Все таблицы по химии: Формы периодической таблицы

Формы периодической таблицы

Наиболее распространёнными являются 3 формы таблицы Менделеева: «короткая»,  «длинная», «сверхдлинная».

В «короткой» форме записи четвертый и последующие периоды занимают по 2 строчки.

В «длинном» варианте лантаноиды и актиноиды вынесены из общей таблицы, делая её более компактной. В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает  одну строчку.

В качестве основного варианта IUPAC утвердил длинный вариант Периодической таблицы. Короткая форма таблицы, содержащая восемь групп элементов,  официально отменена ИЮПАК еще в 1989 г.

Нильсом Бором разработана лестничная (пирамидальная) форма периодической системы.

Существует несколько сотен вариантов, редко или вовсе не используемых, но весьма оригинальных, способов графического или табличного отображения Периодического закона,  при этом учёные предлагают всё новые варианты.

Познакомиться с разнообразием Периодических таблиц химических элементов, собранных со всего мира, можно на выставке, посвященной открытию Международного года Периодической таблицы, проводимой под эгидой ЮНЕСКО и Правительства Российской Федерации, при поддержке Российской Академии Наук, Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева. 

Всего предложено несколько сотен вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и т. п.).

Самая большая Периодическая таблица была установлена на стенах химического факультета в Университете Мурсии в Испании. В общей сложности она занимает в общей сложности  150 м². Она состоит из 118 металлических квадратов размером 75×75 см. В неё включены все известные химические элементы, каждый из которых занимает отдельный квадрат.

В 2006 г. в Чикаго (США) временно была организована восьмиэтажная периодическая таблица выполненная с помощью плакатов.

Памятник Менделееву перед химическим факультетом Словацкого технологического университета в Братиславе:

В 2003 году студенты университета Уэйк Форест спроектировали стол и скамью для пикника в форме таблицы Менделеева.

На стене ВНИИ метрологии имени Д.И. Менделева в Санкт-Петербурге размещено мозаичное панно – Периодическая таблица химических элементов. В 1932 году рядом со зданием был установлен памятник великому русскому химику.

история открытия, интересные факты и байки – Москва 24, 24.10.2012

Фото: ИТАР-ТАСС

Открытие таблицы периодических химических элементов стало одной из важных вех в истории развития химии как науки. Первооткрывателем таблицы стал российский ученый Дмитрий Менделеев. Неординарный ученый с широчайшим научным кругозором сумел объединить все представления о природе химических элементов в единую стройную концепцию.

Об истории открытия таблицы периодических элементов, интересных фактах, связанных с открытием новых элементов, и народных байках, которые окружали Менделеева и созданную им таблицу химических элементов, М24. RU расскажет в этой статье.

История открытия таблицы

К середине XIX века было открыто 63 химических элемента, и ученые всего мира не раз предпринимали попытки объединить все существовавшие элементы в единую концепцию. Элементы предлагали разместить в порядке возрастания атомной массы и разбить на группы по сходству химических свойств.

В 1863 году свою теорию предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюленд, который предложил схему размещения химических элементов, схожую с той, что открыл Менделеев, но работа ученого не была принята всерьез научным сообществом из-за того, что автор увлекся поисками гармонии и связью музыки с химией.

В 1869 году Менделеев опубликовал свою схему периодической таблицы в журнале Русского химического общества и разослал извещение об открытии ведущим ученым мира. В дальнейшем химик не раз дорабатывал и улучшал схему, пока она не приобрела привычный вид.

Суть открытия Менделеева в том, что с ростом атомной массы химические свойства элементов меняются не монотонно, а периодически. После определенного количества разных по свойствам элементов, свойства начинают повторяться. Так, калий похож на натрий, фтор — на хлор, а золото схоже с серебром и медью.

В 1871 году Менделеев окончательно объединил идеи в периодический закон. Ученые предсказал открытие нескольких новых химических элементов и описал их химические свойства. В дальнейшем расчеты химика полностью подтвердились — галлий, скандий и германий полностью соответствовали тем свойствам, которые им приписал Менделеев.

Байки о Менделееве

Гравюра, на которой изображен Менделеев. Фото: ИТАР-ТАСС

Об известном ученом и его открытиях ходило немало баек. Люди в то время слабо представляли себе химию и считали, что занятия химией — это что-то вроде поедания супа из младенцев и воровства в промышленных масштабах. Поэтому деятельность Менделеева быстро обросла массой слухов и легенд.

Одна из легенд гласит, что Менделеев открыл таблицу химических элементов во сне. Случай не единственный, точно также говорил о своем открытии Август Кекуле, которому приснилась формула бензольного кольца. Однако Менделеев только смеялся над критиками. «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы говорите: сидел и вдруг … готово!», — как-то сказал ученый о своем открытии.

Другая байка приписывает Менделееву открытие водки. В 1865 году великий ученый защитил диссертацию на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою», и это сразу дало повод для новой легенды. Современники химика посмеивались, мол ученый «неплохо творит под действием спирта, соединенного с водой», а следующие поколения уже называли Менделеева первооткрывателем водки.

Посмеивались и над образом жизни ученого, а особенно над тем, что Менделеев оборудовал свою лабораторию в дупле огромного дуба.

Также современники подтрунивали над страстью Менделеева к чемоданам. Ученый в пору своего невольного бездействия в Симферополе вынужден был коротать время за плетением чемоданов. В дальнейшем он самостоятельно мастерил для нужд лаборатории картонные контейнеры. Несмотря на явно «любительский» характер этого увлечения, Менделеева часто называли «чемоданных дел мастером».

Открытие радия

Одна из наиболее трагичных и в то же время известных страниц в истории химии и появления новых элементов в таблице Менделеева связана с открытием радия. Новый химический элемент был открыт супругами Марией и Пьером Кюри, которые обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды, более радиоактивны, чем чистый уран.

Поскольку о том, что такое радиоактивность, тогда еще никто не знал, то новому элементу молва быстро приписала целебные свойства и способность излечивать чуть ли не от всех известных науке болезней. Радий включили в состав пищевых продуктов, зубной пасты, кремов для лица. Богачи носили часы, циферблат которых был окрашен краской, содержащей радий. Радиоактивный элемент рекомендовали как средство для улучшения потенции и снятия стресса.

Подобное «производство» продолжалось целых двадцать лет — до 30-х годов двадцатого века, когда ученые открыли истинные свойства радиоактивности и выяснили насколько губительно влияние радиации на человеческий организм.

Мария Кюри умерла в 1934 году от лучевой болезни, вызванной долговременным воздействием радия на организм.

Небулий и короний

Фото: ИТАР-ТАСС

Таблица Менделеева не только упорядочила химические элементы в единую стройную систему, но и позволила предсказать многие открытия новых элементов. В то же время некоторые химические «элементы» были признаны несуществующими на основании того, что они не укладывались в концепцию периодического закона. Наиболее известна история с «открытием» новых элементов небулия и корония.

При исследовании солнечной атмосферы астрономы обнаружили спектральные линии, которые им не удалось отождествить ни с одним из известных на земле химических элементов. Ученые предположили, что эти линии принадлежат новому элементу, который получил название короний (потому что линии были обнаружены при исследовании «короны» Солнца — внешнего слоя атмосферы звезды).

Спустя несколько лет астрономы сделали еще одно открытие, изучая спектры газовых туманностей. Обнаруженные линии, которые снова не удалось отождествить ни с чем земным, приписали другому химическому элементу — небулию.

Открытия подверглись критике, поскольку в периодической таблице Менделеева уже не оставалось места для элементов, обладающих свойствами небулия и корония. После проверки обнаружилось, что небулий является обычным земным кислородом, а короний — сильно ионизированное железо.

Отметим, что сегодня в московском Центральном доме ученых РАН торжественно присвоят имена двум химическим элементам, открытым учеными из подмосковной Дубны.

Материал создан на основе информации из открытых источников. Подготовил Василий Макагонов @vmakagonov

Таблица Менделеева для чайников – HIMI4KA

У нас вышел новый курс, где всё объясняется ещё проще. Подробннее по ссылке

Еще в школе, сидя на уроках химии, все мы помним таблицу на стене класса или химической лаборатории. Эта таблица содержала классификацию всех известных человечеству химических элементов, тех фундаментальных компонентов, из которых состоит Земля и вся Вселенная. Тогда мы и подумать не могли, что таблица Менделеева бесспорно является одним из величайших научных открытий, который является фундаментом нашего современного знания о химии.

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

На первый взгляд, ее идея выглядит обманчиво просто: организовать химические элементы в порядке возрастания веса их атомов. Причем в большинстве случаев оказывается, что химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим ему в таблице элементом. Эта закономерность проявляется для всех элементов, кроме нескольких самых первых, просто потому что они не имеют перед собой элементов, сходных с ними по атомному весу. Именно благодаря открытию такого свойства мы можем поместить линейную последовательность элементов в таблицу, очень напоминающую настенный календарь, и таким образом объединить огромное количество видов химических элементов в четкой и связной форме. Разумеется, сегодня мы пользуемся понятием атомного числа (количества протонов) для того, чтобы упорядочить систему элементов. Это помогло решить так называемую техническую проблему «пары перестановок», однако не привело к кардинальному изменению вида периодической таблицы.

В периодической таблице Менделеева все элементы упорядочены с учетом их атомного числа, электронной конфигурации и повторяющихся химических свойств. Ряды в таблице называются периодами, а столбцы группами. В первой таблице, датируемой 1869 годом, содержалось всего 60 элементов, теперь же таблицу пришлось увеличить, чтобы поместить 118 элементов, известных нам сегодня.

Периодическая система Менделеева систематизирует не только элементы, но и самые разнообразные их свойства. Химику часто бывает достаточно иметь перед глазами Периодическую таблицу для того, чтобы правильно ответить на множество вопросов (не только экзаменационных, но и научных).

The YouTube ID of 1M7iKKVnPJE is invalid.

Периодический закон

Существуют две формулировки периодического закона химических элементов: классическая и современная.

Классическая, в изложении его первооткрывателя Д.И. Менделеева: свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.

Современная: свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).

Графическим изображением периодического закона является периодическая система элементов, которая представляет собой естественную классификацию химических элементов, основанную на закономерных изменениях свойств элементов от зарядов их атомов. Наиболее распространёнными изображениями периодической системы элементов Д.И. Менделеева являются короткая и длинная формы.

Группы и периоды Периодической системы

Группами называют вертикальные ряды в периодической системе. В группах элементы объединены по признаку высшей степени окисления в оксидах. Каждая группа состоит из главной и побочной подгрупп. Главные подгруппы включают в себя элементы малых периодов и одинаковые с ним по свойствам элементы больших периодов. Побочные подгруппы состоят только из элементов больших периодов. Химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров. В периодической системе имеются семь периодов: первый, второй и третий периоды называют малыми, в них содержится соответственно 2, 8 и 8 элементов; остальные периоды называют большими: в четвёртом и пятом периодах расположены по 18 элементов, в шестом — 32, а в седьмом (пока незавершенном) — 31 элемент. Каждый период, кроме первого, начинается щелочным металлом, а заканчивается благородным газом.

Физический смысл порядкового номера химического элемента: число протонов в атомном ядре и число электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, равны порядковому номеру элемента.

Свойства таблицы Менделеева

Напомним, что группами называют вертикальные ряды в периодической системе и химические свойства элементов главных и побочных подгрупп значительно различаются.

