Hengende på veggen, rutene ser ut som en taggete vegg av alfabetet blokker. Bokstavene danner ikke ord. Kolonnene er ujevne. Dette diagrammet — et ikon for kjemi-er kjent som Elementets Periodiske Tabell. Dmitri Mendeleev (MEN-duh-LAY-ev), en russisk forsker som arbeider I St. Petersburg, kom opp med en tidlig versjon. Det er 150 år siden. Men selv i dag hjelper dette diagrammet forskere til å forstå atomer og molekyler som utgjør vårt univers.
Elementer er byggesteinene i all materie. Atomene deres knytter seg sammen for å danne bokstavelig talt alt-oss — luften vi puster, organismene som deler vår verden og alle andre molekyler av gass eller masse som finnes i hele vårt univers.
radene og kolonnene på det periodiske bordet kartlegger den såkalte periodiske loven. Det hevder at felles egenskaper blant kjemiske elementer gjentar i vanlige mønstre etter hvert som elementene blir større. Disse mønstrene knytter elementer med lignende kjemiske atferd og bidrar til å fortelle kjemikere hvordan atomer reagerer på å danne molekyler. Hvordan radene og kolonnene på denne tabellen linje opp poeng til delte egenskaper mellom grupper av relaterte elementer. Forstå disse relasjonene hjelper kjemikere skape nye forbindelser. Det hjelper dem også å forstå hvordan livet fungerer. Det hjelper dem til og med å forutsi hvordan nye materialer vil oppføre seg.
Men Mendeleevs kjente diagram er langt fra det eneste periodiske bordet. Forskere har bygget mange, noen med vidt varierende former. Kjemikere designet noen. Forskere og lærere på andre felt utviklet andre.
» Alternative former er nyttige på grunn av de forskjellige aspektene av vitenskapen som de illustrerer,» bemerker Carmen Giunta. De mindre tradisjonelle periodiske tabellene gir måter ikke bare å markere noen av kjemiens quirks, sier han, men også å bringe dem til bedre fokus.
Lærere Og Foreldre, Registrer Deg For Cheat Sheet
Ukentlige oppdateringer For å hjelpe deg med Å bruke Vitenskapsnyheter for Studenter i læringsmiljøet
i 2019 feirer verden det periodiske bordet i alle dens former og hvordan det bidrar til å organisere og gi mening om byggesteinene i vårt univers.
det er elementært
like etter Big Bang var universet bare sammensatt av hydrogen og helium — de to letteste elementene. Gravity brakte disse atomene sammen i stadig større mengder. Til slutt vil dette skape tette, brennende varme ovner som vi kjenner til som stjerner. I midten av disse stjernene smeltet intense trykk atomkjerner — atomenes sentre-og skaper større kjerner.
dette smidd langsomt større og tyngre elementer. De inkluderte karbon, et element som er viktig for alt liv som vi kjenner det. Disse stjernene dannet også oksygen som vi trenger å puste.
Å Lage elementer større enn jern krevde enda mer kosmisk ildkraft. Tunge atomkjerner dannet som massive, døende stjerner eksploderte. Disse supernovaene smalt kraftig mindre elementer sammen.
For hans periodiske tabell fra 1869 arrangerte Mendeleev elementene i rekkefølge av stigende masse. Han var en av de tidlige forskerne som innså at kjemi har gjentatte mønstre. Etter hvert som elementene blir større, gjentar noen av egenskapene til slutt. Enkelte elementer foretrekker å reagere, blir positivt ladet. Noen foretrekker å bli negativt ladet. Slike mønstre tillot forskere å forutse om eller hvordan ulike typer elementer sannsynligvis ville kombinere.
I sin forskningsjournal Skrev Mendeleev at ideen til dette bordet kom til ham i en drøm. Han startet med en rad. Men da de kjemiske egenskapene gjentok, begynte han en ny rad. Han lined opp elementer med lignende oppførsel i kolonner. Han forlot hull. Disse hullene, han begrunnet, merket elementer som sannsynligvis eksisterte, men hadde ennå ikke blitt oppdaget.
Da Han publiserte denne tabellen, forutså Mendelejev egenskapene og massene til fire nye elementer. Til slutt ble alle fire oppdaget-tre innen bare 10 år.
Alexandre -@mile B Hryvguyer De Chancourtois var en fransk geolog. Syv år Før Mendeleevs berømte bord skapte han et spiral » bord.»Han arrangerte elementer i rekkefølge av atomvekt. Det viste de gjentatte perioder. Det viste imidlertid ikke pauser mellom radene. I stedet sår han sitt lange, tynne diagram rundt en sylinder. På denne måten strømmet hver rad inn i neste. Og lignende elementer lined opp over hverandre i ryddige kolonner.
