visí na zdi, čtverce vypadají jako zubatá zeď abecedních bloků. Písmena netvoří slova. Sloupce jsou nerovnoměrné. Tento graf-ikona chemie-je známý jako periodická tabulka prvků. Dmitri Mendeleev (MEN-duh-LAY-ev), ruský vědec pracující v Petrohradě, přišel s časnou verzí. To bylo před 150 lety. Přesto i dnes tento graf pomáhá vědcům pochopit atomy a molekuly, které tvoří náš vesmír.
prvky jsou stavebními kameny veškeré hmoty. Jejich atomy se spojí a vytvoří doslova všechno-nás, vzduch, který dýcháme, organismy, které sdílejí náš svět a každou další molekulu plynu nebo trochu hmoty nalezené v celém našem vesmíru.
řádky a sloupce v periodické tabulce mapují tzv. periodický zákon. Platí, že sdílené rysy mezi chemickými prvky se opakují v pravidelných vzorcích, jak se prvky zvětšují. Tyto vzory spojují prvky s podobným chemickým chováním a pomáhají chemikům říci, jak atomy reagují na molekuly. Jak řádky a sloupce v této tabulce seřadí body ke sdíleným vlastnostem mezi skupinami souvisejících prvků. Pochopení těchto vztahů pomáhá chemikům vytvářet nové sloučeniny. Pomáhá jim také pochopit, jak život funguje. Dokonce jim pomáhá předvídat, jak se budou nové materiály chovat.
ale Mendeleevův známý graf není zdaleka jedinou periodickou tabulkou. Vědci postavili mnoho, některé s velmi odlišnými tvary. Chemici některé navrhli. Vědci a učitelé v jiných oborech vyvinuli další.
„alternativní formy jsou užitečné kvůli různým aspektům vědy, které ilustrují,“ poznamenává Carmen Giunta. Je to chemik na Le Moyne College v Syrakusách, ny. tyto méně tradiční periodické tabulky poskytují způsoby, jak nejen zvýraznit některé z vtípků chemie, říká, ale také je lépe zaměřit.
pedagogové a rodiče, přihlaste se k taháku
Týdenní aktualizace, které vám pomohou používat vědecké zprávy pro studenty ve vzdělávacím prostředí
v roce 2019 svět slaví periodickou tabulku ve všech jejích podobách a jak pomáhá organizovat a dávat smysl stavebním kamenům našeho vesmíru.
je to elementární
těsně po Velkém třesku byl vesmír tvořen pouze vodíkem a heliem — dvěma nejlehčími prvky. Gravitace spojila tyto atomy ve stále větším množství. Nakonec by to vytvořilo husté, ohnivé horké pece, které známe jako hvězdy. Ve středu těchto hvězd intenzivní tlaky fúzovaly atomová jádra — centra atomů-a vytvářely větší jádra.
toto pomalu kované větší a těžší prvky. Zahrnovaly uhlík, prvek nezbytný pro veškerý život, jak ho známe. Tyto hvězdné kovárny také tvořily kyslík, který potřebujeme dýchat.
výroba prvků větších než železo vyžadovala ještě větší kosmickou palebnou sílu. Těžká atomová jádra vznikla jako masivní, umírající hvězdy explodovaly. Tyto supernovy násilně srazily menší prvky dohromady.
pro svou periodickou tabulku z roku 1869 uspořádal Mendeleev prvky v pořadí vzestupné hmotnosti. Byl jedním z prvních vědců, kteří si uvědomili, že chemie má opakující se vzorce. Jak se prvky zvětšují, některé z jejich vlastností se nakonec opakují. Některé prvky dávají přednost reakci a stávají se pozitivně nabitými. Někteří dávají přednost zápornému nabití. Takové vzorce umožnily vědcům předvídat, zda a jak se různé typy prvků pravděpodobně spojí.
ve svém výzkumném časopise Mendeleev napsal, že myšlenka na tuto tabulku přišla k němu ve snu. Začal s řadou. Ale jak se chemické vlastnosti opakovaly, začal novou řadu. Seřadil prvky s podobným chováním do sloupců. Nechal mezery. Tyto díry, zdůvodnil, označené prvky, které pravděpodobně existovaly, ale dosud nebyly objeveny.
když publikoval tuto tabulku, Mendeleev předpověděl vlastnosti a hmotnosti čtyř nových prvků. Nakonec byly všechny čtyři objeveny-tři během pouhých 10 let.
Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois byl francouzský geolog. Sedm let před slavným Mendeleevovým stolem vytvořil spirálový „stůl“.“Uspořádal prvky v pořadí atomové hmotnosti. Ukázalo to opakující se období. Nevykazovala však přestávky mezi řádky. Místo toho navinul svůj dlouhý tenký graf kolem válce. Tímto způsobem každý řádek proudil do dalšího. A podobné prvky se seřadily nad sebou v úhledných sloupcích.
jiní vědci vytvořili podobné grafy. Zanedlouho se snažení o zorganizování všech známých prvků zhroutilo. Jak se všechny tyto grafy vyvíjely, jeden se zvedl, aby dominoval. Je to ten, který je dnes vidět v učebnách a učebnicích po celém světě.
každý ze 118 známých prvků má svůj vlastní chemický symbol-jedno nebo dvě písmena, která hrdě představují název prvku z jeho pole v periodické tabulce. Některé z těchto zkratek jsou zřejmé, například H pro vodík nebo C pro uhlík. Jiné pocházejí z dávných dob. Například symbol sodíku je Na. Proč? V latině se sodík jmenuje natrium.
každý box na stole má celé číslo, obvykle v levém horním rohu. Nazývá se atomové číslo a uvádí, kolik protonů nebo kladně nabitých částic je zabaleno do jádra prvku. Toto jádro také zahrnuje neutrony (částice s hmotností, ale bez náboje). Kolem jádra je oblak mnohem menších, záporně nabitých elektronů.
spodní číslo na čtverci grafu pro každý prvek obsahuje číslice za desetinnou čárkou. Tato hodnota je atomová hmotnost prvku. Představuje průměrnou hmotnost atomu tohoto prvku.
periodická tabulka je jednoduchá, výkonná a nadále přináší nové experimenty, říká Eric Scerri. Vyučuje chemii na Kalifornské univerzitě v Los Angeles. Píše také knihy o periodické tabulce. Popisuje organizační principy za periodickou tabulkou jako “ naprosto zásadní objev.“
Dual towers přišel dominovat
dnešní nejběžnější periodická tabulka je někdy známá jako“ twin towers “ verze. Vodík (H) korunuje vysokou věž vlevo. Helium (He) vrcholí pravou věží.
jak se atomy zvětšují, stávají se složitějšími. V těchto grafech, období v periodické tabulce odkazuje na řadu prvků vykazujících nějaký opakující se cyklus. V tabulce je šířka řádku-nazývaná také perioda-určena tak, aby byl zachován vzor chování prvků ve sloupci. Vzor se nejprve opakuje ve dvou prvcích, takže řádek je dva prvky široký. Pak se vzor opakuje v osmi prvcích. A jak se prvky zvětšují, scerri poznamenává: „období se prodlužují a prodlužují — – nakonec s 18 prvky a pak 32.
delší, větší období by mohlo způsobit, že základna těžkých prvků této tabulky bude nešikovně široká. Chcete-li to obejít, dvojitý věžový graf obvykle vytáhne část spodních dvou řad. Tyto prvky umístí do dolní části stránky, téměř jako poznámky pod čarou. Tyto spodní řady obsahují skupiny prvků známých jako lanthanidy (LAN-tha-nydes)a aktinidy(AK-tih-nydes).
aktinidy zahrnují nejnovější a největší prvky. Mnohé z nich jsou radioaktivní a nevyskytují se přirozeně. Fyzici je místo toho vyrábějí v laboratořích bombardováním menších prvků do sebe. Tyto radioaktivní, super-těžké prvky jsou také super nestabilní. To znamená, že se během zlomků sekundy rozpadnou na menší prvky.
jak jsou užitečné
periodická tabulka může sloužit jako druh knihy receptů. Graf ukazuje, jak se prvky vzájemně vztahují. Takže tam, kde prvek sedí na stole, řekne chemikovi, jak může nebo nemusí interagovat s jinými složkami. Tyto užitečné vlastnosti často zahrnují jeho hmotnost, bod varu a další důležité údaje.
uspořádání tabulky pomáhá chemikům řešit problémy. Například chemici mohou chtít vytvořit novou sloučeninu s vlastnostmi podobnými stávajícímu-prostě lepší — Mohli by tedy hledat náhradu s podobnými funkcemi, počínaje jiným prvkem ze stejného sloupce na stole.
skutečným darem těchto tabulek, říká Brigitte Van Tiggelen, je „mít všechny informace na jednom místě a učit je a sdílet je.“Historička, pracuje jako Evropská ředitelka pro Science History Institute ve Filadelfii, Pa.
twin tower chart má mnoho výhod, říká Mark Leach. Je chemikem v Anglii na Manchester Metropolitan University. Žádná jiná tabulka nedokáže ukázat opakující se vzory tak dobře, tvrdí, po celou dobu včetně dalších funkcí.
například všechny kovy jsou na levé straně. Nekovy visí vpravo. Tento graf také ukazuje, jak se mění velikost atomu a jak snadno se pravděpodobně vzdá elektronu. Tyto vlastnosti jsou důležité pro pochopení toho, jak budou atomy jednat, reagovat a oženit se s ostatními za vzniku molekul.