Свойства элементов в подгруппах закономерно изменяются сверху вниз:

• усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические;
• возрастает атомный радиус;
• возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот;
• электроотрицательность падает.

Все элементы, кроме гелия, неона и аргона, образуют кислородные соединения, существует всего восемь форм кислородных соединений. В периодической системе их часто изображают общими формулами, расположенными под каждой группой в порядке возрастания степени окисления элементов: R₂O, RO, R₂O₃, RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇, RO₄, где символом R обозначают элемент данной группы. Формулы высших оксидов относятся ко всем элементам группы, кроме исключительных случаев, когда элементы не проявляют степени окисления, равной номеру группы (например, фтор).

Оксиды состава R₂O проявляют сильные основные свойства, причём их основность возрастает с увеличением порядкового номера, оксиды состава RO (за исключением BeO) проявляют основные свойства. Оксиды состава RO₂, R₂O₅, RO₃, R₂O₇ проявляют кислотные свойства, причём их кислотность возрастает с увеличением порядкового номера.

Элементы главных подгрупп, начиная с IV группы, образуют газообразные водородные соединения. Существуют четыре формы таких соединений. Их располагают под элементами главных подгрупп и изображают общими формулами в последовательности RH₄, RH₃, RH₂, RH.

Соединения RH₄ имеют нейтральный характер; RH₃ — слабоосновный; RH₂ — слабокислый; RH — сильнокислый характер.

Напомним, что периодом называют горизонтальный ряд элементов, расположенных в порядке возрастания порядковых (атомных) номеров.

В пределах периода с увеличением порядкового номера элемента:

• электроотрицательность возрастает;
• металлические свойства убывают, неметаллические возрастают;
• атомный радиус падает.

Элементы таблицы Менделеева

Щелочные и щелочноземельные элементы

К ним относятся элементы из первой и второй группы периодической таблицы. Щелочные металлы из первой группы — мягкие металлы, серебристого цвета, хорошо режутся ножом. Все они обладают одним-единственным электроном на внешней оболочке и прекрасно вступают в реакцию. Щелочноземельные металлы из второй группы также имеют серебристый оттенок. На внешнем уровне помещено по два электрона, и, соответственно, эти металлы менее охотно взаимодействуют с другими элементами. По сравнению со щелочными металлами, щелочноземельные металлы плавятся и кипят при более высоких температурах.

Показать / Скрыть текст

Щелочные металлы	Щелочноземельные металлы
Литий Li 3	Бериллий Be 4
Натрий Na 11	Магний Mg 12
Калий K 19	Кальций Ca 20
Рубидий Rb 37	Стронций Sr 38
Цезий Cs 55	Барий Ba 56
Франций Fr 87	Радий Ra 88

Лантаниды (редкоземельные элементы) и актиниды

Лантаниды — это группа элементов, изначально обнаруженных в редко встречающихся минералах; отсюда их название «редкоземельные» элементы. Впоследствии выяснилось, что данные элементы не столь редки, как думали вначале, и поэтому редкоземельным элементам было присвоено название лантаниды. Лантаниды и актиниды занимают два блока, которые расположены под основной таблицей элементов. Обе группы включают в себя металлы; все лантаниды (за исключением прометия) нерадиоактивны; актиниды, напротив, радиоактивны.

Показать / Скрыть текст

Лантаниды	Актиниды
Лантан La 57	Актиний Ac 89
Церий Ce 58	Торий Th 90
Празеодимий Pr 59	Протактиний Pa 91
Неодимий Nd 60	Уран U 92
Прометий Pm 61	Нептуний Np 93
Самарий Sm 62	Плутоний Pu 94
Европий Eu 63	Америций Am 95
Гадолиний Gd 64	Кюрий Cm 96
Тербий Tb 65	Берклий Bk 97
Диспрозий Dy 66	Калифорний Cf 98
Гольмий Ho 67	Эйнштейний Es 99
Эрбий Er 68	Фермий Fm 100
Тулий Tm 69	Менделевий Md 101
Иттербий Yb 70	Нобелий No 102

Галогены и благородные газы

Галогены и благородные газы объединены в группы 17 и 18 периодической таблицы.  Галогены представляют собой неметаллические элементы, все они имеют семь электронов во внешней оболочке. В благородных газахвсе электроны находятся во внешней оболочке, таким образом с трудом участвуют в образовании соединений. Эти газы называют «благородными, потому что они редко вступают в реакцию с прочими элементами; т. е. ссылаются на представителей благородной касты, которые традиционно сторонились других людей в обществе.

Показать / Скрыть текст

Галогены	Благородные газы
Фтор F 9	Гелий He 2
Хлор Cl 17	Неон Ne 10
Бром Br 35	Аргон Ar 18
Йод I 53	Криптон Kr 36
Астат At 85	Ксенон Xe 54
—	Радон Rn 86

Переходные металлы

Переходные металлы занимают группы 3—12 в периодической таблице. Большинство из них плотные, твердые, с хорошей электро- и теплопроводностью. Их валентные электроны (при помощи которых они соединяются с другими элементами) находятся в нескольких электронных оболочках.

Показать / Скрыть текст

Переходные металлы

Скандий Sc 21

Титан Ti 22

Ванадий V 23

Хром Cr 24

Марганец Mn 25

Железо Fe 26

Кобальт Co 27

Никель Ni 28

Медь Cu 29

Цинк Zn 30

Иттрий Y 39

Цирконий Zr 40

Ниобий Nb 41

Молибден Mo 42

Технеций Tc 43

Рутений Ru 44

Родий Rh 45

Палладий Pd 46

Серебро Ag 47

Кадмий Cd 48

Лютеций Lu 71

Гафний Hf 72

Тантал Ta 73

Вольфрам W 74

Рений Re 75

Осмий Os 76

Иридий Ir 77

Платина Pt 78

Золото Au 79

Ртуть Hg 80

Лоуренсий Lr 103

Резерфордий Rf 104

Дубний Db 105

Сиборгий Sg 106

Борий Bh 107

Хассий Hs 108

Мейтнерий Mt 109

Дармштадтий Ds 110

Рентгений Rg 111

Коперниций Cn 112

Металлоиды

Металлоиды занимают группы 13—16 периодической таблицы. Такие металлоиды, как бор, германий и кремний, являются полупроводниками и используются для изготовления компьютерных чипов и плат.

Показать / Скрыть текст

Металлоиды

Бор B 5

Кремний Si 14

Германий Ge 32

Мышьяк As 33

Сурьма Sb 51

Теллур Te 52

Полоний Po 84

Постпереходными металлами

Элементы, называемые постпереходными металлами, относятся к группам 13—15 периодической таблицы. В отличие от металлов, они не имеют блеска, а имеют матовую окраску. В сравнении с переходными металлами постпереходные металлы более мягкие, имеют более низкую температуру плавления и кипения, более высокую электроотрицательность. Их валентные электроны, с помощью которых они присоединяют другие элементы, располагаются только на внешней электронной оболочке. Элементы группы постпереходных металлов имеют гораздо более высокую температуру кипения, чем металлоиды.

Показать / Скрыть текст

Постпереходные металлы

Алюминий Al 13

Галлий Ga 31

Индий In 49

Олово Sn 50

Таллий Tl 81

Свинец Pb 82

Висмут Bi 83

Неметаллы

Из всех элементов, классифицируемых как неметаллы, водород относится к 1-й группе периодической таблицы, а остальные — к группам 13—18. Неметаллы не являются хорошими проводниками тепла и электричества. Обычно при комнатной температуре они пребывают в газообразном (водород или кислород) или твердом состоянии (углерод).

Показать / Скрыть текст

Неметаллы

Водород H 1

Углерод C 6

Азот N 7

Кислород O 8

Фосфор P 15

Сера S 16

Селен Se 34

Флеровий Fl 114

Унунсептий Uus 117

А теперь закрепите полученные знания, посмотрев видео про таблицу Менделеева и не только.

Отлично, первый шаг на пути к знаниям сделан. Теперь вы более-менее ориентируетесь в таблице Менделеева и это вам очень даже пригодится, ведь Периодическая система Менделеева является фундаментом, на котором стоит эта удивительная наука.

предшественники, последователи, а также сны и иные мистические события

На состоявшемся недавно торжественном открытии Года Периодической таблицы элементов Президент Российской академии наук Александр Сергеев отметил: «Несмотря на то, что в мире Периодическую таблицу не принято называть по имени российского ученого, в речи генерального секретаря ЮНЕСКО было четко сказано, что это – таблица Менделеева». Для присутствовавшего на торжестве премьер-министра РФ Дмитрия Медведева информация о замалчивании за рубежом имени Менделеева как создателя Периодической таблицы оказалась неожиданной. «Мне и в голову не приходило, что в мире Периодическая система не носит имени Менделеева», – сказал премьер и предложил решить этот вопрос: «У нас не слишком много таких достижений и обязательно нужно постараться это все зафиксировать».

А все-таки, почему на Западе некоторые ученые (а также журналисты и политики, разумеется!) не связывают с именем Менделеева Периодическую таблицу и отчего даже в знаменательный год ее 150-летия то и дело всплывают другие даты открытия основополагающего химического закона?

Первооткрыватели или предшественники?

Во многих странах Европы, в Соединенных Штатах Америки и в Канаде систему Менделеева чаще всего называют просто «Периодическая таблица», а ее автора и вовсе не упоминают. В этих государствах официально не признают тот факт, что данное открытие первым сделал именно русский ученый. Одни уверены в том, что до Менделеева это совершали и другие химики. Вторые утверждают, что русский ученый создал свою систему на основе предыдущих изысканий зарубежных исследователей.

Так ведь и Дмитрий Иванович всегда утверждал, что его Периодическая система – плод 20-летних раздумий и изысканий с опорой на многочисленные труды исследователей многих стран!

В 1668 г. выдающимся ирландским химиком, физиком и богословом Робертом Бойлем была опубликована книга, в которой было развенчано немало мифов об алхимии и в которой он рассуждал о необходимости поиска неразложимых химических элементов. Ученый также привел их список, состоящий всего из 15 элементов, но допускал мысль о том, что могут быть еще элементы. Это стало отправной точкой не только в поиске новых элементов, но и в их систематизации.

Сто лет спустя французским химиком Антуаном Лавуазье был составлен новый перечень, в который входили уже 35 элементов. 23 из них позже были признаны неразложимыми.

В начале 1864 г. ассистент химика в Королевском сельскохозяйственном обществе Джон Александр Ньюлендс прочел анонимную статью, автор которой утверждал, что атомные веса большинства элементов с большей или меньшей точностью кратны восьми. Мнение анонимного автора было ошибочным, однако Ньюлендс решил продолжить исследования в этой области, составил таблицу, в которой расположил все известные элементы в порядке увеличения их атомных весов. В статье, датированной 20 августа 1864 г., он отметил, что в этом ряду наблюдается периодическое появление химически сходных элементов. Пронумеровав элементы (элементы, имеющие одинаковые веса, имели и один и тот же номер) и сопоставив номера со свойствами элементов, Ньюлендс сделал вывод: «Разность в номерах наименьшего члена группы и следующего за ним равна семи; иначе говоря, восьмой элемент, начиная с данного элемента, является своего рода повторением первого, подобно восьмой ноте октавы в музыке…». Тем самым им впервые была высказана идея о периодичности изменения свойств элементов.

