벽에 매달려,사각형은 알파벳 블록의 들쭉날쭉 한 벽처럼 보인다. 편지는 단어를 형성하지 않습니다. 열이 고르지 않습니다. 이 차트(화학의 아이콘)는 원소의 주기율표라고합니다. 상트 페테르부르크에서 일하는 러시아 과학자 인 드미트리 멘델레예프(남성-대만족)는 초기 버전을 내놓았습니다. 그것은 150 년 전이었습니다. 그러나 오늘날에도,이 차트는 과학자들이 우리의 우주를 구성하는 원자와 분자를 이해하는 데 도움이됩니다.
요소는 모든 물질의 빌딩 블록입니다. 그들의 원자는 문자 그대로 모든 것을 형성하기 위해 함께 뜨다—우리,우리가 숨쉬는 공기,우리의 세계와 우리의 우주 전체에서 발견되는 다른 모든 가스 분자 또는 질량을 공유하는 유기체.
주기율표의 행과 열은 소위 주기 법칙을 매핑합니다. 그것은 화학 원소 간의 공유 형질이 요소가 커짐에 따라 규칙적인 패턴으로 반복된다는 것을 유지합니다. 이러한 패턴은 유사한 화학적 거동을 가진 원소를 연결하고 원자가 분자를 형성하기 위해 어떻게 반응하는지 화학자에게 알리는 데 도움이됩니다. 이 테이블의 행과 열이 정렬되는 방식은 관련 요소 그룹 간의 공유 특성을 가리킵니다. 이러한 관계를 이해하면 화학자가 새로운 화합물을 만드는 데 도움이됩니다. 또한 삶이 어떻게 작동하는지 이해하는 데 도움이됩니다. 그것은 심지어 그들이 새로운 재료가 어떻게 행동 할 것인지를 예측하는 데 도움이됩니다.
그러나 멘델레예프의 잘 알려진 차트는 유일한 주기율표와는 거리가 멀다. 과학자들은 다양한 모양을 가진 많은 것을 만들었습니다. 화학자는 몇 가지를 설계했습니다. 다른 분야의 과학자와 교사가 다른 분야를 개발했습니다.
“대체 형태는 그들이 설명하는 과학의 다양한 측면 때문에 유용하다”고 카르멘 준타는 말한다. 그 덜 전통적인 주기율표는 화학의 단점 중 일부를 강조 할뿐만 아니라 방법을 제공,그는 말한다,뿐만 아니라 더 나은 초점으로 그들을 가지고.
교육자와 학부모,치트 시트
주간 업데이트
2019 년,세계는 주기율표를 모든 형태로 축하하고 있으며,그것이 우리 우주의 빌딩 블록을 조직하고 이해하는 데 어떻게 도움이되는지 축하합니다.
그것은 초등
빅뱅 직후에 우주는 수소와 헬륨,즉 가장 가벼운 두 원소로 구성되었다. 중력은 지금까지 더 많은 양의 함께 이러한 원자를 가져왔다. 결국이 밀도,불 같은 뜨거운 용광로 우리가 별으로 알고 만들 것 이다. 이 별들의 중심에서 강렬한 압력은 원자핵(원자의 중심)을 융합하여 더 큰 핵을 만듭니다.
이 천천히 단조 크고 무거운 요소. 그들은 우리가 알고있는 모든 삶에 필수적인 요소 인 탄소를 포함했습니다. 그 별의 대장간은 또한 우리가 호흡하는 데 필요한 산소를 형성했습니다.
철보다 더 큰 원소를 만들기 위해서는 더 많은 우주 화력이 필요했습니다. 거대하고 죽어가는 별이 폭발하면서 형성된 무거운 원자핵. 이 초신성은 더 작은 요소들을 강제로 부딪쳤다.
그의 1869 주기율표를 위해 멘델레예프는 원소를 오름차순 질량으로 배열했다. 그는 화학이 반복되는 패턴을 가지고 있다는 것을 깨달은 초기 과학자 중 한 명이었습니다. 요소가 커지면 일부 속성이 결국 반복됩니다. 특정 요소는 반응하여 긍정적으로 충전되는 것을 선호합니다. 일부는 부정적으로 청구되는 것을 선호합니다. 이러한 패턴을 통해 과학자들은 서로 다른 유형의 요소가 결합 될지 또는 어떻게 결합 될지를 예상 할 수있었습니다.
