壁にぶら下がって、正方形はアルファベットブロックのギザギザの壁のように見えます。 文字は単語を形成しません。 列は不均一です。 化学のアイコンであるこのチャートは、元素の周期表として知られています。 サンクトペテルブルクで働いていたロシアの科学者であるDmitri Mendeleev（MEN-duh-LAY-ev）は、初期のバージョンを思いついた。 それは150年前だった。 しかし、今日でも、このチャートは、科学者が私たちの宇宙を構成する原子や分子を理解するのに役立ちます。
要素はすべての物質の構成要素です。 私たち、私たちが呼吸する空気、私たちの世界を共有する生物、そして私たちの宇宙全体で見つかったガスの他のすべての分子または質量のビット—彼らの原子は、文字通りすべてを形成するために一緒に編んでいます。
周期表上の行と列は、いわゆる周期律をマップしている。 それは要素がより大きくなると同時に化学元素間の共有された特性が規則的なパターンで繰り返すことを保持する。 これらのパターンは、同様の化学的挙動を持つ要素をリンクし、原子が分子を形成するためにどのように反応するかを化学者に伝えるのに役立ち このテーブルの行と列がどのように関連する要素のグループ間で共有された特性を指しているかを示しています。 これらの関係を理解することは、化学者が新しい化合物を作り出すのに役立ちます。 それはまたそれらが生命がいかに働くか理解するのを助ける。 それは、新しい材料がどのように振る舞うかを予測するのにも役立ちます。
しかし、Mendeleevのよく知られたチャートは、唯一の周期表からは遠いです。 科学者たちは多くを構築しており、いくつかは広く様々な形をしています。 化学者はいくつかを設計した。 他の分野の科学者や教師は、他の分野を開発しました。
「代替フォームは、それらが説明する科学のさまざまな側面のために有用です」とCarmen Giuntaは指摘しています。 これらのあまり伝統的な周期表は、化学の癖のいくつかを強調するだけでなく、より良い焦点にそれらをもたらすための方法を提供するだけでなく、彼は言う、シラキュース、ニューヨークのルモイン大学の化学者です。
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2019年、世界はすべての形で周期表を祝い、それがどのように私たちの宇宙のビルディングブロックを整理し、理解するのに役立つかを祝っています。
それは基本的な
ビッグバンの直後、宇宙は水素とヘリウムだけで構成されていました。 重力はこれらの原子をより多くの量で一緒にもたらしました。 最終的には、これは私たちが星として知っている高密度で燃えるような熱い炉を作ります。 これらの星の中心では、強い圧力が原子核—原子の中心—を融合させ、より大きな核を作り出します。
これはゆっくりと大きく重い要素を鍛造しました。 私たちが知っているように、すべての生命に不可欠な元素である炭素が含まれていました。 これらの恒星の偽造物はまた、私たちが呼吸する必要がある酸素を形成しました。
鉄よりも大きな要素を作るには、さらに多くの宇宙的な火力が必要でした。 巨大で死にかけている星が爆発すると、重い原子核が形成されました。 これらの超新星は、強力に小さな要素を一緒に非難しました。
彼の1869年の周期表のために、メンデレーエフは元素を質量の昇順に並べた。 彼は化学が繰り返しパターンを持っていることに気づいた初期の科学者の一人でした。 要素が大きくなるにつれて、そのプロパティのいくつかは最終的に繰り返されます。 特定の元素は反応することを好み、正に帯電する。 いくつかは負に帯電することを好む。 このようなパターンは、科学者が異なるタイプの要素がどのように結合するかを予測することを可能にした。
彼の研究日誌の中で、Mendeleevはこのテーブルのアイデアが夢の中で彼に来たと書いています。 彼は行から始まりました。 しかし、化学的性質が繰り返されるにつれて、彼は新しい行を始めました。 彼は同様の動作を持つ要素を列に並べました。 彼はギャップを残しました。 これらの穴は、彼が推論し、おそらく存在していたが、まだ発見されていなかった要素をマークしました。
彼がその表を発表したとき、Mendeleevは4つの新しい要素の性質と質量を予測しました。 最終的には4つすべてが発見されました—わずか10年以内に3つ。
アレクサンドル＝エミール・ベギエ・ド・シャンクールトワ（Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois）は、フランスの地質学者。 メンデレーエフの有名なテーブルの七年前に、彼はスパイラル”テーブルを作成しました。”彼は原子量の順に要素を配置しました。 それは繰り返し期間を示した。 ただし、行間に改行は表示されませんでした。 代わりに、彼は円柱の周りに彼の長い、薄いチャートを巻きました。 このようにして、各行は次の行に流れました。 そして、同様の要素がきちんとした列でお互いの上に並んでいました。