Спустя год, 18 августа 1865 г., Ньюлендс опубликовал новую таблицу элементов, назвав ее «законом октав», который формулировался следующим образом: «Номера аналогичных элементов, как правило, отличаются или на целое число семь, или на кратное семи; другими словами, члены одной и той же группы соотносятся друг с другом в том же отношении, как и крайние точки одной или больше октав в музыке». Публикации Ньюлендса, подобно другим (довольно многочисленным) попыткам нахождения всякого рода закономерностей среди атомных весов элементов, не привлекли особого внимания. 1 марта 1866 г. Ньюлендс сделал доклад «Закон октав и причины химических соотношений среди атомных весов» на заседании Лондонского химического общества, который не вызвал особого интереса. История сохранила лишь ехидное замечание известного химика Джорджа Фостера: не пробовал ли докладчик располагать элементы в порядке начальных букв их названий и не обнаружил ли при этом каких-либо закономерностей? Доклад так и не был напечатан в журнале химического общества. После этой неудачи Ньюлендс не предпринимал попыток дальнейшей разработки своей систематики.

В 1850–1860-х годах другой английский химик, Уильям Одлинг, предпринял несколько попыток систематизировать химические элементы, основываясь на их атомном весе и атомности (валентности). Он составил несколько таблиц элементов. В таблице, предложенной им в 1864 г. (не сопровождавшейся, однако, никакими комментариями), видны, по словам Д.И. Менделеева, «начатки периодического закона».

 

«Земная спираль» (vis tellurique) Александра Шанкуртуа

 

Французы пытаются отдать пальму первенства своему земляку Александру Эмилю Бегуйе де Шанкуртуа. Еще в 1862 г. этот геолог и химик вывел свою систематизацию химических элементов, основанную на закономерном изменении атомных масс – так называемую «земную спираль» (vis tellurique), или «цилиндр Бегуйе». Шанкуртуа нанес на боковую поверхность цилиндра, размеченную на 16 частей, линию под углом 45°, на которой поместил точки, соответствующие атомным массам элементов. Таким образом, элементы, атомные веса которых отличались на 16 или на число, кратное 16, располагались на одной вертикальной линии. При этом точки, отвечающие сходным по свойствам элементам, часто оказываются на одной вертикальной линии.

Систематизация Шанкуртуа явилась существенным шагом вперед по сравнению с существовавшими тогда системами, однако его работа поначалу осталась практически незамеченной. Только после открытия Д.И. Менделеевым Периодического закона французы обратили внимание на работы своего земляка.

В 1864 г. ученый из Германии, Юлиус Лотар Мейер, обнародовал таблицу, содержавшую 28 элементов, размещенные в шесть столбцов согласно их валентностям. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное изменение атомной массы в рядах сходных элементов. В 1870 г. Мейер опубликовал еще одну работу, где были новая таблица и график зависимости атомного объема элемента от атомного веса. Предложенная Мейером в работе «Природа элементов как функция их атомного веса» таблица состояла из девяти вертикальных столбцов, сходные элементы располагались в горизонтальных рядах; некоторые ячейки таблицы Мейер оставил незаполненными.

Интересно, что в 1882 г. и Менделеев, и Мейер получили по Золотой медали «За открытие периодических соотношений атомных весов». Хотя Менделеев утверждал, что немецкий исследователь «не имел в виду периодического закона» и вообще ничего нового в него не привнес.

Таблица, устремленная в будущее

Поиск новых элементов вели ученые по всему миру. К XIX в. наука обогатилась множеством новых знаний о химических элементах, которых к тому времени было открыто больше 60-ти. Именно поэтому и возникла потребность в систематизации этих элементов. Фундаментальный Периодический закон и начальную версию своей периодической системы Менделеев создал еще в 1869 г. Однако ученые умы России, да и всего мира, отнеслись к его открытию с некоторым скепсисом. И кто знает, как все бы обернулось, если бы уже через несколько лет Менделеевские открытия не получили подтверждения.

Гениальность Менделеева заключаестя в том, что он НЕ включил в свою таблицу. Он понимал, что некоторых элементов не хватает, но они будут открыты. Поэтому там, где Далтон, Ньюлендс и другие включили в таблицы то, что было известно, Менделеев оставил место для неизвестного. Еще более удивительно, что он точно предсказал свойства недостающих элементов.

В первоначальной таблице Менделеева рядом с символом Al (алюминий) есть пустая клетка для неизвестного металла. Менделеев предсказал, что у него будет атомная масса 68, плотность 6 г/см³ и очень низкая температура плавления. Шесть лет спустя Поль Эмиль Лекок де Буабодран открыл галлий и, конечно же, вписал его в таблицу прямо в свободную клетку с атомной массой 69,7, плотностью 5,9 г/см³ и температурой плавления настолько низкой, что он становится жидким в руке. Такие же пустые клетки в таблице Менделеев оставил для скандия, германия и технеция (который был открыт лишь в 1937 г., через 30 лет после его смерти).

Легенда о сне Менделеева

Многие слышали историю, что Д.И. Менделееву его таблица приснилась. Эта версия активно распространялась соратником Менделеева А.А. Иностранцевым в качестве забавной истории, которой он развлекал своих студентов. Он говорил, что Дмитрий Иванович лег спать и во сне отчетливо увидел свою таблицу, в которой все химические элементы были расставлены в нужном порядке. После этого студенты даже шутили, что таким же способом была открыта 40°-ная водка. Но реальные предпосылки для истории со сном все же были: как уже упоминалось, Менделеев работал над таблицей без сна и отдыха и Иностранцев однажды застал его уставшим и вымотанным. Днем Менделеев решил немного передохнуть, а некоторое время спустя, резко проснулся, сразу же взял листок бумаги и изобразил на нем уже готовую таблицу. Впоследствии Д.И. Менделеев, якобы, рассказывал своему соратнику: «В течение нескольких недель я спал урывками, пытаясь найти тот магический принцип, который сразу привел бы в порядок всю груду накопленного материала. И вот в одно прекрасное утро, проведя бессонную ночь и отчаявшись найти решение, я, не раздеваясь, прилег на диван в кабинете и заснул. И во сне мне совершенно явственно представилась таблица. Я тут же проснулся и набросал увиденную во сне таблицу на первом же подвернувшемся под руку клочке бумаги».

Однако ни один серьезный исследователь научного творчества Менделеева не утверждал и не доказывал, что ученому во сне привиделась периодическая система химических элементов. Да и Дмитрий Иванович на самом деле никогда этого не утверждал. Более того, сам ученый опровергал историю со сном, говоря: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово». Так что легенда о сне может быть и очень привлекательна, но создание таблицы стало возможным только благодаря упорному труду.

Школьники узнали секреты таблицы Менделеева на Всероссийском открытом уроке по химии

7 февраля прошел Всероссийский открытый урок «Менделеев? Элементарно!». Мероприятие, организованное Министерством просвещения РФ совместно с порталом «ПроеКТОриЯ», было посвящено Международному году Периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева.

Во время урока ребята познакомились с человеком-легендой Юрием Оганесяном. В честь Юрия Цолаковича назван 118-ый химический элемент периодической таблицы — оганесон. Научный руководитель лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова Объединенного института ядерных исследований в Дубне объяснил зрителям, как получают новые элементы и отметил значимость открытия Менделеева: «Меня часто спрашивают: „Периодический закон на самом деле такой фундаментальный?“. Да! Природа создавала всё другим способом, мы это делаем в лаборатории тоже другим. Но если это атом, он должен быть сконструирован по вполне определенному закону. Именно по этому знаменитому Периодическому закону, которому сегодня исполняется 150 лет».

Специальным гостем урока стал Григорий Трубников, первый заместитель Министра науки и высшего образования РФ. Он рассказал школьникам, кто такой — современный учёный:

«Это очень разносторонние люди: и в литературе, и в музыке, и в языках. Но самая главная черта, которая движет ученым — быть первым там, где никто никогда не был». И пригласил ребят в науку, потому что мы знаем об окружающем мире лишь 4% тайн природы.

Вице-президент Российского химического общества им. Д.И. Менделеева Юлия Горбунова рассказала школьникам, в чем уникальность таблицы Менделеева и как химия изменилась за 150 лет:

«Гениальность заключается в том, что Дмитрий Иванович не просто объединил их по сходству свойств, а ещё и предсказал появление новых элементов. И на сегодняшний день 118 элементов располагаются по той самой структуре, которую придумал Менделеев».

Спикеры уделили внимание и самой сложной биохимической лаборатории — человеку. Степан Калмыков, декан химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова поделился с аудиторией «формулами» любви, рассказал, какие вещества отвечают за наши эмоции, и развеял миф о том, что хорошее образование можно получить только в столице.

«У нас появилось много хороших университетов не только в Москве и Санкт-Петербурге. Качественное образование вы можете получить далеко за их пределами — в Тюмени, Новосибирске, Красноярске, Томске», — добавил Степан Николаевич.

О новых материалах в современном протезировании рассказал научный сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» Фёдор Сенатов. Школьники из Тобольска поинтересовались, можно ли печатать элементы костной ткани на 3D-принтере и как быстро эта технология распространится по стране.

«Аддитивные технологии огромными шагами двигаются по всей России. Хорошие 3D-принтеры, способные напечатать костную ткань, есть во многих городах. Просто у каждого своя задача: можно печатать металлами, а можно — целыми клетками. Эти технологии есть, они активно развиваются, и это наше будущее», — ответил Фёдор.

Прямая трансляция урока была организована на портале «ПроеКТОриЯ» и в группах проекта в социальных сетях ВКонтакте и Одноклассники. К эфиру из Центра прототипирования высокой сложности «Кинетика» НИТУ «МИСиС» в режиме телемоста подключились ребята из Тобольска (родина Д.И.Менделеева), Чебоксар, Новокузнецка и Тюмени. Видеосвязь с точками подключения обеспечила компания «Ростелеком».

В конце урока модератор, известный теле—, радиоведущий Антон Комолов предложил педагогам и школьникам стать соавторами следующих открытых уроков и записать видео для рубрик «Просто о сложном» и «Поставь вопросом в тупик». А также объявил старт опроса «Кто из известных людей увлекался химией?». Правильные ответы зрители смогут узнать в группах «ПроеКТОрии» в социальных сетях.

Следующий Всероссийский открытый урок состоится 21 февраля в 13:00 (мск) и будет посвящен градостроению и умным городам.

Периодическая таблица через 150 лет

Ю. Ц. Оганесян

По материалам доклада на Научной сессии Общего собрания членов РАН, посвященной закрытию Международного года Периодической таблицы 14 ноября 2019 г. В варианте статьи журнала «Вестник Российской академии наук» № 4 2020 г.

К началу 2019 г., провозглашенного ООН и ЮНЕСКО Международным годом Периодической таблицы химических элементов, 7-й период таблицы был уже заполнен новыми, самыми тяжелыми элементами. Согласно предсказаниям теории, изотопы сверхтяжелых элементов, обладающие повышенной стабильностью, образуют на карте нуклидов большую зону в виде острова с вершиной, расположенной вблизи «магических» чисел протонов Z=114 и нейтронов N=184. Новые элементы с атомными номерами от 114 до 118 были синтезированы в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне в 2000–2012 гг. в реакциях слияния ядер мишени – тяжёлых изотопов актиноидов (Z = 94–98) – с бомбардирующими ионами кальция-48. Из полученных экспериментальных результатов следует, что могут существовать ядра/элементы с атомными номерами более 118 и массами более 300 а.е.м. Для исследования ядерной и электронной структур новых элементов, а также их химических свойств, равно как и синтеза элементов начала 8-го периода Периодической таблицы, в Дубне создан новый экспериментальный комплекс Фабрика сверхтяжелых элементов (Фабрика СТЭ), где уже состоялся пуск нового ускорителя DC-280 и в ближайшее время начнутся эксперименты. Вводная и заключительная части моего выступления на Научной сессии Общего собрания членов РАН относились к открытию периодического закона, опубликованного Д.И. Менделеевым 150 лет назад. Действие этого закона в свойствах тяжелейших элементов представляет и сегодня одну из актуальных и интересных задач естествознания.

