atârnând pe perete, pătratele arată ca un zid zimțat de blocuri de alfabet. Literele nu formează cuvinte. Coloanele sunt inegale. Această diagramă — o icoană a chimiei-este cunoscută sub numele de tabelul Periodic al elementelor. Dmitri Mendeleev (MEN-duh-lay-ev), un om de știință rus care lucrează la Sankt Petersburg, a venit cu o versiune timpurie. Asta a fost acum 150 de ani. Cu toate acestea, chiar și astăzi, această diagramă îi ajută pe oamenii de știință să înțeleagă atomii și moleculele care alcătuiesc universul nostru.
elementele sunt pietrele de temelie ale întregii materii. Atomii lor se unesc pentru a forma literalmente totul-noi, aerul pe care îl respirăm, organismele care împărtășesc lumea noastră și orice altă moleculă de gaz sau bucată de masă Găsită în universul nostru.
rândurile și coloanele din tabelul periodic mapează așa-numita lege periodică. Acesta susține că trăsăturile comune între elementele chimice se repetă în modele regulate pe măsură ce elementele devin mai mari. Aceste modele leagă elemente cu comportamente chimice similare și ajută chimiștii să spună cum reacționează atomii pentru a forma molecule. Modul în care rândurile și coloanele din acest tabel se aliniază indică trăsături partajate între grupuri de elemente conexe. Înțelegerea acestor relații îi ajută pe chimiști să creeze noi compuși. De asemenea, îi ajută să înțeleagă cum funcționează viața. Îi ajută chiar să prezică cum se vor comporta materialele noi.
dar graficul binecunoscut al lui Mendeleev este departe de singurul tabel periodic. Oamenii de știință au construit multe, unele cu forme foarte variate. Chimiștii au proiectat unele. Oamenii de știință și profesorii din alte domenii au dezvoltat altele.
„formele alternative sunt utile datorită diferitelor aspecte ale științei pe care le ilustrează”, notează Carmen Giunta. Este chimist la Colegiul Le Moyne Din Syracuse, N. Y. aceste tabele periodice mai puțin tradiționale oferă modalități nu numai de a evidenția unele dintre ciudățeniile chimiei, spune el, ci și de a le pune în evidență mai bine.
educatori și părinți, Înscrieți-vă pentru foaia de înșelăciune
actualizări săptămânale pentru a vă ajuta să utilizați știrile științifice pentru studenții din mediul de învățare
în 2019, lumea sărbătorește tabelul periodic în toate formele sale și cum ajută la organizarea și înțelegerea blocurilor de construcție ale universului nostru.
este elementar
imediat după Big Bang, universul a fost format doar din hidrogen și heliu — cele mai ușoare două elemente. Gravitația a adus acești atomi împreună în cantități tot mai mari. În cele din urmă, acest lucru ar crea Cuptoare dense, fierbinți, pe care le cunoaștem ca Stele. În centrul acestor stele, presiunile intense au fuzionat nucleele atomice — centrele atomilor-creând nuclee mai mari.
acest lucru a forjat încet elemente mai mari și mai grele. Au inclus carbonul, un element esențial pentru toată viața așa cum o știm. Aceste forje stelare au format, de asemenea, oxigenul de care avem nevoie pentru a respira.
a face elemente mai mari decât fierul a necesitat și mai multă putere de foc cosmică. Nucleele atomice grele s-au format pe măsură ce stelele masive, pe moarte, au explodat. Aceste supernove au lovit cu forță elemente mai mici.
pentru tabelul său periodic din 1869, Mendeleev a aranjat elementele în ordinea masei ascendente. El a fost unul dintre primii oameni de știință care și-a dat seama că chimia are modele repetate. Pe măsură ce elementele devin mai mari, unele dintre proprietățile lor se repetă în cele din urmă. Anumite elemente preferă să reacționeze, devenind încărcate pozitiv. Unii preferă să fie încărcați negativ. Astfel de modele au permis oamenilor de știință să anticipeze dacă sau cum se vor combina diferite tipuri de elemente.
în jurnalul său de cercetare, Mendeleev a scris că ideea pentru acest tabel i-a venit într-un vis. A început cu un rând. Dar, pe măsură ce proprietățile chimice s-au repetat, a început un nou rând. El a aliniat elemente cu comportamente similare în coloane. A lăsat lacune. Aceste găuri, a argumentat el, au marcat elemente care probabil existau, dar nu fuseseră încă descoperite.
când a publicat acel tabel, Mendeleev a prezis proprietățile și masele a patru elemente noi. În cele din urmă, toate cele patru au fost descoperite — trei în doar 10 ani.
Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois a fost un geolog francez. Cu șapte ani înainte de faimoasa masă a lui Mendeleev, el a creat o masă „spirală”.”El a aranjat elementele în ordinea greutății atomice. A arătat perioadele repetate. Cu toate acestea, nu a arătat pauze între rânduri. În schimb, și-a înfășurat harta lungă și subțire în jurul unui cilindru. În acest fel, fiecare rând curgea în următorul. Și elemente similare aliniate unul deasupra celuilalt în coloane îngrijite.
alți oameni de știință au realizat diagrame similare. Înainte de mult timp, eforturile de a organiza toate elementele cunoscute snowballed. Pe măsură ce toate aceste diagrame au evoluat, unul a crescut pentru a domina. Este cel văzut astăzi în sălile de clasă și manuale din întreaga lume.
fiecare dintre cele 118 elemente cunoscute are propriul simbol chimic — una sau două litere care reprezintă cu mândrie numele elementului din caseta sa din tabelul periodic. Unele dintre aceste abrevieri sunt evidente, cum ar fi H pentru hidrogen sau C pentru carbon. Altele datează din cele mai vechi timpuri. De exemplu, simbolul sodiului este Na. De ce? În latină, numele sodiului este natrium.
fiecare casetă de pe masă are un număr întreg, de obicei în colțul din stânga sus. Numit număr atomic, acesta enumeră câți protoni sau particule încărcate pozitiv sunt împachetate în nucleul elementului. Acest nucleu include, de asemenea, neutroni (particule cu masă, dar fără sarcină). În jurul nucleului este un nor de electroni mult mai mici, încărcați negativ.
numărul de Jos din pătratul graficului pentru fiecare element include cifre după un punct zecimal. Această valoare este masa atomică a elementului. Reprezintă masa medie a unui atom al acelui element.
tabelul periodic este simplu, puternic și continuă să producă noi experimente, spune Eric Scerri. Predă chimie la Universitatea din California, Los Angeles. De asemenea, scrie cărți despre tabelul periodic. El descrie principiile de organizare din spatele tabelului periodic ca fiind ” o descoperire absolut majoră.”
turnurile duale au ajuns să domine
cel mai comun tabel periodic de astăzi este uneori cunoscut sub numele de versiunea” turnurilor gemene”. Hidrogenul (H) încununează turnul înalt din stânga. Heliul (el) se află în vârful turnului drept.
pe măsură ce atomii devin mai mari, devin mai complexi. În aceste diagrame, o perioadă din tabelul periodic se referă la un rând de elemente care prezintă un ciclu repetat. În cadrul tabelului, lățimea unui rând-numită și Perioadă-este determinată astfel încât modelul comportamentului elementelor dintr-o coloană să fie menținut. Modelul se repetă mai întâi în două elemente, astfel încât rândul este de două elemente lățime. Apoi modelul se repetă în opt elemente. Și pe măsură ce elementele devin mai mari, notează Scerri, „perioadele devin din ce în ce mai lungi” — în cele din urmă cu 18 elemente, apoi 32.
perioadele mai lungi și mai mari ar putea face ca baza elementului greu al acestui tabel să fie penibil de largă. Pentru a ocoli acest lucru, diagrama turnului twin scoate de obicei o parte din cele două rânduri de jos. Plasează aceste elemente în partea de jos a paginii, aproape ca notele de subsol. Aceste rânduri inferioare conțin grupuri de elemente cunoscute sub numele de lantanide (LAN-tha-nydes) și actinide (AK-tih-nydes).
actinidele includ cele mai noi și mai mari elemente. Multe sunt radioactive și nu apar în mod natural. În schimb, fizicienii le fac în laboratoare bombardând elemente mai mici unul în celălalt. Aceste elemente radioactive, super-grele, sunt, de asemenea, super instabile. Asta înseamnă că se destramă în elemente mai mici în fracțiuni de secundă.
cum sunt utile
un tabel periodic poate servi ca un fel de carte de rețete. Graficul arată modul în care elementele se raportează între ele. Deci, în cazul în care un element stă pe masă spune un chimist cum poate sau nu poate interacționa cu alte ingrediente. Adesea, aceste trăsături utile includ masa, punctul de fierbere și alte date importante.
aranjamentul tabelului îi ajută pe chimiști să rezolve problemele. De exemplu, chimiștii ar putea dori să facă un nou compus cu trăsături similare cu unul existent — doar mai bine. Deci, s-ar putea să caute un înlocuitor cu caracteristici similare, începând cu un alt element din aceeași coloană de pe masă.
adevăratul dar al acestor mese, spune Brigitte Van Tiggelen, este „să ai toate informațiile într-un singur loc și să le predai și să le împărtășești.”Istoric, lucrează ca director European pentru Institutul de Istorie a științei din Philadelphia, Pa.
diagrama turnului twin are multe avantaje, spune Mark Leach. Este chimist în Anglia la Manchester Metropolitan University. Nici un alt tabel nu reușește să arate modelele repetate atât de bine, susține el, în tot acest timp, inclusiv alte caracteristici.
de exemplu, Toate metalele sunt pe partea stângă. Nemetalele stau pe dreapta. Această diagramă arată, de asemenea, cum se schimbă dimensiunea unui atom și cât de ușor va renunța probabil la un electron. Astfel de trăsături sunt importante în înțelegerea modului în care atomii vor acționa, reacționa și se vor căsători cu alții pentru a forma molecule.
dar graficul turnurilor gemene nu este perfect.
chimiștii argumentează adesea unde să plaseze hidrogenul și heliul, de exemplu. Și un tabel plat, bidimensional, nu arată cu adevărat modul în care rândurile se conectează între ele. Pe măsură ce ajungeți la sfârșitul unui rând, Scerri spune: „aveți senzația că cădeți.”
