hængende på væggen ser firkanterne ud som en Tagget mur af alfabetblokke. Bogstaverne danner ikke ord. Kolonnerne er ujævne. Dette diagram — et ikon for kemi-er kendt som det periodiske system af elementerne. Dmitri Mendeleev (MEN-duh-LAY-ev), en russisk videnskabsmand, der arbejder i Skt. Det er 150 år siden. Men selv i dag hjælper dette diagram forskere med at forstå de atomer og molekyler, der udgør vores univers.
elementer er byggestenene i alt stof. Deres atomer strikkes sammen for bogstaveligt talt at danne Alt-os, den luft, vi indånder, de organismer, der deler vores verden og ethvert andet molekyle af gas eller masse, der findes i hele vores univers.
rækkerne og kolonnerne på det periodiske system kortlægger den såkaldte periodiske lov. Det hævder, at delte træk blandt kemiske elementer gentages i regelmæssige mønstre, når elementer bliver større. Disse mønstre forbinder elementer med lignende kemiske adfærd og hjælper med at fortælle kemikere, hvordan atomer reagerer på at danne molekyler. Hvordan rækker og kolonner på denne tabel linje op peger på delte træk mellem grupper af relaterede elementer. At forstå disse forhold hjælper kemikere med at skabe nye forbindelser. Det hjælper dem også med at forstå, hvordan livet fungerer. Det hjælper dem endda med at forudsige, hvordan nye materialer vil opføre sig.
men Mendeleevs velkendte diagram er langt fra det eneste periodiske system. Forskere har bygget mange, nogle med vidt forskellige former. Kemikere designet nogle. Forskere og lærere på andre områder udviklede andre.
“alternative former er nyttige på grund af de forskellige aspekter af videnskaben, som de illustrerer,” bemærker Carmen Giunta. Han er kemiker på Le Moyne College i Syracuse, NY de mindre traditionelle periodiske tabeller giver måder ikke kun at fremhæve nogle af kemiens særheder, siger han, men også for at bringe dem i bedre fokus.
undervisere og forældre, Tilmeld dig Cheat Sheet
ugentlige opdateringer, der hjælper dig med at bruge videnskabsnyheder til studerende i læringsmiljøet
i 2019 fejrer verden det periodiske system i alle dets former, og hvordan det hjælper med at organisere og give mening om byggestenene i vores univers.
det er elementært
lige efter Big Bang bestod universet kun af brint og helium — de to letteste grundstoffer. Tyngdekraften bragte disse atomer sammen i stadig større mængder. Til sidst ville dette skabe tætte, brændende varme ovne, som vi kender til som stjerner. I midten af disse stjerner smeltede intense tryk atomkerner — atomernes centre — hvilket skabte større kerner.
dette smedet langsomt større og tungere elementer. De omfattede kulstof, et element, der er afgørende for alt liv, som vi kender det. Disse stjernernes smedjer dannede også det ilt, vi har brug for at trække vejret.
at gøre elementer større end jern krævede endnu mere kosmisk ildkraft. Tunge atomkerner dannet som massive, døende stjerner eksploderede. Disse supernovaer smed kraftigt mindre elementer sammen.
for hans periodiske tabel fra 1869 arrangerede Mendeleev elementerne i rækkefølge efter stigende masse. Han var en af de tidlige forskere, der indså, at kemi har gentagne mønstre. Efterhånden som elementerne bliver større, gentages nogle af deres egenskaber til sidst. Visse elementer foretrækker at reagere, bliver positivt ladet. Nogle foretrækker at blive negativt ladet. Sådanne mønstre tillod forskere at forudse, om eller hvordan forskellige typer elementer sandsynligvis ville kombinere.
i sin forskningsdagbog skrev Mendeleev, at ideen til denne tabel kom til ham i en drøm. Han startede med en række. Men da de kemiske egenskaber gentog sig, begyndte han en ny række. Han linet op elementer med lignende adfærd i kolonner. Han efterlod huller. Disse huller, begrundede han, markerede elementer, der sandsynligvis eksisterede, men endnu ikke var blevet opdaget.
da han offentliggjorde denne tabel, forudsagde Mendeleev egenskaberne og masserne af fire nye elementer. Til sidst blev alle fire opdaget — tre inden for bare 10 år.
han var en fransk geolog. Syv år før Mendeleevs berømte bord skabte han et spiral “bord.”Han arrangerede elementer i rækkefølge af atomvægt. Det viste de gentagne perioder. Det viste dog ikke pauser mellem rækkerne. I stedet viklede han sit lange, tynde diagram omkring en cylinder. På denne måde flød hver række ind i den næste. Og lignende elementer opstillet over hinanden i pæne søjler.