그의 연구 저널에서 멘델레예프는이 테이블에 대한 아이디어가 꿈에서 그에게 왔다고 썼다. 그는 행 시작. 그러나 화학적 특성이 반복됨에 따라 그는 새로운 행을 시작했습니다. 그는 비슷한 행동을 가진 요소를 열로 정렬했습니다. 그는 틈을 남겼다. 그 구멍,그는 추론,가능성이 존재하지만 아직 발견되지 않은 요소를 표시.
그가 그 표를 발표했을 때,멘델레예프는 네 가지 새로운 요소의 속성과 질량을 예측했다. 결국 4 개 모두 발견되었는데,단 10 년 만에 3 개가 발견되었습니다.
Alexandre-에밀 Béguyer de Chancourtois 프랑스 지질학. 멘델레예프의 유명한 테이블 7 년 전에 그는 나선형 테이블을 만들었습니다.”그는 원자량의 순서로 요소를 배열했습니다. 그것은 반복 기간을 보여 주었다. 그러나 행 사이에 나누기가 표시되지 않았습니다. 대신,그는 실린더 주위에 길고 얇은 차트를 감았습니다. 이 방법으로 각 행이 다음 행으로 흘러 들어갑니다. 그리고 비슷한 요소가 깔끔한 기둥으로 서로 위에 줄 지어 있습니다.
다른 과학자들은 비슷한 차트를 만들었습니다. 오래 전에 알려진 모든 요소를 구성하려는 노력이 급증했습니다. 이 차트의 모든 진화,하나는 지배 장미. 그것은 교실과 교과서를 통해 세계를 통해 오늘 본 하나입니다.
알려진 118 개의 원소는 각각 고유 한 화학 기호를 가지고 있습니다—하나 또는 두 개의 글자는 주기율표의 상자에서 원소의 이름을 자랑스럽게 나타냅니다. 이러한 약어 중 일부는 다음과 같이 분명합니다. 다른 사람들은 고대 시대로 거슬러 올라갑니다. 예를 들어,나트륨의 기호는 노나입니다. 왜? 라틴어에서 나트륨의 이름은 나트륨.
테이블의 각 상자에는 일반적으로 왼쪽 상단 모서리에 정수가 있습니다. 라는 원자 번호,그것은 얼마나 많은 양성자 또는 양전하를 띤 입자가 원소의 핵에 포장되어 있는지 나열합니다. 그 핵은 또한 중성자(질량이 있지만 전하가없는 입자)를 포함합니다. 핵을 둘러싼 것은 훨씬 작고 음으로 하전 된 전자의 구름입니다.
각 요소에 대한 차트 사각형의 아래쪽 숫자에는 소수점 뒤의 숫자가 포함됩니다. 이 값은 원소의 원자 질량입니다. 그것은 그 원소의 원자의 평균 질량을 나타냅니다.
주기율표는 간단하고 강력하며 계속해서 새로운 실험을 산출한다고 에릭 스케리는 말한다. 그는 로스 앤젤레스 캘리포니아 대학에서 화학을 가르치고 있습니다. 그는 또한 주기율표에 관한 책을 씁니다. 그는 주기율표 뒤에있는 조직 원리를”절대적으로 중요한 발견”이라고 설명합니다.”
듀얼 타워 지배했다
오늘날의 가장 일반적인 주기율표는 때때로”트윈 타워”버전으로 알려져있다. 수소(시간)왼쪽에있는 키가 큰 타워 크라운. 헬륨(그는)오른쪽 타워 꼭대기.
원자가 더 큰 얻을,그들은 더 복잡해진다. 이 차트에서 주기율표 내의 기간은 일부 반복주기를 나타내는 요소 행을 나타냅니다. 테이블 내에서 행 너비(마침표라고도 함)가 결정되어 열 내의 요소 동작 패턴이 유지됩니다. 패턴은 먼저 두 요소에서 반복되므로 행은 두 요소 너비입니다. 그런 다음 패턴은 8 개의 요소로 반복됩니다. 그리고 요소가 커짐에 따라 스 세리는”기간이 길어지고 길어집니다”—결국 18 개의 요소와 32 개의 요소가 있습니다.