Roy Alexander a lucrat ca constructor de expoziții. Nu i-a plăcut modul în care rândurile mesei turnului gemene s-au încheiat brusc. Așa că în 1965 a tăiat o diagramă tradițională a tabelului periodic în benzi. Apoi le-a pus la loc, creând o versiune 3-D.
ani mai târziu, a aflat că fizicianul George Gamow a construit o masă aproape identică în anii 1940. Își amintește Alexander: „a fost uimitor cât de identic arăta desenul meu de brevet.”
ținând cont de perioadele din ce în ce mai mari
când B. C. Guyer de Chancourtois și-a creat pentru prima dată tabelul periodic, multe dintre cele mai mari elemente nu fuseseră încă descoperite. Pe măsură ce elementele devin mai mari, trăsăturile comune se repetă mai rar. În cele din urmă, rândurile mai lungi cu elementele de lantanidă și actinidă au făcut ca graficul tradițional să fie penibil de larg.
un tabel 3-D poate încorpora aceste rânduri mai lungi făcând pur și simplu spirala mai largă. Chimistul Canadian Fernando Dufour a proiectat ElemenTree pentru a ilustra acest lucru (vezi foto). El a făcut fiecare perioadă ca un strat hexagonal care deținea toate elementele care ar apărea de obicei într-un singur rând pe graficul turnului twin. Elemente similare încă se aliniază vertical.
dar o masă în formă de copac nu este singurul răspuns 3d. În anii 1950, profesoara de chimie Jennie Clauson s-a bazat pe un cilindru pentru masa ei. Dar, în loc de bombat elemente suplimentare, ea a ascuns unele dintre ele spre centru.
o altă problemă cu masa turnurilor gemene este unde să punem hidrogen și heliu. Hidrogenul acționează uneori mai mult ca un metal, de exemplu. Își va vărsa electronul și va atrage ioni încărcați negativ. Alteori acționează ca un nemetal și apucă un electron suplimentar și devine încărcat negativ. Apoi acționează mai mult ca un fluor sau clor și bureți ioni pozitivi.
pentru a explica acest lucru, chimistul Theodor Benfey a creat o masă spirală plată în anii 1960. a pus hidrogen și heliu în mijlocul unui cerc albastru mare. Fiecare dintre cele trei spițe exterioare din cerc reprezintă un grup de elemente similare. Pentru a include elementele mai mari și ciclurile periodice în creștere, el a adăugat terase care se umflă din cerc. Acestea includ metalele de tranziție, lantanidele și actinidele.
o masă plată ca turnurile gemene este convenabilă pentru agățarea pe un perete sau imprimarea într-o carte. Cu toate acestea, Leach adaugă: „nu există niciun motiv pentru care tabelul periodic nu este tridimensional.”
distracție și jocuri?
una dintre cele mai recente adăugiri la Biblioteca în creștere a tabelelor periodice provine de la Societatea Europeană de chimie sau ECS. Cu sediul la Bruxelles, Belgia, ECS își propune să atragă atenția asupra deficitului relativ al multor elemente importante. Observă că 30 de elemente intră în realizarea unui telefon mobil tipic. Și multe dintre aceste elemente nu sunt disponibile pe scară largă.
„e trebuie să ne uităm cu atenție la tendințele noastre de a risipi și de a recicla în mod necorespunzător astfel de articole”, argumentează ECS. „Dacă nu sunt furnizate soluții, riscăm să vedem că multe dintre elementele naturale care alcătuiesc lumea din jurul nostru se epuizează — fie din cauza aprovizionării limitate, a amplasării lor în zone de conflict sau a incapacității noastre de a le recicla pe deplin.”
ECS recunoaște că acest nou tabel este ” provocator.”Și asta nu este un accident. Ea vrea ca oamenii să înțeleagă valoarea în a nu pierde ” elemente pe cale de dispariție.”Toată lumea, spune ea, trebuie „să se întrebe dacă upgrade-urile la telefoanele noastre și la alte dispozitive electronice sunt cu adevărat necesare.”Și când electronica noastră moare, spune:” trebuie să ne asigurăm că reciclăm”, astfel încât elementele relativ rare ” să nu ajungă în depozitele de deșeuri sau să polueze mediul.”
pentru a explora modul în care oamenii folosesc elemente, ECS a dezvoltat un joc video online gratuit: Escapade elementare.
există o mulțime de spațiu pentru mai multe tabele periodice noi, spune Leach la Manchester. De fapt, el a făcut un hobby de a colecta altele noi și de a le posta online. El este mereu în căutarea pentru cele vechi, de asemenea. „Probabil că primesc unul nou în fiecare săptămână”, spune el.
Scerri i-a făcut și pe studenți să dezvolte altele noi. „Fiecare”, spune el, ” are o mică virtute proprie.”