Andre forskere laget lignende diagrammer. Før lenge, arbeidet med å organisere alle de kjente elementene snowballed. Som alle disse kartene utviklet seg, steg en til å dominere. Det er den som ses i dag gjennom klasserom og lærebøker over hele verden.
Hver av de 118 kjente elementene har sitt eget kjemiske symbol-en eller to bokstaver som stolt representerer elementets navn fra boksen på det periodiske bordet. Noen av disse forkortelsene er åpenbare, For Eksempel H for hydrogen eller C for karbon. Andre dateres tilbake til antikken. For eksempel er natriums symbol Na. Hvorfor? På Latin er natriums navn natrium.
hver boks på bordet har et helt tall, vanligvis i øverste venstre hjørne. Kalt atomnummeret, det viser hvor mange protoner, eller positivt ladede partikler, er pakket inn i elementets kjerne. Den kjernen inneholder også nøytroner (partikler med masse, men ingen ladning). Rundt kjernen er en sky av mye mindre, negativt ladede elektroner.
det nederste tallet i diagrammets firkant for hvert element inneholder sifre etter et desimaltegn. Denne verdien er elementets atommasse. Den representerer den gjennomsnittlige massen av et atom av det elementet.
det periodiske bordet er enkelt, kraftig og fortsetter å gi nye eksperimenter, sier Eric Scerri. Han underviser i kjemi ved University Of California, Los Angeles. Han skriver også bøker om det periodiske bordet. Han beskriver organiseringsprinsippene bak det periodiske bordet som » en absolutt stor oppdagelse.»
Dual towers kom til å dominere
Dagens mest vanlige periodiske tabellen er noen ganger kjent som «twin towers» versjon. Hydrogen (H) kroner det høye tårnet til venstre. Helium (He) topper høyre tårnet.
når atomer blir større, blir de mer komplekse. I disse diagrammene refererer en periode i det periodiske bordet til en rekke elementer som viser en gjentakende syklus. Innenfor tabellen bestemmes bredden på en rad — også kalt en periode — slik at mønsteret for oppførselen til elementer i en kolonne opprettholdes. Mønsteret gjentar seg først i to elementer, slik at raden er to elementer bred. Deretter gjentar mønsteret i åtte elementer. Og etter hvert som elementene blir større, bemerker Scerri, » periodene blir lengre og lengre — – til slutt med 18 elementer, og deretter 32.
de lengre, større periodene kan gjøre den tunge elementbasen av dette bordet klønete bredt. For å komme seg rundt dette, trekker twin tower-diagrammet vanligvis ut en del av de to nederste radene. Det plasserer disse elementene nederst på siden, nesten som fotnoter. Disse nedre radene inneholder grupper av elementer kjent som LANTANIDER (LAN-tha-nydes) og aktinider (AK-tih-nydes).
Aktinider inkluderer de nyeste og største elementene. Mange er radioaktive og forekommer ikke naturlig. Fysikere lager i stedet dem i laboratorier ved å bombardere mindre elementer i hverandre. Disse radioaktive, supertunge elementene er også super ustabile. Det betyr at de faller fra hverandre i mindre elementer innen brøkdeler av et sekund.
Hvordan de er nyttige
et periodisk bord kan tjene som en slags oppskriftsbok. Diagrammet viser hvordan elementer forholder seg til hverandre. Så hvor et element sitter på bordet forteller en kjemiker hvordan det kan eller ikke kan samhandle med andre ingredienser. Ofte inkluderer disse nyttige egenskapene sin masse, kokepunkt og andre viktige data.
tabellens arrangement hjelper kjemikere med å løse problemer. For eksempel vil kjemikere kanskje lage en ny forbindelse med egenskaper som ligner på en eksisterende — bare bedre. Så de kan se etter en erstatning med lignende funksjoner, og starter med et annet element fra samme kolonne på bordet.
den virkelige gaven av disse tabellene, sier Brigitte Van Tiggelen, er «å ha all informasjon på ett sted og undervise og dele den.»En historiker, hun jobber Som Europeisk direktør For Science History Institute I Philadelphia, Pa .
twin tower-diagrammet har mange fordeler, sier Mark Leach. Han er kjemiker I England Ved Manchester Metropolitan University. Ingen annen tabell klarer å vise de gjentatte mønstrene så godt, argumenterer han, hele tiden inkludert andre funksjoner.
for eksempel er alle metaller på venstre side. Ikke-metaller henger ut til høyre. Dette diagrammet viser også hvordan et atoms størrelse endres og hvor lett det vil trolig gi opp et elektron. Slike egenskaper er viktige for å forstå hvordan atomer vil handle, reagere og gifte seg med andre for å danne molekyler.
men twin towers-diagrammet er ikke perfekt.