더 길고 더 큰 기간은이 테이블의 무거운 요소 기반을 어색하게 넓게 만들 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 트윈 타워 차트는 일반적으로 하단 두 행의 일부를 꺼냅니다. 이 요소는 각주와 거의 같은 페이지 하단에 배치됩니다. 이 하위 행에는 란타 니드(란-타-니데스)및 악티 니드(악-티-니데스)로 알려진 요소 그룹이 포함됩니다.
악티늄 족은 가장 새롭고 가장 큰 원소를 포함한다. 많은 것은 방사성 이고 자연적으로 생기지 않는다. 물리학 자들은 대신 작은 요소를 서로 포격하여 실험실에서 그들을 만듭니다. 이 방사성,슈퍼 무거운 원소도 매우 불안정합니다. 즉,그들은 두 번째의 분수 내에서 작은 요소로 떨어져 가을 의미합니다.
그들이 어떻게 유용
주기율표는 일종의 요리 책 역할을 할 수 있습니다. 이 차트는 요소가 서로 어떻게 관련되어 있는지 보여줍니다. 그래서 원소가 테이블 위에 있는 곳은 화학자에게 다른 성분들과 어떻게 상호작용하거나 상호작용하지 않는지 알려줍니다. 종종 이러한 유용한 특성에는 질량,끓는점 및 기타 중요한 데이터가 포함됩니다.
표의 배열은 화학자가 문제를 해결하는 데 도움이됩니다. 예를 들어,화학자들은 기존 화합물과 유사한 특성을 가진 새로운 화합물을 만들고 싶어 할 수 있습니다. 그래서 그들은 유사한 기능을 가진 대체 찾을 수 있습니다,테이블에 같은 열에서 다른 요소로 시작.
브리짓 반 티겔렌은 이 테이블들의 진정한 선물은”모든 정보를 한 곳에 가지고 그것을 가르치고 공유하는 것이다.”역사가 인 그녀는 펜실베이니아 주 필라델피아에있는 과학 역사 연구소의 유럽 감독으로 일하고 있습니다.
트윈 타워 차트는 많은 장점을 가지고,마크 리치 말한다. 그는 맨체스터 메트로폴리탄 대학에서 영국의 화학자이다. 다른 테이블은 너무 잘 반복 패턴을 보여 관리하지,그는 주장,모든 동안 다른 기능을 포함.
예를 들어,모든 금속은 왼쪽에 있습니다. 비금속은 오른쪽에 놀러. 이 차트는 또한 원자의 크기가 어떻게 변하고 전자를 얼마나 쉽게 포기할 지 보여줍니다. 이러한 특성은 원자가 어떻게 행동하고,반응하고,다른 사람들과 결혼하여 분자를 형성 할 것인지를 이해하는 데 중요합니다.
그러나 트윈 타워 차트는 완벽하지 않습니다.
화학자들은 예를 들어 수소와 헬륨을 어디에 둘 것인지에 대해 종종 논쟁한다. 그리고 평면,2 차원 테이블은 실제로 행이 서로 연결하는 방법을 보여주지 않습니다. 당신이 한 줄의 끝에 올 때,세리는 말한다,”당신은 당신이 종류의 가을 느낌을 얻을.”
로이 알렉산더는 전시 빌더로 일했다. 그는 트윈 타워 테이블의 행이 갑자기 끝나는 방식을 좋아하지 않았습니다. 그래서 1965 년에 그는 전통적인 주기율표 차트를 스트립으로 잘라 냈습니다. 그런 다음 그는 3 차원 버전을 만들어 함께 다시 넣어.
몇 년 후,그는 물리학 자 조지 가모 프가 1940 년대에 거의 동일한 테이블을 만들었다는 것을 알게되었습니다. 알렉산더 회상,”그것은 내 특허 도면에 보였다 얼마나 동일 놀라 웠어요.”
회계에 대해 점점 더 큰 기간
경우 Béguyer de Chancourtois 처음 만들어진 그의 주기율표의 가장 큰 요소를 아직 발견되었습니다. 요소가 커지면 공유 특성이 덜 자주 반복됩니다. 결국 란탄 족 및 악티늄 족 요소가 더 긴 행은 전통적인 차트를 어색하게 넓게 만들었습니다.