Ключевые слова: Периодическая таблица Д.И. Менделеева, сверхтяжёлые элементы, “остров” стабильности, Фабрика сверхтяжёлых элементов, спонтанное деление.

ПРОЛОГ

Предание гласит, что всё началось с письма, которое сэр Мартин Поляков, профессор Ноттингемского университета (Великобритания) и иностранный член РАН, направил 28 июля 2016 г. президенту Международного союза чистой и прикладной химии (ИЮПАК) члену-корреспонденту РАН Наталии Павловне Тарасовой:

«Уважаемая Наталия,
надеюсь, что Вы в порядке.
Как я понимаю, 2019 год станет 150-й годовщиной публикации Менделеевым Периодической таблицы. Было бы интересно знать, можно ли поднять вопрос о том, чтобы объявить 2019 год Международным годом Периодической таблицы. Чувствую, что это предложение может получить большую поддержку. Как Вы думаете?
С наилучшими пожеланиями,
Мартин Поляков»

Н. П. Тарасова поставила этот вопрос на заседании Исполнительного комитета ИЮПАК, который, как ей показалось, со здоровым скептицизмом поддержал идею Международного года Периодической таблицы и предложил России воплотить её в жизнь через ЮНЕСКО. Начиная с этого момента, вся деятельность по данному вопросу, проводимая Международным союзом чистой и прикладной химии в течение 18 месяцев, легла на плечи президента ИЮПАК и её коллег.

Российская академия наук и российские химики с большим воодушевлением взялись за дело: написали обращение Менделеевского съезда (2016) и Российского химического общества к мировой научной общественности, президент РАН академик В.Е. Фортов направил письмо министру иностранных дел России С.В. Лаврову, РАН обратилась в ИЮПАК, Н.П. Тарасова написала письмо Генеральному директору ЮНЕСКО и пр. К этому времени подошло другое событие, непосредственно связанное с Периодической таблицей химических элементов. После включения в 2012 г. в таблицу 114-го и 116-го элементов ИЮПАК принял название и утвердил символы ещё четырех химических элементов, в их числе двух самых тяжёлых. Это случилось 28 ноября 2016 г. Все четыре элемента со своими названиями и символами заполнили и замкнули 7-й период Периодической таблицы Д.И. Менделеева. На инаугурации новых химических элементов, состоявшейся 2 марта 2017 г. в Доме учёных РАН, три директора сотрудничающих лабораторий – академик РАН Виктор Матвеев (ОИЯИ, Дубна, Россия), профессор Томас Мейсон (Ок-Риджская национальная Лаборатория, Oк-Ридж, США) и профессор Вильям Гольдштейн (Ливерморская национальная лаборатория, Ливермор, США) – направили совместное письмо в ЮНЕСКО в поддержку юбилейного года Периодической таблицы. И это далеко не полный перечень шагов, предпринятых научным сообществом в преддверии 2018 г.

А 20 декабря 2017 г. с интересной и необычной формулировкой – “признавая важность глобального расширения знаний о том, как химия способствует устойчивому развитию в области энергетики, образования, сельского хозяйства и здоровья,” – Генеральная Ассамблея ООН, затем и ЮНЕСКО провозгласили 2019-й Международным годом Периодической таблицы химических элементов – IYPT-2019.

НОВЫЕ ОБИТАТЕЛИ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЫ

В 1928 г. Георгий Антонович Гамов, наш соотечественник, выпускник Ленинградского государственного университета, уже известный к тому времени советский физик, предложил первую теоретическую модель атомного ядра в виде капли заряженной жидкости с плотностью, на 15 порядков превышающей плотность воды [1]. В новой науке, ядерной физике, этой работе суждено было сыграть большую роль. На основе капельной модели ядра Гамов создал теорию альфа-распада (1928) [2], Карл Фридрих фон Вайцзеккер предложил свою знаменитую формулу для расчёта энергии связи ядер (1935) [3], а Нильс Бор и Джон А. Уилер создали теорию ядерного деления (1939) [4]^*.

Согласно Бору и Уилеру, тяжёлое ядро предохраняет от разделения на две части потенциальный барьер. Высота барьера деления ядра урана составляет 6 МэВ. Поэтому если в ядро внести энергию более чем 6 МэВ (например, энергию захвата ядром нейтрона), оно моментально разделится на две части. В этом процессе выделяется энергия около 200 МэВ, что используется в атомных электростанциях. Однако ядро урана может разделиться самопроизвольно (спонтанно) без вноса в ядро дополнительной энергии. Для этого, как было впервые измерено Г.Н. Флёровым и К.А. Петржаком (1940) [6], потребуется огромное время: 10¹⁶ лет! По мере удаления от урана в область более тяжелых ядер, высота барьера деления быстро уменьшается, что приводит к резкому увеличению вероятности спонтанного деления. При исчезновении барьера деления ядро будет испытывать спонтанное деление за время около 10^-19 с. В теории Бора и Уилера подобная критическая ситуация наступает при подходе к элементам с атомным номером 100. По сути, это и есть предел существования ядер.

Ещё 60 лет назад такое макроскопическое, и в этом смысле классическое, описание процесса деления не вызывало сомнений. Особенно после синтеза первых искусственных элементов тяжелее урана, прекрасно подтверждающих капельную теорию деления: от урана (Z = 92) до калифорния (Z = 98) период полураспада относительно спонтанного деления уменьшился в 10¹⁴ раз [7]! Сомнения в прогнозах капельной модели деления возникли позже, после открытия в Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флёрова ОИЯИ спонтанно-делящихся изомеров (1962) [8]. Оказалось, что внутренняя структура ядра, наблюдаемая в основных состояниях, сохраняется и в сильно деформированных конфигурациях на пути к делению, продолжая играть важную роль в вероятности спонтанного деления тяжёлых ядер. Теперь уже более сложное описание коллективного движения в новой микроскопической теории давало одновременно также и новые предсказания границы масс ядер. Результаты оказались весьма неожиданными. Согласно прогнозам, резкое падение стабильности трансурановых нуклидов относительно спонтанного деления должно смениться резким подъёмом в области сверхтяжёлых элементов при подходе к “магическим” ядрам с числом протонов Z = 114 и нейтронов N = 184. Эти нуклиды, обладающие большим избытком нейтронов, более связаны. Они отделены от известной области ядер. Их достаточно много. На карте ядер они представляют собой подобие некого “острова” весьма тяжёлых (сверхтяжёлых) элементов, у которых могут быть очень долгоживущие изотопы. В научных статьях и докладах начала 1970-х годов можно найти различные иллюстрации, подобные той, что представлена на рис. 1.

Рис. 1. Периоды полураспада ядер с Z ≥ 96 относительно спонтанного деления. Черные кружки – экспериментальные значения для актиноидов и изотопов 104 элемента. Открытые кружки – один из вариантов предсказаний для ядер c Z ≥ 106 и N ≥ 150. С правой стороны: периоды спонтанного деления изотопов 114-го элемента, рассчитанные в макро – микроскопической модели ядра.

Многие лаборатории мира буквально ринулись на поиски этих долгоживущих тяжеловесов. Но, к сожалению, все экстенсивные попытки найти их в природе, космических лучах и даже путём искусственного синтеза сверхтяжёлых элементов, предпринятые в течение 15 лет (1970–1985), не дали результатов. Оставляя пока вопрос о вероятности образования ядер с массой около 300 в процессах природного ядерного синтеза, отметим, что время жизни сверхтяжёлых долгожителей заметно меньше возраста Солнечной системы (4. 5∙10⁹ лет) и они не дожили до наших дней. Что же касается искусственного синтеза, то все методы синтеза двадцати известных к тому времени искусственных элементов тяжелее урана, к сожалению, не пригодны для этих целей. Они “не дотягивают” до “острова” стабильности прежде всего из-за дефицита нейтронов в системе сливающихся ядер.

После 1985 г. мы кардинально изменили подход к синтезу сверхтяжёлых элементов. Для того чтобы добраться до “острова” и увидеть резкий подъём стабильности, предсказанный теорией, пришлось существенно усложнить эксперимент. Теперь вместо использования стабильных ядер в качестве материала мишени были выбраны тяжёлые изотопы трансурановых элементов (такие как плутоний-244 или кюрий-248), полученные в высокопоточном ядерном реакторе. Мишени из этих материалов подвергались бомбардировке ускоренными ионами кальция-48, исключительно редкого и дорогого изотопа природного кальция. Содержание кальция-48 в естественной смеси по отношению к основному изотопу кальцию-40 составляет всего 0. 2%. Преимущества этой реакции прямо следуют из сравнения результатов экспериментов по синтезу 113-го элемента Nh, проведённого в RIKEN (Япония) и 114-го элемента Fl – в ОИЯИ (Дубна). Элемент Nh был синтезирован при слиянии ядер висмута-209 и цинка-70 [9]. Составная система после слияния двух атомных ядер содержит 113 протонов и 165 нейтронов. В этой реакции в течение девяти лет были получены три атома 113-го элемента. Элемент Fl (Z = 114), полученный в Дубне в реакции плутоний-244 + кальций-48, имел в составном ядре 114 протонов и 178 нейтронов [10] – на 13 нейтронов больше, чем в предыдущем случае. Эти 13 нейтронов, как следует из дальнейшего, и сыграли решающую роль.

Высадка на берег “острова” в северо-западной его части была действительно впечатляющей. Вероятность образования тяжёлого изотопа 114-го элемента оказалась примерно в 500 раз выше, чем 113-го элемента, полученного в RIKEN. Еще более сильное отличие наблюдалось в свойствах ядер, в частности, во временах жизни, измеряемых обычно периодами полураспада. Повышение числа нейтронов на 8 единиц в ядрах, синтезированных с ионами кальция-48, увеличило их период полураспада примерно в 100 тысяч раз! Оба фактора: рост вероятности образования и стабильности ядер демонстрируют сильный эффект “магической” структуры N = 184, даже несмотря на то, что синтезированный изотоп 114-го элемента содержит всего 175 нейтронов. После первых результатов по исследованию изотопов 114-го и 116-го элементов в реакциях с ионами кальция-48 (2000–2002) последующие эксперименты по синтезу других элементов с атомными номерами 115, 117 и 118 были проведены по той же методике с мишенями из америция-243, берклия-249 и калифорния-249 соответственно [11-13]. За 15 лет работы (около 100 тыс. часов облучения мишеней пучком ионов кальция-48) были синтезированы 52 новых изотопа [14] от 104-го до 118-го элементов (рис. 2, а). На карте нуклидов они простираются до ядер массой 294 а.е.м. (рис. 2, б). Это предельно тяжёлое ядро было получено в виде двух изобар: как чётно-чётный изотоп 118-го элемента с периодом полураспада около 0. 5 миллисекунд и как нечётно-нечётный изотоп 117-го элемента с периодом полураспада около 50 миллисекунд. Оба периода полураспада в ядерном масштабе – огромные времена! Учитывая, что после образования нового ядра за время 10^-14–10^-13 секунды вокруг него выстраивается вся электронная система атома, то подобный вывод можно сделать и о существовании элементов. Из данных экспериментов следует, что мы не дошли до предела масс ядер. Определённо, ядра могут иметь массу более 300 а.е.м., а количество элементов может быть свыше 118.

