δεξιά στον πίνακα. O Warner επίσης έχοντας ως υπόδειγμά του το βιβλίο του Μεντελέγιεφ, άφησε κενές θέσεις, παρόλο που φαίνεται να το παράκανε με τις προβλέψεις καθώς πρότεινε την ύπαρξη στοιχείων ελαφρότερων του υδρογόνου και μία θέση ανάμεσα στο υδρογόνο και το ήλιο – για τα οποία διαψεύστηκε.

Παρά την πρόοδο που σημειώθηκε από την παρέμβαση του Warner, ήταν απαραίτητη μία ακόμα ανακατανομή. Ιδιαίτερη είναι η επιρροή της εκδοχής του Charles Janet το 1929 (σχήμα 5). Προσέγγισε τον πίνακα ως φυσικός και εφάρμοσε την κβαντική θεωρία που μόλις είχε διατυπωθεί για να δημιουργήσει μία εκδοχή στηριζόμενη στην ηλεκτρονιακή διαμόρφωση των στοιχείων. Το αποτέλεσμα αυτής της προσέγγισης ήταν ο πίνακας σε μορφή σκάλας, μία εκδοχή που προτιμούν πολλοί φυσικοί. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η ύπαρξη κενών θέσεων για στοιχεία μέχρι τον αριθμό 120, παρόλο που εκείνη την εποχή γνωστά ήταν μόνο 92 στοιχεία (τώρα έχουμε φτάσει στο 118).

Charles Janet's 'left step' table
Σχήμα 5 : Ο πίνακας «αριστερού βήματος» του Charles Janet στηριζόμενος στην ηλεκτρονική διαμόρφωση των στοιχείων (επιλέξτε την εικόνα για μεγέθυνση)
Wikipedia, CC BY-SA

Διαμορφώνοντας εκδοχές του περιοδικού πίνακα

A 3D 'Mendeleev flower'
Σχήμα 6 : «Το άνθος του
Μεντελέγιεφ», μία
τρισδιάστατη εκδοχή του
περιοδικού πίνακα
(επιλέξτε
την εικόνα για μεγέθυνση)

Тимохова Ольга/Wikimedia
Commons, CC BY-SA 3.0
 

Ο σύγχρονος περιοδικός πίνακας αποτελεί στην πραγματικότητα μία άμεση εξέλιξη της εκδοχής του Janet. Τα αλκάλια (η ομάδα που ως πρώτο της στοιχείο έχει το λίθιο) και οι αλκαλικές γαίες (η ομάδα που ως πρώτο της στοιχείο έχει το βηρύλλιο) μετατοπίσθηκαν από την τέρμα δεξιά γωνία στην τέρμα αριστερά προκειμένου να δημιουργηθεί μία εκτεταμένη εκδοχή του περιοδικού πίνακα. Το πρόβλημα που παρουσιάζει η συγκεκριμένη εκδοχή είναι ότι δεν μπορεί να χωρέσει σε μία σελίδα ή σε ένα πόστερ, με αποτέλεσμα τα στοιχεία του τομέα f, κυρίως για αισθητικούς λόγου, να τοποθετούνται κάτω από τον κυρίως πίνακα. Έτσι καταλήξαμε στην σημερινή, αναγνωρίσιμη εκδοχή του.

Με αυτά δεν εννοείται ότι πάψαμε να πειραματιζόμαστε με τη μορφή του περιοδικού πίνακα, συχνά σε μία προσπάθεια να επισημανθούν οι συσχετισμοί μεταξύ στοιχείων και οι οποίοι δεν είναι άμεσα εμφανή στον συμβατικό περιοδικό πίνακα. Υπάρχουν κυριολεκτικά εκατοντάδες παραλλαγές τουw1, εκδοχές του με σπείρες και τρισδιάστες (σχήμα 6) που είναι ιδιαίτερα δημοφιλείς, για να μη αναφερθούν και πιο παιχνιδιάρικες παραλλαγές του.

Τι θα λέγατε για τη δική μου συγχώνευση δύο γραφικών απεικονίσεων : του πίνακα του Μεντελέγιεφ και το χάρτη του Henry Beck που θυμίζει τον χάρτη του Υπόγειου του Λονδίνου (σχήμα 7) ; Ή συγκλονιστική σειρά παρόμοιων «περιοδικών πινάκων» στους οποίους ταξινομούνται τα πάντα από μπύρα μέχρι χαρακτήρες της Disney – που όλοι τους έρχονται να μας δείξουν πως ο περιοδικός πίνακας των στοιχείων έχει γίνει το εικονικό σύμβολο της επιστήμης.

Mark Lorch's map of the elements
Σχήμα 7 : Ένας χάρτης των στοιχείων από τον Mark Lorch, στηριζόμενος στον χάρτη του Υπόγειου του Λονδίνου του Henry Beck (επιλέξτε την εικόνα για μεγέθυνση)
Mark Lorch, CC BY NC-SA 3.0

Ευχαριστίες

Αυτό το άρθρο αποτελεί μία έντυπη εκδοχή του άρθρου που πρωτοδημοσιεύτηκε στο The Conversation UK. Διαβάστε το αρχικό άρθρο στην ιστοσελίδα του The Conversation UKw2.The Conversation

Download

Download this article as a PDF

References

  • Quam GN, Quam MB (1934) Types of graphic classifications of the elements. III. Spiral, helical, and miscellaneous charts. Journal of Chemical Education 11: 288-297. doi: 10.1021/ed011p288

Web References

  • w1 – Εξερευνήστε εκατοντάδες επαναλήψεις του περιοδικού πίνακα στη βάση δεδομένων του Mark Leach’s.
  • w2 – The Conversation είναι μία ανεξάρτητη πηγή ειδήσεων και απόψεων που έχουν γράψει ακαδημαϊκοί και ερευνητές για το κοινό. Για να δείτε το αρχικό άρθρο, επισκεφτείτε την ιστοσελίδα The Conversation UK.

Resources

  • Ακούστε το τραγούδι του Tom Lehrer ‘The Elements’ για τον περιοδικό πίνακα.
  • Παρακολουθήστε το βίντεο με το πείραμα όπου το γάλλιο «καρδιοχτυπά» από τη σειρά Βίντεο του Πανεπιστημίου του Νότιγχαμ Periodic Table of Videos.
  • Ανακαλύψτε πληροφορίες για κάποιους από τους λιγότερο γνωστούς επιστήμονες, πολλοί από τους οποίους ήταν γυναίκες, που συνέβαλαν στην ανάπτυξη του περιοδικού πίνακα. Δείτε :

Author(s)

Ο Mark Lorch είναι καθηγητής της επιστήμης της επικοινωνίας στο Πανεπιστήμιο Hull, του Ηνωμένου Βασιλείου. Εκπαιδεύτηκε ως χημικός των προτεϊνών, μελετώντας την αναδίπλωση και τη λειτουργία των προτεϊνών. Η έρευνά του τώρα εστιάζει στη χημεία ενός ευρέος φάσματος βιολογικών συστημάτων συμπεριλαμβανόμενων των λιπιδίων, των προτεϊνών ακόμα και των σπορίων των φυτών.




License

CC BY-ND