3 차원 테이블은 단순히 나선을 더 넓게 만들어 이러한 더 긴 행을 통합 할 수 있습니다. 캐나다 화학자 페르난도 듀푸 이를 설명하기 위해 엘레멘트리를 설계했습니다(사진 참조). 그는 일반적으로 트윈 타워 차트에 하나의 행에 표시 할 모든 요소를 개최 육각형의 레이어로 각 기간을 만든. 비슷한 요소가 여전히 수직으로 정렬됩니다.
그러나 나무 모양의 테이블 만이 유일한 3 차원 대답은 아닙니다. 1950 년대에,화학 교사 제니 클로슨은 그녀의 테이블에 대한 실린더에 의존. 그러나 여분의 요소를 부풀어 오르는 대신,그녀는 그 중 일부를 중심으로 집어 넣었습니다.
트윈 타워 테이블의 또 다른 문제는 수소와 헬륨을 어디에 둘 것인가입니다. 예를 들어 수소는 때때로 금속처럼 더 많이 작용합니다. 그것은 전자를 흘리고 음으로 하전 된 이온을 끌어들일 것입니다. 다른 시간 그것은 비금속 같이 행동하고 여분 전자를 움켜잡고 부정적으로 위탁해 됩니다. 다음 그것은 불소 또는 염소 같이 더 많은 것을 행동하고 긍정적인 이온 높은 쪽으로 갯솜.
이를 설명하기 위해 화학자 테오도르 벤피는 1960 년대에 평평한 나선형 테이블을 만들었습니다.수소와 헬륨을 큰 파란색 원 가운데에 두었습니다. 원 내의 세 개의 바깥 쪽 스포크는 각각 유사한 요소 그룹을 나타냅니다. 더 큰 요소와 성장하는 주기적 사이클을 포함시키기 위해 그는 원 밖으로 돌출 된 테라스를 추가했습니다. 여기에는 전이 금속,란탄 족 및 악티늄 족이 포함됩니다.
트윈 타워와 같은 평평한 테이블은 벽에 걸거나 책에 인쇄하는 데 편리합니다. 그러나 리치는”주기율표가 3 차원이 아닌 이유는 정말 없다.”
재미와 게임?
주기율표의 성장 라이브러리에 대한 최신 추가 중 하나는 유럽 화학 학회,또는 전자 연구소에서 온다. 벨기에의 브뤼셀에 본사를 둔,국제기구는 많은 중요한 요소의 상대적 부족에 관심을 가지고하는 것을 목표로하고있다. 그것은 30 개의 요소가 전형적인 휴대 전화를 만드는 데 들어가는 것을 지적합니다. 그리고 그 요소의 대부분은 널리 사용할 수 없습니다.
“우리는 이러한 품목을 낭비하고 부적절하게 재활용하는 경향을주의 깊게 살펴볼 필요가 있습니다. “해결책이 제공되지 않는 한,우리는 제한된 공급,분쟁 지역에서의 위치 또는 완전히 재활용 할 수 없기 때문에 우리 주변의 세계를 구성하는 많은 자연 요소가 다 떨어지는 것을 볼 위험이 있습니다.”
이 새로운 테이블이”생각을 자극하는.”그리고 그것은 우연이 아닙니다. 그것은 사람들이”멸종 위기에 처한 요소를 낭비하지 않는 가치를 이해하기를 원합니다.”모두,그것은 말한다,필요”우리의 전화 및 기타 전자 장치에 대한 업그레이드가 진정으로 필요한지 여부를 질문합니다.”그리고 우리의 전자 제품이 죽을 때,그것은 말한다,”우리는 우리가 재활용 있는지 확인해야합니다”그래서 상대적으로 부족한 요소”매립 사이트 또는 환경 오염에 끝나지 않는다.”
사람들이 요소를 사용하는 방법을 탐구하기 위해,전자상거래는 무료 온라인 비디오 게임을 개발했다:초등학교 난동.
더 많은 새로운 주기율표를위한 충분한 공간이있다,맨체스터에서 리치는 말한다. 사실,그는 새로운 것 들을 수집 하 고 온라인 게시의 취미를 했다. 그는 오래된 것들에 대한 경계에 항상,뿐만 아니라. “나는 아마 매주 새로운 하나를받을,”그는 말한다.
스케 리는 학생들에게 새로운 것을 개발하게했습니다. 그는”각 사람은 자신의 작은 미덕을 가지고있다”고 말했다.”