Рис. 2, а. Таблица Менделеева (площадь 150 м2). на фасаде химического факультета Университета в городе Мурсия (Испания, 2017). В красной рамке показаны элементы, полученные с пучком кальция-48.

Рис. 2, б. Область конца карты нуклидов: показаны изотопы от свинца до элемента 118. Красными квадратами обозначены самые тяжелые ядра: с массой 252 а.е.м. (No, 1962) и 294 а.е.м. (Og, 2004), полученные впервые в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Желтым цветом показана область ядер, полученных в реакциях с использованием мишеней из свинца и висмута. Розовое поле – область ядер синтезированных в реакциях с пучком ионов кальция-48. Фон – карта потенциальной энергии ядер в зависимости от содержания протонов и нейтронов, полученная в расчетах макро-микроскопической модели. Цифры и цвет указывают амплитуду структурной поправки (в МэВ) к жидко-капельной энергии ядра.

Заключая краткий экскурс в мир сверхтяжёлых, можно отметить, что уйдя от висмута, последнего стабильного элемента, в область больших масс и зарядов, мы наблюдаем удивительную живучесть атомных ядер. В области предельных кулоновских сил дополнительные связи протонов и нейтронов структурного свойства создают в тяжёлом ядре барьер деления и делают тем самым возможным существование сверхтяжёлых элементов.

Эксперименты проводились в Дубне на ускорителе У400 Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова (ОИЯИ) в сотрудничестве с ВНИИЭФ (Саров, Россия), НИИАР (Димитровград, Россия), а также с Ливерморской и Ок-Риджской национальными лабораториями (США), взявшими на себя труд по наработке мишенного материала и участвовавшими в ряде экспериментов.

ТЯЖЕЛЕЙШИЕ АТОМЫ И ХИМИЯ СВЕРХТЯЖЁЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

На фотографии (см. рис. 2, а) изображена самая большая (150 м²) Периодическая таблица химических элементов, встроенная в фасад химического факультета Университета г. Мурсия (Испания).^** На ней красной рамкой выделены сверхтяжёлые элементы от 112-го до 118-го, полученные в реакциях с кальцием-48, когда в качестве материала мишени использовались тяжёлые изотопы от урана (Z = 92) до калифорния (Z = 98), соответственно^***.

В белой рамке находятся дочерние нуклиды – продукты альфа-распада ядер из красной рамки. Они заполняют практически все оставшиеся клетки 7-го периода, вплоть до резерфордия (Z = 104). Дочерние ядра, берущие начало от нейтронно-избыточных материнских изотопов сверхтяжёлых элементов, тоже обогащены нейтронами, что значительно повышает их период полураспада и открывает широкие возможности для исследования химических свойств транс-актиноидов. Подобные исследования элементов, особенно конца 7-го периода, представляют большой интерес. Их химическое поведение может отличаться от более лёгких гомологов из-за релятивистского возрастания массы электронов с ростом заряда ядра. В более лёгких элементах релятивистский эффект проявляется в свойствах благородных металлов: золото – мягкий металл жёлтого цвета – не окисляется, ртуть тоже металл, но жидкий при комнатной температуре. Благородные металлы способны взаимодействовать друг с другом и создавать соединения типа ртуть/золото (амальгама ртути и золота). С увеличением атомного номера элемента и приближением скорости электронов к скорости света эффект будет быстро возрастать, вследствие чего химическое поведение сверхтяжёлых элементов, например, 112-го элемента (Cn), может отличаться от своего лёгкого гомолога – ртути (Hg). В первом эксперименте, проведённом в Дубне (2007), исследовалась именно эта пара гомологов [15]. Измерялась адсорбция Cn и Hg на поверхности золота (Au) при различной температуре на предмет наблюдения различия в образовании соединений [Au-Hg] и [Au-Cn]. Наблюдаемое смещение пика адсорбции в область более низких температур было первым прямым экспериментальным наблюдением релятивистского эффекта в транс-актиноидах. В целом, 112-ый элемент продемонстрировал свою принадлежность 12-й группе Таблицы Менделеева. Но из результатов этого эксперимента и проведенных недавно расчетов [16] были выявлены также отличия физико-химических свойств Cn и Hg, в частности, в температурах их фазовых переходов. Как известно, температура плавления ртути составляет -38.8 °С, температура кипения 353.7 °С, в то время как расчетные значения для Сn заметно отличаются: 10 °С и 67 °С, соответственно. При комнатной температуре, с учетом погрешности измерений, 112-ый элемент будет либо сильно летучей жидкостью, либо газообразным.

Но это первый звонок. Дальнейшее увеличение заряда ядра будет более ощутимым. Поэтому, спустя 100 лет после открытия Вильямом Рамзаем радона (1904) [17], последнего до 2004 года представителя семейства благородных газов 18 группы таблицы, мы задаемся сегодня вопросом: а будет ли 118-ый элемент благородным газом? Релятивистский эффект сильнее проявляется на ближайших к ядру электронах, скорость которых максимальна [18-20], что приводит к сжатию внутренних орбит (рис. 3, а). Для внешних электронов “релятивистское сжатие” приводит к экранированию положительного заряда ядра. В этой ситуации необходимо учитывать (пока в виде малых поправок) взаимодействие внешних электронов друг с другом, которое мало в природных элементах и которым пренебрегают в нерелятивистских расчётах. Нетрудно предвидеть, что роль этих поправок будет быстро возрастать с увеличением атомного номера в сверхтяжёлых элементах. Сам расчёт поправок – по сути, задача многих тел – требует огромных вычислительных мощностей. Большие надежды здесь связаны с квантовым компьютером. А пока доступными средствами в различном приближении отрабатываются методы расчёта на известных атомах, которые затем используются для предельно тяжёлых систем. Релятивистский расчёт элементов 18-й группы показывает, что пространственное распределение внешних электронов 118-го элемента [21] существенно размыто по сравнению с радоном и тем более с ксеноном (рис. 3, б). Подобная картина воспроизводится в расчётах В.М. Шабаева и его коллег [22], но указывается одновременно, что 118-й элемент на 94% будет благородным газом. Возможно, и не газом, а твёрдым телом при комнатной температуре [16,23].

Рис. 3, а. Расчетная плотность электронов 118-го элемента (Og) в зависимости от радиуса (логарифмическая шкала) в двух вариантах расчета: в релятивистском (синяя кривая) и не релятивистском (красный пунктир) приближениях. Цифрами на графике указаны электронные оболочки (периоды). Видно сильное сжатие внутренних электронных оболочек, в то время как средний радиус внешних (валентных) электронов мало меняется

Рис. 3, б. Пространственные распределения (функции локализации) электронов 118-го элемента (Og), полученные в работе [20]. Хорошо видно размытие внешних электронов в сравнении с его гомологами — радоном и ксеноном

На примере 118-го элемента можно видеть, что в конце 7-го периода у элементов, именуемых сегодня сверхтяжёлыми, появляются отличные от лёгких гомологов признаки. Экспериментальные данные, к сожалению, весьма скудны прежде всего из-за малого количества сверхтяжёлых элементов и короткого времени их жизни. Одно из направлений будущих исследований нацелено на изучение атомной структуры и химических свойств уже синтезированных сверхтяжёлых элементов на новом оборудовании (см. далее).

Пока не видно принципиальных ограничений для синтеза 119-го и 120-го элементов – начала 8-го периода таблицы. Несмотря на то, что попытки их получения на старых установках в реакциях с ионами титана, хрома и даже железа, предпринятые в разных лабораториях, не увенчались успехом [24-26], это остаётся делом техники. Сложнее будет изучать их химические свойства из-за короткого периода полураспада, исчисляемого долями миллисекунды. Но здесь не ожидается сюрпризов. Большой скачок в химии будет иметь место при переходе от 118-го к 119-му элементу (от последней колонки таблицы к первой). По всей вероятности, 120-й элемент также в целом будет следовать своим лёгким гомологам второй колонки. Отклонения начнутся, скорее всего, после 121-го элемента с различными сценариями дальнейшего продолжения таблицы (рис. 4). Элемент 122 либо откроет новую серию так называемых супер-актиноидов [27], включающую ещё 33 элемента вплоть до 155-го, либо 122-й элемент и все последующие продолжат 8-й период. Но в этом случае групповое различие элементов начнёт быстро исчезать (размываться). Пока же остается только гадать, как будет выглядеть химия атомных гигантов за пределами периодического закона.

Рис. 4. Таблица Д.И. Менделеева с различными вариантами релятивистских расчетов. В синей рамке – сверхтяжёлые элементы, полученные в реакциях с пучком ионов кальция-48.

ФАБРИКА СВЕРХТЯЖЁЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

После открытия новых элементов, расположенных на “острове” стабильности, дальнейшее развитие исследований в этой области связано прежде всего с получением сверхтяжёлых нуклидов в значительно бóльших количествах. Спустя 10 лет после первых экспериментов по синтезу 114-го и 116-го элементов по результатам, полученным в опытах с пучком ионов кальция-48, а также в связи с общим прогрессом в смежных областях науки и техники стало ясно, что светимость экспериментов может быть существенно увеличена. Поэтому с 2012 г. мы сильно сократили экспериментальную программу на действующих установках и стали строить новую лабораторию – Фабрику cверхтяжёлых элементов, которая пока не имеет мировых аналогов. Она определяет и тем самым отражает технический уровень всех этапов работы по получению сверхтяжёлых элементов от создания мишеней из трансурановых элементов до доставки сверхтяжёлых нуклидов к экспериментальным физическим и химическим установкам. По достижению проектных параметров возможности Фабрики СТЭ будут превосходить современный уровень в 50–100 раз.

Новый комплекс с инфраструктурой для работы с высокорадиоактивными материалами расположен в отдельном строении (рис. 5, а). Там же находится новый сильноточный ускоритель тяжелых ионов – циклотрон DC-280 [28], пуск которого состоялся в марте 2019 года (рис. 5, б). Ускоритель доставляет пучки ионов в три экспериментальных зала, где размещаются сепарирующие каналы, химические и физические установки, а также другое экспериментальное оборудование. В настоящее время идет наладка нового сепаратора и подготовка первого эксперимента.

Рис. 5, а. Строение ускорительного комплекса «Фабрики СТЭ»

Рис. 5, б. Ускоритель тяжелых ионов — циклотрон DC-280

ЭПИЛОГ

За прошедшие 80 лет после открытия нептуния и плутония (1940) – первых искусственных элементов – Периодическая таблица пополнилась ещё 24 рукотворными элементами. Пять самых тяжёлых из них заняли своё место в таблице в последние семь лет. Искусственных элементов, как известно, в природе нет. А сверхтяжёлых элементов, скорее всего, не было и при зарождении Солнечной системы. Они получены в лабораториях в совершенно других условиях (реакциях), чем природные химические элементы. Однако все известные сегодня 118 элементов располагаются в единой таблице в строгом соответствии с периодическим законом, открытым Дмитрием Ивановичем Менделеевым 150 лет назад.