他の科学者は同様のチャートを作成しました。 長い前に、既知の要素のすべてを整理するための努力がsnowballed。 これらのチャートのすべてが進化するにつれて、一つは支配的に上昇しました。 それは世界中の教室や教科書で今日見られるものです。
118個の既知の元素にはそれぞれ独自の化学記号があり、周期表のボックスから元素の名前を誇らしげに表しています。 これらの略語のいくつかは、水素のためのHまたは炭素のためのCのように、明白である。 他のものは古代にさかのぼります。 例えば、ナトリウムの記号はNaです。 どうして？ ラテン語では、ナトリウムの名前はnatriumです。
テーブル上の各ボックスには整数があり、通常は左上隅にあります。 原子番号と呼ばれる、それはどのように多くの陽子、または正に荷電粒子は、要素の核にパックされてリストされています。 その核には中性子（質量があるが電荷がない粒子）も含まれています。 核の周囲には、はるかに小さく、負に帯電した電子の雲があります。
各要素のチャートの正方形の下の数字には、小数点以下の数字が含まれます。 この値は元素の原子質量です。 これは、その要素の原子の平均質量を表します。
周期表はシンプルで強力で、新しい実験を続けている、とEric Scerri氏は言う。 カリフォルニア大学ロサンゼルス校で化学を教えている。 彼はまた、周期表についての本を書いています。 彼は、周期表の背後にある組織化の原則を「絶対に大きな発見」と説明しています。”
デュアルタワーが
を支配するようになった今日の最も一般的な周期表は、時には”ツインタワー”バージョンとして知られています。 水素（H）は、左側の高い塔を冠する。 ヘリウム（He）は、右の塔の上にあります。
原子が大きくなるにつれて、それらはより複雑になります。 これらのチャートでは、周期表内の期間は、いくつかの繰り返しサイクルを示す要素の行を指します。 テーブル内では、列内の要素の動作パターンが維持されるように、行の幅（ピリオドとも呼ばれます）が決定されます。 パターンは最初に2つの要素で繰り返されるため、行は2つの要素の幅になります。 その後、パターンは8つの要素で繰り返されます。 そして、要素が大きくなるにつれて、Scerriは”期間は長くなり、長くなります”と指摘しています—最終的には18の要素、そして32の要素があります。
期間が長いほど、このテーブルの重い要素のベースがぎこちなく広くなる可能性があります。 これを回避するために、ツインタワーのチャートは、通常、下の2行の一部を引き出します。 これらの要素は、脚注のようにページの下部に配置されます。 これらの下の列には、ランタニド（LAN-tha-nydes）およびアクチニド（AK-tih-nydes）として知られる元素群が含まれています。
アクチニドには、最新かつ最大の元素が含まれています。 多くは放射性であり、自然には発生しません。 物理学者は、代わりにお互いに小さな要素を砲撃することによって、実験室でそれらを作ります。 これらの放射性、超重元素も超不安定です。 それは、彼らが秒の分数内の小さな要素にバラバラになることを意味します。
それらがどのように有用であるか
周期表は一種のレシピブックとして役立つことができます。 グラフは、要素が互いにどのように関連しているかを示しています。 だから、要素がテーブルの上に座っている場所は、それが他の成分とどのように相互作用するか、または相互作用しないかを化学者に伝えます。 多くの場合、これらの有用な特性には、その質量、沸点および他の重要なデータが含まれる。
表の配置は化学者が問題を解決するのに役立ちます。 例えば、化学者は、既存のものに似た形質を持つ新しい化合物を作りたいかもしれません。 そのため、テーブル上の同じ列の別の要素から始めて、同様の機能を持つ代替を探すことができます。
これらのテーブルの本当の贈り物は、Brigitte Van Tiggelen氏は、「すべての情報を1か所にまとめ、それを教え、共有することです。”歴史家、彼女はフィラデルフィア、ペンシルベニア州の科学史研究所のためのヨーロッパのディレクターとして働いています。
ツインタワーのチャートには多くの利点があるとMark Leach氏は述べています。 イギリスのマンチェスター-メトロポリタン大学で化学者をしている。 他のテーブルは、他の機能を含めて、すべての中に、そううまく繰り返しパターンを示すために管理していない、と彼は主張しています。
たとえば、すべての金属は左側にあります。 非金属は右にたむろします。 このチャートはまた、原子のサイズがどのように変化し、どのように簡単に電子を放棄するかを示しています。 このような特性は、原子がどのように作用し、反応し、分子を形成するために他のものと結婚するかを理解する上で重要である。