ale twin towers graf není dokonalý.
chemici se často dohadují o tom, kam umístit například vodík a helium. A plochá, dvourozměrná tabulka ve skutečnosti neukazuje, jak se řádky navzájem spojují. Když přijdete na konec jedné řady, Scerri říká, “ máte pocit ,že trochu spadnete.“.“
Roy Alexander pracoval jako stavitel výstav. Nelíbilo se mu, jak náhle skončily řady stolu twin tower. Takže v roce 1965 rozřezal tradiční periodickou tabulku na proužky. Pak je dal dohromady a vytvořil 3D verzi.
o několik let později se dozvěděl, že fyzik George Gamow postavil téměř identickou tabulku ve 40. letech 20.století. Vzpomíná Alexander, “ bylo úžasné, jak identické to vypadalo s mým patentovým výkresem.“.“
účtování pro stále větší období
když Béguyer de Chancourtois poprvé vytvořil svou periodickou tabulku, mnoho z největších prvků ještě nebylo objeveno. Jak se prvky zvětšují, sdílené rysy se opakují méně často. Nakonec, delší řady s prvky lanthanidu a aktinidu způsobily, že tradiční Graf byl nešikovně široký.
3-D tabulka může obsahovat tyto delší řádky jednoduše tím, že spirála širší. Pro ilustraci to navrhl Kanadský chemik Fernando Dufour (viz foto). Každé období vytvořil jako šestihrannou vrstvu, která držela všechny prvky, které by se obvykle zobrazovaly v jednom řádku na grafu s dvojitou věží. Podobné prvky se stále vyrovnávají svisle.
stůl ve tvaru stromu však není jedinou 3D odpovědí. V padesátých letech se učitelka chemie Jennie Clausonová spoléhala na válec pro svůj stůl. Ale místo vyboulení dalších prvků ven, zastrčila některé z nich směrem ke středu.
dalším problémem tabulky twin tower je, kam umístit vodík a helium. Vodík někdy působí spíše jako kov, například. Zbaví svůj elektron a přiláká záporně nabité ionty. Jindy se chová jako nekovový a popadne další elektron a stane se záporně nabitým. Pak působí spíše jako fluor nebo chlor a hubí pozitivní ionty.
aby to bylo možné vysvětlit, chemik Theodor Benfey vytvořil v šedesátých letech plochý spirálový stůl. umístil vodík a helium uprostřed velkého modrého kruhu. Každá ze tří vnějších paprsků v kruhu představuje skupinu podobných prvků. Aby zahrnoval větší prvky a rostoucí periodické cykly, přidal terasy, které vyčnívají z kruhu. Zahrnují přechodné kovy, lanthanidy a aktinidy.
plochý stůl jako twin towers je vhodný pro zavěšení na zeď nebo tisk v knize. Leach však dodává: „opravdu není důvod, proč periodická tabulka není trojrozměrná.“
zábava a hry?
jeden z nejnovějších přírůstků do rostoucí knihovny periodických tabulek pochází od Evropské chemické společnosti nebo ECS. ECS se sídlem v Bruselu v Belgii si klade za cíl upozornit na relativní nedostatek mnoha důležitých prvků. Poznamenává, že 30 prvků jde do výroby typického mobilního telefonu. A mnoho z těchto prvků není široce dostupné.
„je třeba pečlivě zkoumat naše tendence plýtvat a nesprávně recyklovat takové předměty,“ argumentuje ECS. „Pokud nebudou poskytnuta řešení, riskujeme, že mnoho přírodních prvků, které tvoří svět kolem nás, vyčerpá – ať už kvůli omezeným zásobám — jejich umístění v konfliktních oblastech nebo naší neschopnosti je plně recyklovat.“
ECS uznává, že tato nová tabulka je “ provokativní.“A to není náhoda. Chce, aby lidé pochopili hodnotu v tom, že neplýtvají „ohroženými živly“.“Každý, jak se říká, musí“ zpochybnit, zda jsou aktualizace našich telefonů a dalších elektronických zařízení skutečně nezbytné.“A když naše elektronika zemře, říká: „Musíme se ujistit, že recyklujeme“, aby relativně vzácné prvky “ neskončily na skládkách nebo neznečišťovaly životní prostředí.“
Chcete-li prozkoumat, jak lidé používají prvky, ECS vyvinula bezplatnou online videohru: elementární eskapády.
existuje spousta prostoru pro další nové periodické tabulky, říká Leach v Manchesteru. Ve skutečnosti, udělal koníček sbírání nových a jejich zveřejňování online. Pořád hledá i ty staré. „Pravděpodobně dostávám každý týden novou,“ říká.
Scerri nechal studenty vyvinout i nové. „Každý,“ říká, “ má svou malou ctnost.“