Между тем Международный год Периодической таблицы — IYPT2019, начавший своё шествие в ЮНЕСКО 29 января 2019 г., закончился в Токио (Япония) 5 декабря. Огромное количество статей в научных, научно-популярных и совсем не научных изданиях, удивительный всплеск очень интересных работ в области ядерной физики, химии, атомной физики, астрофизики, истории науки – все посвященные 150-летию открытия Периодической таблицы химических элементов. Год был встречен с невероятным энтузиазмом не только научным миром, но и широкой общественностью. Форумы, конференции, симпозиумы, лекции, собрания научных обществ, академий наук многих стран мира, везде по-разному, но всегда одухотворенно и очень интересно.

Что-то объединяет людей. Быть может, также великие открытия и любовь к науке.

---

^* В то же время в нашей стране теорию ядерного деления независимо развивал Я.И. Френкель [5].

^** С 2019 года самая большая периодическая Таблица элементов (660 м²) находится в Австралии в государственном университете Эдит Коуэн (ECU) в г. Перт.

^*** К сожалению, калифорний – самый тяжёлый элемент, который может быть получен в ядерном реакторе в количестве, необходимом для изготовления мишени. Для синтеза 119 элемента и более тяжелых придется увеличивать массу и заряд бомбардирующих ионов.

Литература

1. Gamov G. Discussion оn the structure of atomic nuclei// Proc. of the Royal Society A. 1929. № 123. P. 386–387.
2. Gamov G. Zur Quantentheorie des Atomkernes // Zeitschrift fur Physik. 1928. V. 51. № ¾. P. 204–212.
3. Von Weizsäcker C.F. Zur Theorie der Kernmassen// Zeitschrift fur Physik. 1935. V. 96. P. 431.
4. Bohr N., Weeler J.A. The Mechanism of Nuclear Fission // Phys. Rev. 1939. V. 56. P. 426–450.
5. Френкель Я.И. Электрокапиллярная теория расщепления тяжёлых ядер медленными нейтронами // ЖЭТФ. 1939. № 6. С. 641–653.
6. Flerov , Petrjak . Spontaneous Fission of Uranium // Phys. Rev. 1940. V. 58. Р. 89.
7. Seaborg G.T., Loveland W.D. Transuranium Nuclei // Treatise on Heavy-Ion Science / Edited by D.A. Bromley. V. 4. P. 289. N.Y.: Plenum Press, 1985.
8. Polikanov S.M., Druin A.V., Karnaukhov V.A. et al. Spontaneous fission with an anomalously short period // Soviet Physics JETP-USSR. 1962. № 15(6). P.1016–1021.
9. Morita K., Morimoto K., Kaji D. et al. Experiment on the Synthesis of Element 113 in the Reaction ²⁰⁹Bi (⁷⁰Zn,n)²⁷⁸113 // J. Phys. Soc. Jpn. 2004. V.73. P. 2593–2596.
10. Oganessian Yu.Ts., Utyonkov V.K., Lobanov Yu.V. et al., Synthesis of Superheavy Nuclei in the ⁴⁸Ca+²⁴⁴Pu Reaction // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. P. 3154–3157.
11. Oganessian Yu.Ts., Utyonkoy V.K., Lobanov Yu.V. et al. Experiments on the synthesis of element 115 in the reaction ²⁴³Am(⁴⁸Ca,xn)^291−x115 // Phys. Rev. C. 2004. V. 69. № 021601(R).
12. Oganessian Yu.Ts., Abdullin F.Sh., Bailey P.D. et al. Synthesis of a New Element with Atomic Number Z=117 // Phys. Rev. Lett. 2010. V. 104. № 142502.
13. Oganessian Yu.Ts., Utyonkov V.K., Lobanov Yu.V. et al. Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the ²⁴⁹Cf and ²⁴⁵Cm+⁴⁸Ca fusion reactions // Phys. Rev. C. 2006. V. 74. № 044602.
14. Oganessian Yu.Ts., Utyonkov V.K. Super-heavy element research // Rep. Prog. Phys. 2015. V. 78. № 036301.
15. Eichler R., Aksenov N.V., Belozerov A.V. et al. Chemical characterization of element 112 // Nature. 2007. V. 447. P. 72–75.
16. Mewes J.-M., Smits O. R., Kresse G. et al.  Copernicium: A Relativistic Noble Liquid // Angew. Chem. Int. Ed.2019. V.58, P.17964 – 17968
17. Ramsay W., Soddy F. Further Experiments on the Production of Helium from Radium // Proceedings of the Royal Society of London (1854–1905). 1904. V. 73. P. 346–358.
18. Pershina V. Relativity in the electronic structure of the heaviest elements and its influence on periodicities in properties // Radiochimica Acta. 2019. V. 107. Р. 833–864.
19. Eliav E., Borschevsky A., Kaldor U. Electronic Structure at the Edge of the Periodic Table // Nuclear Physics News. 2019. V. 29. Р. 16–20.
20. Lackenby B.G.C., Dzuba V.A, Flambaum V.V. Atomic structure calculations of superheavy noble element oganesson (Z=118) // Phys.Rev. A. 2018. V. 98. P. 042512.
21. Jerabek P., Schuetrumpf B., Schwerdtfeger P., Nazarewicz W. Electron and Nucleon Localization Functions of Oganesson: Approaching the Thomas-Fermi Limit// Phys. Rev. Lett. 2018. V. 120. Р. 053001.
22. Shabaev V.M., Tupitsyn I. I., Kaygorodov M.Y., Kozhedub Y.S. Localisation of electron states of Oganesson atoms // The 4^th International Symposium on Superheavy Elements (SHE2019). Hakone, Japan. Dec.1–5, 2019
23. Giuliani S. A., Matheson Z., Nazarewicz W. et al., Colloquium: Superheavy elements: Oganesson and beyond// Rev. Mod. Phys. 2019. V. 91. No. 1. P.01100.
24. Düllmann C.E. Superheavy Element Research at TASCA at GSI // Fission and Properties of Neutron-Rich Nuclei. 2013. V. 44. Р. 271–277.
25. Hofmann S., Heinz S., Mann R. et al. Review of even element super-heavy nuclei and search for element 120 // Eur. Phys. J. A. 2016. V. 52. Р. 180.
26. Oganessian Yu.Ts., Utyonkov V.K., Lobanov Yu.V. et al. Attempt to produce element 120 in the ²⁴⁴Pu+⁵⁸Fe reaction // Phys. Rev. C. 2009. V. 79. Р. 024603.
27. Borschevsky A., Pershina V., Eliav E., Kaldor U. Ab initio predictions of atomic properties of element 120 and its lighter group-2 homologues // Phys. Rev. A. 2013. V. 87. P. 022502.
28. Gulbekian G.G., Dmitriev S.N., Itkis M.G. et al. Start-Up of the DC-280 Cyclotron, the Basic Facility of the Factory of Superheavy Elements of the Laboratory of Nuclear Reactions at the Joint Institute for Nuclear Research // Physics of Particles and Nuclei Letters. 2019. V. 16(6). Р. 866–875.

Академик Александр Сергеев: сомнений в первенстве Менделеева нет

​Россия хочет добиться официального присвоения Периодической таблице элементов имени Дмитрия Ивановича Менделеева. Об этом сообщил президент Российской Академии наук Александр Сергеев в ходе лекции, которую он прочитал на молодёжной площадке Восточного экономического форума.

В нашей стране все привыкли называть Периодическую систему химических элементов таблицей Менделеева. К сожалению, в остальном мире это не так. В ходе празднования 150-летия этого величайшего изобретения, которое отмечается во всём мире как Международный год Периодической таблицы химических элементов, Россия будет прилагать все усилия, чтобы восстановить справедливость.

Глава РАН рассказал о том, какова в современном мире роль Периодической системы, открытой полтора века назад, какие научные теории существовали до Менделеева, что привело учёного к гениальному открытию и скоро ли появятся в таблице Менделеева новые элементы. Подробности – в материале profiok.com.

Открытия не появляются на пустом месте

«Всё, что существует вокруг нас, всё то, что есть в нас и что есть мы, – это химические элементы, – отметил Александр Сергеев. – Поэтому открытие того, из чего состоит мир, – это величайшее научное открытие в истории человечества».

При этом важно понимать, что в науке ничего нельзя изобрести «с чистого листа», не опираясь на уже существующие знания и не взаимодействуя с другими учёными.

«У нас есть поговорка: не успеешь что-то открыть, как тут же набегут предшественники», – поделился с залом глава РАН. Дело в том, что открытия никогда не появляются на пустом месте, и когда учёный что-то изобретает, всегда можно убедиться, что близкие мысли были высказаны до него или практически одновременно.

О том, из чего состоит мир, человечество стало задумываться как минимум со времён античности. Тогда окружающий мир предлагалось разложить на основные компоненты в виде воды, воздуха, огня и земли. В V веке до нашей эры Демокрит предложил «атомистическую» теорию, предположив, что существует некая неделимая единица материи.

Строению материи были посвящены труды многих учёных. В XVII веке этой проблемой глубоко занимался Роберт Бойль, в XVIII веке – Антуан Лоран Лавуазье, разделивший химические элементы на несколько типов. Шведский учёный Йёнс Якоб Берцелиус ввёл обозначения химических элементов, которые используются до сих пор (поэтому в Швеции считают, что Периодическая таблица элементов должна носить имя Берцелиуса – прим. profiok.com).

В XIX веке попытки систематизировать обнаруживаемые элементы были многочисленными. Дёберейнер делил элементы на три группы, выстраивая триады. Английский учёный Ньюлендс, увлекавшийся музыкой, пытался создавать из элементов химические «октавы», разделяя их на семёрки. Француз де Шанкуртуа создавал из известных элементов «земную спираль», а немец Юлиус Лотар Мейер в 1864 году, за пять лет до появления таблицы Менделеева, разработал довольно близкую к ней таблицу.

К 1869 году, которым датируется создание таблицы Менделеева, было известно более половины из известных на сегодня 118 элементов, то есть вопрос систематизации стоял достаточно остро. Естественно, Дмитрий Иванович Менделеев знал обо всех работах в этой области и опирался на них, подчёркивает Александр Сергеев. Его открытие произошло в тот момент, когда ситуация в научном мире, что называется, «созрела».

При этом ценность открытия Менделеева состоит не только в том, что он «правильно» систематизировал элементы, которые были известны на тот момент. Важно, что его подход позволил предсказать существование химических элементов, которые были открыты намного позже.

Как вырастить великого учёного?

Видимо, под влиянием задачи наращивания кадрового потенциала российской науки, Александр Сергеев подробно проанализировал жизненный путь Менделеева и попытался понять, почему именно ему посчастливилось сформулировать «созревшее» открытие именно в том виде, в каком оно до сих пор признано во всём мире.

Дмитрий Иванович Менделеев родился в Тобольске и был семнадцатым ребёнком в семье. Семья была интеллигентной и, в общем, не слишком бедной: Менделеевых кормил небольшой стекольный завод. Отец будущего химика был директором гимназии в Тобольске. В той же гимназии преподавал автор «Конька-горбунка» Пётр Ершов.

Здесь стоит сказать, что Тобольск в тот период был не просто провинциальным городом, а центром притяжения интеллигенции. Туда было разрешено возвращаться из ссылки декабристам, и их постоянно принимали в доме Менделеевых.