Kjemikere krangler ofte om hvor man skal plassere hydrogen og helium, for eksempel. Og et flatt, todimensjonalt bord viser egentlig ikke hvordan radene kobles til hverandre. Når Du kommer til slutten av en rad, Sier Scerri, » du får følelsen av at du slags faller av .»
Roy Alexander jobbet som utstillingsbygger. Han likte ikke måten at radene på twin tower-bordet plutselig endte. Så i 1965 kuttet han et tradisjonelt periodisk borddiagram i strimler. Så satte han dem sammen igjen, og skapte en 3-D-versjon.
År senere lærte han at fysikeren George Gamow konstruerte et nesten identisk bord på 1940-tallet. Minnes Alexander, » det var utrolig hvor identisk det så ut til min patent tegning .»
Regnskap for de stadig større periodene
Da B@guyer de Chancourtois først opprettet sitt periodiske system, hadde mange av de største elementene ennå ikke blitt oppdaget. Etter hvert som elementene blir større, gjentas de delte egenskapene sjeldnere. Til slutt gjorde de lengre radene med lantanid og aktinidelementer det tradisjonelle diagrammet vanskelig bredt.
Et 3d-bord kan innlemme disse lengre radene ved å gjøre spiralen bredere. Kanadisk kjemiker Fernando Dufour designet ElemenTree for å illustrere dette (se bilde). Han lagde hver periode som et sekskantet lag som holdt alle elementene som vanligvis ville dukke opp i en enkelt rad på tvillingtårndiagrammet. Lignende elementer står fortsatt vertikalt.
men et treformet bord er ikke det eneste 3d-svaret. På 1950-tallet stod kjemilæreren Jennie Clauson på en sylinder for bordet hennes. Men i stedet for svulmende ekstra elementer ut, hun gjemt noen av dem mot sentrum.
et annet problem med twin tower-bordet er hvor du skal sette hydrogen og helium. Hydrogen virker noen ganger mer som et metall, for eksempel. Det vil kaste sin elektron og tiltrekke seg negativt ladede ioner. Andre ganger virker det som en ikke-metall og griper en ekstra elektron og blir negativt ladet. Da virker det mer som fluor eller klor og svamper opp positive ioner.
for å redegjøre for dette skapte kjemiker Theodor Benfey et flatt spiralbord på 1960-tallet. det satte hydrogen og helium midt i en stor blå sirkel. Hver av tre ytre eiker i sirkelen representerer en gruppe av lignende elementer. For å inkludere de større elementene og de voksende periodiske syklusene, la han til terrasser som bukker ut av sirkelen. De inkluderer overgangsmetaller, lantanider og aktinider.
et flatt bord som twin towers er praktisk for å henge på veggen eller skrive ut i en bok. Leach legger imidlertid til: «det er egentlig ingen grunn til at det periodiske bordet ikke er tredimensjonalt.»
Lek og Moro?
En av de nyeste tilskuddene til det voksende biblioteket av periodiske tabeller kommer fra European Chemical Society, ELLER ECS. BASERT I Brussel, Belgia, HAR ECS som mål å bringe oppmerksomhet til den relative mangelen på mange viktige elementer. Det bemerker at 30 elementer går inn i å lage en typisk mobiltelefon. Og mange av disse elementene er ikke allment tilgjengelige.
«e må nøye se på våre tendenser til avfall og feilaktig resirkulere slike elementer,» ECS argumenterer. «Med mindre løsninger er gitt, risikerer vi å se mange av de naturlige elementene som utgjør verden rundt oss, løpe ut — enten på grunn av begrensede forsyninger, deres plassering i konfliktområder eller vår manglende evne til å resirkulere dem fullt ut.»
ECS erkjenner at denne nye tabellen er » tankevekkende.»Og det er ingen tilfeldighet. Det vil at folk skal forstå verdien i å ikke kaste bort » truede elementer.»Alle, sier det, trenger» å stille spørsmål om oppgraderinger til våre telefoner og andre elektroniske enheter virkelig er nødvendige.»Og når vår elektronikk dør, står det: «vi må sørge for at vi resirkulerer» slik at relativt knappe elementer » ikke ender opp på deponier eller forurenser miljøet.»
FOR å utforske hvordan folk bruker elementer, HAR ECS utviklet et gratis online videospill: Elementary Escapades.
det er god plass til flere nye periodiske tabeller, sier Leach I Manchester. Faktisk, han har gjort en hobby for å samle nye og legge dem ut på nettet. Han er alltid på utkikk etter gamle også. «Jeg får nok en ny hver uke,» sier han.
Scerri har fått elevene til å utvikle nye også. «Hver og en, «sier han,» har en liten dyd av sin egen.»