andre forskere udformet lignende diagrammer. Inden længe, bestræbelser på at organisere alle de kendte elementer sneboldede. Da alle disse diagrammer udviklede sig, steg en til at dominere. Det er den, der ses i dag i klasseværelser og lærebøger verden over.
hvert af de 118 kendte grundstoffer har sit eget kemiske symbol-et eller to bogstaver, der stolt repræsenterer elementets navn fra dets boks i det periodiske system. Nogle af disse forkortelser er indlysende, såsom H for brint eller C for kulstof. Andre går tilbage til oldtiden. For eksempel er natriumsymbolet Na. Hvorfor? På Latin hedder natrium natrium.
hver boks på bordet har et helt tal, typisk i øverste venstre hjørne. Kaldet atomnummeret, det viser, hvor mange protoner eller positivt ladede partikler der er pakket ind i elementets kerne. Denne kerne inkluderer også neutroner (partikler med masse, men uden ladning). Omkring kernen er en sky af meget mindre, negativt ladede elektroner.
det nederste tal i diagrammets firkant for hvert element indeholder cifre efter et decimaltegn. Denne værdi er elementets atommasse. Det repræsenterer den gennemsnitlige masse af et atom af dette element.
det periodiske system er enkelt, kraftfuldt og fortsætter med at give nye eksperimenter, siger Eric Scerri. Han underviser i kemi ved University of California, Los Angeles. Han skriver også bøger om det periodiske system. Han beskriver organiseringsprincipperne bag det periodiske system som ” en absolut stor opdagelse.”
Dobbelt tårne kom til at dominere
dagens mest almindelige periodiske system er undertiden kendt som” tvillingetårnene ” – versionen. Brint (H) Kroner det høje tårn til venstre. Helium (han) topper det højre tårn.
når atomer bliver større, bliver de mere komplekse. I disse diagrammer henviser en periode inden for det periodiske system til en række elementer, der udviser en gentagende cyklus. I tabellen bestemmes bredden af en række — også kaldet en periode — således at mønsteret for elementernes opførsel i en kolonne opretholdes. Mønsteret gentager sig først i to elementer, så rækken er to elementer bred. Derefter gentages mønsteret i otte elementer. Og efterhånden som elementerne bliver større, bemærker Scerri,” perioderne bliver længere og længere ” — til sidst med 18 elementer og derefter 32.
de længere, større perioder kunne gøre den tunge elementbase i denne tabel akavet bred. For at omgå dette trækker tvillingetårnskortet normalt en del af de to nederste rækker ud. Det placerer disse elementer nederst på siden, næsten som fodnoter. Disse nederste rækker indeholder grupper af elementer kendt som lanthanider (LAN-tha-nydes) og actinider (AK-tih-nydes).
actinider omfatter de nyeste og største elementer. Mange er radioaktive og forekommer ikke naturligt. Fysikere fremstiller dem i stedet i laboratorier ved at bombardere mindre elementer ind i hinanden. Disse radioaktive, supertunge elementer er også super ustabile. Det betyder, at de falder fra hinanden i mindre elementer inden for brøkdele af et sekund.
hvordan de er nyttige
en periodisk tabel kan tjene som en slags opskriftsbog. Diagrammet viser, hvordan elementer relaterer til hinanden. Så hvor et element sidder på bordet, fortæller en kemiker, hvordan det måske eller måske ikke interagerer med andre ingredienser. Ofte omfatter disse nyttige træk dens masse, kogepunkt og andre vigtige data.
bordets arrangement hjælper kemikere med at løse problemer. For eksempel vil kemikere måske lave en ny forbindelse med træk, der ligner en eksisterende — bare bedre. Så de kan se efter en erstatning med lignende funktioner, der starter med et andet element fra samme kolonne på bordet.
den virkelige gave ved disse tabeller, siger Brigitte Van Tiggelen, er “at have alle oplysningerne et sted og undervise og dele dem.”En historiker, hun arbejder som den europæiske direktør for Science History Institute i Philadelphia, Pa.
tvillingetårnskortet har mange fordele, siger Mark Leach. Han er kemiker i England ved Manchester Metropolitan University. Ingen anden tabel formår at vise de gentagne mønstre så godt, argumenterer han, hele tiden inklusive andre funktioner.
for eksempel er alle metaller på venstre side. Ikke-metaller hænger ud til højre. Dette diagram viser også, hvordan et atoms størrelse ændres, og hvor let det sandsynligvis vil opgive en elektron. Sådanne træk er vigtige for at forstå, hvordan atomer vil handle, reagere og gifte sig med andre for at danne molekyler.
men tvillingetårnets diagram er ikke perfekt.
kemikere skændes ofte om, hvor brint og helium skal placeres, for eksempel. Og et fladt, todimensionelt bord viser ikke rigtig, hvordan rækkerne forbinder hinanden. Når du kommer til slutningen af en række, siger Scerri, “du får en fornemmelse af, at du Slags falder af.”