По словам Александра Сергеева, после сильнейшего потрясения декабристы, образованнейшие и культурнейшие люди, больше не занимались политической деятельностью, а потому сконцентрировались на науке и образовании. И именно в этой среде воспитывался юный Менделеев.

Закончив гимназию, Менделеев учился в Главном педагогическом институте в Санкт-Петербурге. Будущий учёный снова оказался в особой среде. Во-первых, в институте преподавали университетские профессора. Во-вторых, прекрасное преподавание сочеталось с очень жёсткой дисциплиной. «Ребята много и трудно учились», – описал Александр Сергеев студенческие годы Менделеева.

После окончания института Менделеев был направлен в Симферополь преподавать в гимназии. Интересный эпизод: Менделеев, подозревая у себя чахотку, обратился в больницу, где в то время лечил раненых на Крымской войне будущий великий хирург Пирогов. Так встретились два гения отечественной науки. Пирогов никакой чахотки у Менделеева не обнаружил и пообещал будущему учёному долгую жизнь. И, надо сказать, не обманул: Менделеев прожил ещё более 50 лет. Этому эпизоду посвящена картина советского художника Ивана Тихого «Н.И. Пирогов осматривает больного Д.И. Менделеева».

Проработав в Симферополе и Одессе несколько лет, Менделеев получил приглашение вернуться в Петербург для получения стипендии на обучение в Европе. Учился он в Гейдельберге – одном из самых «продвинутых» европейских университетов того времени. Менделеев занимался измерением долей различных компонентов в сложных газах. Преподавали ему величайшие учёные той эпохи, достаточно назвать фамилии, например, Гельмгольца или Кирхгофа. Кроме того, в Гейдельберге тогда училась способная российская молодёжь – Сеченов, Боткин, Мечников, Бутлеров… И в этой среде целыми днями «варился» Менделеев.

«Среда Менделеевского дома, гимназия, адекватное университетское образование и обучение за границей сложили Менделеева как учёного, к которому уже в последний период его жизни в Гейдельберге было привлечено очень серьёзное внимание учёных всего мира», – заключил Александр Сергеев, заметив, что в 1860 году Менделеев входил в число организаторов Первого международного химического конгресса.

Вернувшись в Петербург, Дмитрий Иванович Менделеев, опираясь на уже знакомые ему подходы и идеи, продолжил свои научные изыскания. Эта работа привела его к формулировке закона в следующем виде: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, состоят в периодической зависимости от их атомного веса». Очевидно, что к этой мысли его подвела многолетняя работа с нахождением атомных весов различных веществ.

Конечно, это не теперешняя формулировка закона. Со времён Менделеева было сделано два важнейших открытия. Прежде всего это открытие Резерфордом структуры атома. Второе – открытие структуры ядра (открытие нейтронов и протонов принято связывать с именем немецкого физика Вейнера Гейзенберга, но в этой сфере отличился и советский физик Дмитрий Иваненко, сформулировавший аналогичные положения – прим. profiok.com).

Современные учёные знают, что на самом деле свойства элементов состоят в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов. В таком виде сформулировать закон Менделеев, конечно, не мог, но он верно обозначил важнейшее направление для последующего развития науки.

Найдётся ли 119-й элемент?

«Любая теория сильна своей предсказательностью, – считает Александр Сергеев. – В случае с теорией Менделеева попадание было точным. После открытия трёх элементов, которые он предсказал, сомнений в том, что открытый им закон имеет предсказательную силу, ни у кого не осталось». Речь идёт о галлии, который Менделеев называл экаалюминием, скандии, который он назвал экагором, и германии, которому он дал название экасилиций.

В университете Сент-Эндрюсс в Шотландии был найден самый старый из известных и прижизненный для Менделеева экземпляр таблицы, написанный на немецком языке и датированный 1885 годом. Этот документ наглядно показывает, что уже в то время Периодическую таблицу называли таблицей Менделеева. Кстати, тот самый Мейер, который тоже пытался составить таблицу из химических элементов, признал первенство Менделеева после ознакомления с его теорией.

«На сегодняшний день сомнений в первенстве таблицы Менделеева нет, – резюмировал глава РАН. – Это действительно его таблица».

До 1869 года было открыто 63 элемента Периодической системы, сейчас этих элементов 118. Кстати, последний, 118-й элемент носит имя советского и российского учёного Юрия Цолаковича Оганесяна и называет оганесоном. Академик Оганесян, работающий в ОИЯИ в Дубне, – единственный из живущих на Земле учёных, чьим именем назван химический элемент.

Сейчас среди учёных ведутся серьёзные дискуссии о том, не полна ли таблица Менделеева и возможно ли открытие каких-то новых элементов. Дело в том, что теорию Менделеева подхватили физики. Переосмыслением и расширением Периодической таблицы сегодня занимаются не химики, а физики-ядерщики, которые сталкивают в искусственных условиях тяжёлые атомы и пытаются создать новые элементы. Выяснилось, что при движении электронов вокруг ядер включаются релятивисткие эффекты, и электроны меняют массу. А это значит, что новые элементы будут обладать уже другими химическими свойствами, что нарушает ставший привычным для всех концепт периодичности.

По словам Александра Сергеева, 118-й элемент таблицы Менделеева может стать последним, а дальнейшие эксперименты откроют принципиально новые страницы в истории науки. Впрочем, вопрос пока остаётся открытым. Благодаря новому оборудованию и технологиям современным учёным стала доступной очень интересная область знаний. В этой сфере работают, например, физики в Дубне, где в этом году была запущена фабрика тяжёлых элементов. Будут ли новые элементы соответствовать периодичности, открытой Менделеевым, пока никто не может сказать определённо.

Интересный момент: может получиться так, что Периодическую таблицу открыл российский учёный Менделеев, а точку в её заполнении поставил российский академик Оганесян и его команда из Дубны, отметил глава РАН. Хотя очень хотелось бы, чтобы таблица продолжалась.

У химии великое будущее

«Там, где природа кончает производить свои виды, там человек начинает из природных вещей создавать с помощью этой же самой природы бесчисленные виды новых вещей», – привёл Александр Сергеев цитату из Леонардо, пояснив, что эти «бесчисленные виды новых вещей» – это и есть современная химия.

Удивительно, но роль открытия, сделанного полтора века назад, продолжает расти. Всё материальное, что создают современная наука и промышленность, базируется на знаниях об элементах и их свойствах. Кстати, удивительно: молекула ДНК использует всего пять химических элементов из известных 118!

А пока геологи и географы, медики и биологи вовсю пользуются открытием Менделеева, физики пытаются понять, откуда взялись химические элементы, из которых состоит вся наша вселенная. И очень может быть, что современные технологии, позволяющие проводить точнейшие измерения, наконец, позволят найти точные ответы.

«Химия – великая наука, у неё большое будущее, – считает Александр Сергеев. – Будущий мир – это мир новых материалов, которые мы создадим».

Дмитрий Иванович Менделеев не успел получить Нобелевскую премию: он скончался в 1907 году незадолго до присуждения этой награды. «Мы надеемся, что в Международный год периодической таблицы химических элементов к Менделееву, наконец, придёт признание: таблица будет названа его именем, а учёные, которые активно работали над её пополнением, прежде всего академик Оганесян, получат Нобелевскую премию», – заявил Сергеев.

Иллюстрации: слайды А.М. Сергеева к лекции «Периодическая таблица элементов: универсальный язык науки от космоса до новых материалов», картины И.Е. Репина «Портрет Д.И. Менделеева» и И.А Тихого «Н.И. Пирогов осматривает больного Д.И. Менделеева».

Справочные таблицы по химии | Справочная таблица химических веществ

Справочные таблицы по химии (CRT) — бесценный инструмент для студентов-химиков. Он содержит важные измерения, уравнения и идентификационные таблицы. Буклет часто используется во время занятий, тестов и лабораторных заданий. ЭЛТ также используется на экзамене регента по химии. Ссылки, представленные ниже, предназначены для использования студентами, они бесплатны и работают быстро.

для настольных ПК / ноутбуков: загрузка ПОЛНАЯ Справочная таблица по химическому составу 2011 г.
, стр. 1-12 (версия в формате PDF)

Пользователи смартфонов

: справочная таблица по химическому составу, 2011 г. в удобном для мобильных устройств формате (версия HTML5)

Для получения дополнительных печатных копий Брайля и ТОЛЬКО выпусков крупным шрифтом Справочной таблицы химиков, отправляйте запросы на школьном бланке по адресу State Ed’s FAX @ (518) 474-1989.Включите: предмет, количество, имя, адрес школы и школьный код КРОВАТИ. Чтобы получить справочные таблицы, напечатанные крупным шрифтом, позвоните по телефону (518) 473-9471

.

ОБНОВЛЕНО СЕНТЯБРЬ 2011: За исключением шрифтов Брайля и крупномасштабных изданий, справочные таблицы по естественным наукам для старших классов больше не будут предоставляться. Школы должны использовать онлайн-версии для печати достаточного количества копий, чтобы предоставить по одной справочной таблице для каждого учащегося.

Справочная таблица химии Regents, издание 2011 г., была пересмотрена, чтобы отразить последнюю информацию по этому вопросу.Некоторые таблицы перемещены на другие страницы, а другие увеличены или заменены обновленными версиями. Выпуск 2011 года заменяет все предыдущие выпуски и должен использоваться в начале 2011-12 учебного года.

Ниже приведены ресурсы из СТАРАЯ версия справочной таблицы Chem

Загрузите ПОЛНУЮ справочную таблицу химического состава 2002 г. (стр. 1-12)

Справочные таблицы по химии

Страницы 1-7
Стандартная температура и давление, физические константы для воды, префиксы, единицы измерения и многоатомные ионы, рекомендации и кривые растворимости и т. Д.

Справочные таблицы по химии Страницы 10-12
Свойства выбранных элементов, важные формулы и уравнения.

Периодическая таблица элементов
Содержит периодическую таблицу элементов, часть справочных таблиц.

Примечание. Иногда этот документ неправильно пишется, например, «Таблица соответствия химии», пожалуйста, поймите, что правильный документ называется «Справочная таблица химии»

Ключевые таблицы и диаграммы

включают: стандартную температуру и давление, физические константы для воды, выбранные префиксы, выбранные единицы измерения, рекомендации по растворимости для водных растворов, кривые растворимости при стандарте, давление, давление пара четырех жидкостей, теплоту реакции при 101. 3 кПа и 298 K, ряд активности, общие кислоты, отдельные радиоизотопы, общие кислотно-основные индикаторы, символы, используемые в ядерной химии, органические префиксы, гомологические серии углеводородов, органические функциональные группы, периодическая таблица элементов, свойства выбранных элементов, и важные формулы и уравнения.

История периодической таблицы

В 1669 Немецкий торговец и алхимик-любитель Хенниг Бранд попытался создать Философский камень ; объект, который якобы мог превращать металлы в чистое золото.Он нагрел остатки кипяченой мочи, и жидкость вылилась и загорелась. Это было первое открытие фосфора.

В 1680 Роберт Бойль также открыл фосфор, и это стало достоянием общественности.

В 1809 было обнаружено по крайней мере 47 элементов, и ученые начали видеть закономерности в характеристиках.

В 1863 английский химик Джон Ньюлендс разделил тогда открытые 56 элементов на 11 групп на основе характеристик.

В 1869 Русский химик Дмитрий Менделеев начал разработку таблицы Менделеева, упорядочивая химические элементы по атомной массе. Он предсказал открытие других элементов и оставил для них свободные места в своей периодической таблице.