しかし、ツインタワーのチャートは完璧ではありません。
化学者は、例えば、水素とヘリウムをどこに置くべきかについてしばしば議論する。 そして、平らな二次元のテーブルは、行が互いにどのように接続されているかを実際には示していません。 あなたが一列の終わりに来ると、Scerriは言います、”あなたは一種の落ちた感じを得ます。”
ロイ-アレクサンダーは展示ビルダーとして働いていました。 彼はツインタワーのテーブルの列が突然終了する方法を好きではなかった。 だから1965年に彼はストリップに伝統的な周期表のチャートをカットしました。 その後、彼は3-Dバージョンを作成し、一緒に戻ってそれらを置きます。
数年後、彼は物理学者George Gamowが1940年代にほぼ同じテーブルを構築したことを知った。 アレクサンダーは、”それは私の特許図面とどのように同じように見えた驚くべきことでした。
Béguyer de Chancourtoisが最初に周期表を作成したとき、最大の元素の多くはまだ発見されていませんでした。 要素が大きくなるにつれて、共有形質はあまり頻繁に繰り返されません。 最終的には、ランタニドとアクチニドの要素を持つ長い行は、伝統的なチャートをぎこちなく広くしました。
3-Dテーブルは、スパイラルを広くするだけで、これらの長い行を組み込むことができます。 カナダの化学者Fernando Dufourはこれを説明するためにElemenTreeを設計しました（写真を参照）。 彼は、通常、ツインタワーチャート上の単一の行に表示されるすべての要素を保持した六角形の層として各期間を作りました。 同様の要素はまだ垂直に並んでいます。
しかし、木の形をしたテーブルだけが3次元の答えではありません。 1950年代、化学教師のジェニー-クラウソンは彼女のテーブルのためにシリンダーを頼りにしていた。 しかし、余分な要素を膨らませるのではなく、彼女はそれらのいくつかを中央に向かって押し込めました。
ツインタワーテーブルのもう一つの問題は、水素とヘリウムをどこに入れるかです。 例えば、水素は金属のように作用することがあります。 それはその電子を流し、負に荷電したイオンを引き付けるでしょう。 他の時それは非金属のように機能し、余分電子をつかみ、そして否定的に荷電されるようになります。 それからそれはフッ素または塩素のように多く機能し、肯定的なイオンの上でスポンジします。
これを説明するために、化学者のTheodor Benfeyは1960年代に平らな螺旋テーブルを作成し、水素とヘリウムを大きな青い円の真ん中に置きました。 円内の3つの外側のスポークのそれぞれは、同様の要素のグループを表します。 より大きな要素と成長する周期的なサイクルを含めるために、彼は円の外に膨らみテラスを追加しました。 それらには、遷移金属、ランタニドおよびアクチニドが含まれる。
ツインタワーのようなフラットなテーブルは、壁に掛けたり、本に印刷したりするのに便利です。 しかし、リーチは、「周期表が3次元ではない理由は本当にありません。”
楽しさとゲーム？
成長している周期表ライブラリへの最新の追加の1つは、欧州化学会（ECS）からのものである。 ベルギーのブリュッセルに拠点を置くECSは、多くの重要な要素の相対的な希少性に注意を喚起することを目指しています。 それは30の要素が典型的な携帯電話を作ることに入ることに注意してください。 そして、これらの要素の多くは広く利用可能ではありません。
“Eは、そのようなアイテムを無駄にし、不適切にリサイクルする傾向を慎重に検討する必要があります」とECSは主張しています。 “解決策が提供されない限り、私たちは私たちの周りの世界を構成する自然の要素の多くが不足しているのを見る危険があります—限られた供給、紛争地”
ECSは、この新しいテーブルが”考えさせられるもの”であることを認めています。”そして、それは偶然ではありません。 それは、人々が”絶滅の危機に瀕している要素を無駄にしないで価値を理解したい。”誰もが、それは言う、私たちの携帯電話や他の電子機器へのアップグレードが本当に必要であるかどうかを疑問視する必要があります”。「そして、私たちの電子機器が死ぬと、「比較的希少な要素が埋立地になったり、環境を汚染したりしないように、リサイクルすることを確認する必要が”
人々が要素をどのように使用するかを探るために、ECSは無料のオンラインビデオゲームを開発しました：Elementary Escapades。マンチェスターのリーチ氏は、
より多くの新しい周期表の余地があると述べています。 実際には、彼は新しいものを収集し、それらをオンラインで投稿する趣味をしました。 彼はいつも古いものに目を光らせています。 “私はおそらく毎週新しいものを受け取ります”と彼は言います。
Scerriは学生にも新しいものを開発させています。 “それぞれが、”彼は言う、”独自のいくつかの小さな美徳を持っています。”