Roy Aleksander arbejdede som udstillingsbygger. Han kunne ikke lide den måde, hvorpå rækkerne på tvillingetårnbordet pludselig sluttede. Så i 1965 skar han et traditionelt periodisk bordkort i strimler. Derefter satte han dem sammen igen og skabte en 3D-version.
år senere lærte han, at fysikeren George Gamov konstruerede et næsten identisk bord i 1940 ‘ erne. “Det var forbløffende, hvor identisk det så ud til min patenttegning.”
regnskab for de stadig større perioder
da B. Efterhånden som elementerne bliver større, gentages de delte træk sjældnere. Til sidst gjorde de længere rækker med lanthanid-og actinidelementerne det traditionelle diagram akavet bredt.
et 3D-bord kan inkorporere disse længere rækker ved blot at gøre spiralen bredere. Canadisk kemiker Fernando Dufour designet ElemenTree for at illustrere dette (Se billede). Han lavede hver periode som et sekskantet lag, der indeholdt alle de elementer, der normalt ville dukke op i en enkelt række på tvillingetårnskortet. Lignende elementer stiller stadig lodret op.
men et træformet bord er ikke det eneste 3D-svar. I 1950 ‘ erne stod kemilærer Jennie Clauson på en cylinder til sit bord. Men i stedet for at bøje ekstra elementer ud, gemte hun nogle af dem mod midten.
et andet problem med det dobbelte tårnbord er, hvor man skal sætte brint og helium. Brint fungerer undertiden mere som et metal, for eksempel. Det vil kaste sin elektron og tiltrække negativt ladede ioner. Andre gange fungerer det som en ikke-metal og griber en ekstra elektron og bliver negativt ladet. Derefter virker det mere som en fluor eller klor og svampe op positive ioner.
for at redegøre for dette skabte kemiker Theodor Benfey et fladt spiralbord i 1960 ‘ erne. det satte brint og helium midt i en stor blå cirkel. Hver af tre udadgående eger i cirklen repræsenterer en gruppe af lignende elementer. For at inkludere de større elementer og de voksende periodiske cyklusser tilføjede han terrasser, der bule ud af cirklen. De omfatter overgangsmetaller, lanthanider og actinider.
et fladt bord som tvillingetårnene er praktisk til at hænge på en væg eller udskrive i en bog. Imidlertid tilføjer Leach, “der er virkelig ingen grund til, at det periodiske system ikke er tredimensionelt.”
sjov og leg?
en af de seneste tilføjelser til det voksende bibliotek med periodiske tabeller kommer fra European Chemical Society, eller ECS. ECS har til formål at gøre opmærksom på den relative mangel på mange vigtige elementer. Det bemærker, at 30 elementer går ind i at lave en typisk mobiltelefon. Og mange af disse elementer er ikke bredt tilgængelige.
“e nødt til nøje at se på vores tendenser til at spilde og forkert genbruge sådanne genstande,” argumenterer ECS. “Medmindre der findes løsninger, risikerer vi at se, at mange af de naturlige elementer, der udgør verden omkring os, løber tør — hvad enten det er på grund af begrænsede forsyninger, deres placering i konfliktområder eller vores manglende evne til fuldt ud at genbruge dem.”
ECS anerkender, at denne nye tabel er ” tankevækkende.”Og det er ikke tilfældigt. Det vil have folk til at forstå værdien ved ikke at spilde “truede elementer.”Alle, siger det, har brug for” at stille spørgsmålstegn ved, om opgraderinger til vores telefoner og andre elektroniske enheder virkelig er nødvendige.”Og når vores elektronik dør, står det,” vi skal sørge for, at vi genbruger”, så relativt knappe elementer ” ikke ender på lossepladser eller forurener miljøet.”
for at undersøge, hvordan folk bruger elementer, har ECS udviklet et gratis online videospil: elementære eskapader.
der er masser af plads til flere nye periodiske tabeller, siger Leach i Manchester. Faktisk har han lavet en hobby med at samle nye og sende dem online. Han er altid på udkig efter gamle, såvel. “Jeg modtager sandsynligvis en ny hver uge,” siger han.
Scerri har også fået studerende til at udvikle nye. “Hver enkelt, “siger han,” har sin egen lille dyd.”