В 1886 французский физик Антуан Бекерель впервые обнаружил радиоактивность. Студент Томсона из Новой Зеландии Эрнест Резерфорд назвал три типа излучения; альфа-, бета- и гамма-лучи. Мари и Пьер Кюри начали работать над излучением урана и тория, а затем открыли радий и полоний.Они обнаружили, что бета-частицы заряжены отрицательно.

В 1894 сэр Уильям Рамзи и лорд Рэлей открыли благородные газы, которые были добавлены в периодическую таблицу как группу 0.

В 1897 английский физик Дж. Дж. Томсон впервые открыл электроны; маленькие отрицательно заряженные частицы в атоме. Джон Таунсенд и Роберт Милликен определили их точный заряд и массу.

В 1900 Бекерель обнаружил, что электроны и бета-частицы, идентифицированные Кюри, — это одно и то же.

В 1903 Резерфорд объявил, что радиоактивность вызвана распадом атомов.

В 1911 Резерфорд и немецкий физик Ганс Гейгер обнаружили, что электроны вращаются вокруг ядра атома.

В 1913 Бор обнаружил, что электроны движутся вокруг ядра с дискретной энергией, называемой орбиталями. Излучение испускается при движении с одной орбиты на другую.

В 1914 Резерфорд впервые идентифицировал протоны в атомном ядре.Он также впервые трансмутировал атом азота в атом кислорода. Английский физик Генри Мозли предоставил атомные номера, основанные на количестве электронов в атоме, а не на атомной массе.

В 1932 Джеймс Чедвик впервые открыл нейтроны и идентифицировали изотопы. Это была полная основа периодической таблицы. В том же году англичанин Кокрофт и ирландец Уолтон впервые расщепили атом, бомбардируя литий в ускорителе частиц, превратив его в два ядра гелия.

В 1945 Гленн Сиборг идентифицировал лантаноиды и актиниды (атомный номер> 92), которые обычно помещаются под периодической таблицей.

Источники

Манхэттенский проект
Википедия

Химические свойства элементов и соединений

Атомный номер

Атомный номер указывает количество протонов в ядре атома. Атомный номер — важное понятие химии и квантовой механики.Элемент и его место в периодической таблице выводятся из этой концепции.
Когда атом обычно электрически нейтрален, атомный номер будет равен количеству электронов в атоме, которые можно найти вокруг ядра. Эти электроны в основном определяют химическое поведение атома. Атомы, несущие электрические заряды, называются ионами. Ионы имеют либо количество электронов, большее (отрицательно заряженное), либо меньшее (положительно заряженное), чем атомный номер.

Атомная масса

Название указывает на массу атома, выраженную в атомных единицах массы (а. е.м.).Большая часть массы атома сосредоточена в протонах и нейтронах, содержащихся в ядре. Каждый протон или нейтрон весит около 1 а.е.м., и, таким образом, атомная масса всегда очень близка к массовому (или нуклонному) числу , которое указывает количество частиц в ядре атома; это означает протоны и нейтроны. Каждый изотоп химического элемента может различаться по массе. Атомная масса изотопа указывает количество нейтронов, которые присутствуют в ядре атомов.Полная атомная масса элемента эквивалентна единицам массы его изотопов. Относительное присутствие изотопов в природе является важным фактором при определении общей атомной массы элемента. Применительно к определенному химическому элементу атомная масса, указанная в периодической таблице, представляет собой среднюю атомную массу всех стабильных изотопов химического элемента. Среднее значение взвешено по относительному естественному содержанию изотопов элемента.

Электроотрицательность согласно Полингу

Электроотрицательность измеряет склонность атома тянуть электронное облако в своем направлении во время химической связи с другим атомом.
Шкала Полинга — широко используемый метод для упорядочивания химических элементов по их электроотрицательности. Лауреат Нобелевской премии Линус Полинг разработал эту шкалу в 1932 году.
Значения электроотрицательности не рассчитываются на основе математических формул или измерений. Это больше похоже на прагматический диапазон.
Полинг дал элементу с максимально возможной электроотрицательностью фтор значение 4,0. Францию, элементу с наименьшей возможной электроотрицательностью, было присвоено значение 0,7.Всем остальным элементам дается значение где-то между этими двумя крайностями.

Плотность

Плотность элемента указывает количество единиц массы элемента, которые присутствуют в определенном объеме среды. Традиционно плотность выражается греческой буквой ро (пишется как r). В системе единиц СИ плотность выражается в килограммах на кубический метр (кг / м ³ ). Плотность элемента обычно выражается графически с помощью температуры и давления воздуха, поскольку эти два свойства влияют на плотность.

Точка плавления

Точка плавления элемента или соединения означает температуры, при которых твердая форма элемента или соединения находится в равновесии с жидкой формой. Обычно мы предполагаем, что давление воздуха составляет 1 атмосферу.
Например: температура плавления воды составляет 0 ^o C или 273 K.

Точка кипения

Точка кипения элемента или соединения означает температуру, при которой жидкая форма элемента или соединения в равновесии с газообразной формой.Обычно мы предполагаем, что давление воздуха составляет 1 атмосферу.
Например: температура кипения воды составляет 100 ^o C или 373 K.
При температуре кипения давление пара элемента или соединения составляет 1 атмосферу.

Радиус Вандервальса

Даже когда два атома, которые находятся рядом друг с другом, не связываются, они все равно будут притягиваться друг к другу. Это явление известно как взаимодействие Вандервальса.
Силы Вандервальса вызывают силу между двумя атомами.Эта сила становится сильнее по мере сближения атомов. Однако, когда два атома приближаются слишком близко друг к другу, срабатывает отталкивающая сила, как следствие чрезмерного отторжения между отрицательно заряженными электронами обоих атомов. В результате между двумя атомами образуется определенное расстояние, известное как радиус Вандервальса.
Путем сравнения радиусов Вандервальса нескольких различных пар атомов мы разработали систему радиусов Вандервальса, с помощью которой мы можем предсказать радиус Вандервальса между двумя атомами путем сложения.

Ионный радиус

Ионный радиус — это радиус, который ион имеет в ионном кристалле, где ионы упакованы вместе до точки, где их внешние электронные орбитали контактируют друг с другом. Орбиталь — это область вокруг атома, где, согласно теории орбиталей, вероятность нахождения электрона наибольшая.

Изотопы

Атомный номер не определяет количество нейтронов в ядре атома. В результате количество нейтронов в атоме может варьироваться.Тогда атомы с одинаковым атомным номером могут отличаться по атомной массе. Атомы одного и того же элемента, различающиеся атомной массой, называются изотопами.
В основном с более тяжелыми атомами, которые имеют более высокий атомный номер, количество нейтронов в ядре может превышать количество протонов.
Изотопы одного и того же элемента часто встречаются в природе попеременно или в смесях.

Пример: хлор имеет атомный номер 17, что в основном означает, что все атомы хлора содержат 17 протонов в своем ядре.Есть два изотопа. Три четверти атомов хлора, встречающихся в природе, содержат 18 нейтронов, а одна четверть — 20 нейтронов. Массовые числа этих изотопов 17 + 18 = 35 и 17 + 20 = 37. Изотопы записываются следующим образом: 35Cl и 37Cl.
Когда изотопы указаны таким образом, количество протонов и нейтронов не нужно упоминать отдельно, потому что символ хлора в периодической таблице (Cl) стоит на семнадцатом месте. Это уже указывает количество протонов, так что всегда можно легко вычислить количество нейтронов с помощью массового числа.

Большое количество изотопов нестабильно. Они развалятся в процессе радиоактивного распада. Радиоактивные изотопы называются радиоизотопами.

Электронная оболочка

Электронная конфигурация атома — это описание расположения электронов по кругу вокруг ядра. Эти круги не совсем круглые; они содержат волнообразный узор. Для каждого круга вероятность присутствия электрона в определенном месте описывается математической формулой.Каждый из кругов имеет определенный уровень энергии по сравнению с ядром. Обычно уровни энергии электронов выше, когда они находятся дальше от ядра, но из-за своих зарядов электроны также могут влиять на уровни энергии друг друга. Обычно сначала заполняются средние кружки, но могут быть исключения из-за отказов.
Кружки разделены на оболочки и подоболочки, которые можно пронумеровать с помощью количества.

Энергия первой ионизации

Энергия ионизации означает энергию, которая требуется, чтобы свободный атом или молекула потеряли электрон в вакууме.Другими словами; энергия ионизации является мерой прочности электронных связей с молекулами. Это касается только электронов внешнего круга.

Энергия второй ионизации

Помимо энергии первой ионизации, которая показывает, насколько сложно удалить первый электрон из атома, существует также мера энергии для второй ионизации. Эта энергия второй ионизации указывает на степень сложности удаления второго атома.

Таким образом, существует также энергия третьей ионизации, а иногда даже энергия четвертой или пятой ионизации.

Стандартный потенциал

Стандартный потенциал означает потенциал окислительно-восстановительной реакции, когда она находится в равновесии, по отношению к нулю. Когда стандартный потенциал превышает ноль, мы имеем дело с реакцией окисления. Когда стандартный потенциал ниже нуля, мы имеем дело с реакцией восстановления. Стандартный потенциал электронов выражается в вольтах (В) символом V ⁰ .

Вернуться к Периодическая таблица или по химии

Периодическая таблица элементов и химия

Ключ периодической таблицы

X Синтетические элементы

X Жидкости или плавятся при температуре, близкой к комнатной.

X Твердые тела

X Газы

Щелочные металлы

Щелочноземельные металлы

Переходные металлы

Прочие металлы

Металлоиды

Прочие неметаллы

Галогены

Благородные газы

Лантаноиды и актиниды

Периодическая таблица

«Если все элементы расположены в порядке их атомного веса, получается периодическое повторение свойств. Это выражается законом периодичности ».
Дмитрий Менделеев, Основы химии, Vol. 2, 1902, П. Ф. Кольер, стр. 17. «У нас есть доказательство того, что в атоме есть фундаментальная величина, которая постепенно увеличивается при переходе от одного элемента к другому. Эта величина может быть только зарядом центрального положительного ядра, существование которого у нас уже есть определенное доказательство ».
Генри Мозли, Philosophical Magazine, Vol. 26, 1913, стр. 1030. «Химический состав атома зависит только от количества электронов, которое равно количеству протонов и называется атомным номером.Химия — это просто числа, идея, которая понравилась бы Пифагору. Если вы атом с одним протоном, вы водород; два, гелий; ….. »
Карл Саган, Космос, 1980, Рэндом Хаус, стр. 223. Фото: НАСА.

Автор: Дуг Стюарт

Периодическая таблица, которую мы используем сегодня, основана на таблице, разработанной и опубликованной Дмитрием Менделеевым в 1869 году.

Менделеев обнаружил, что может расположить 65 элементов, известных на тот момент, в сетке или таблице так, чтобы каждый элемент имел:

1.Атомный вес выше, чем у того, что слева. Например, магний (атомный вес 24,3) помещен справа от натрия (атомный вес 23,0):

Истинная основа Периодической таблицы

В 1913 году химия и физика были перевернуты вверх ногами. Некоторые крупные нападающие, в том числе Менделеев, серьезно говорили об элементах легче водорода и элементах между водородом и гелием. Визуализация атома была общедоступной, и оправдание Менделеева периодической таблицы, основанной на атомных весах, разваливалось по швам.

Это история о том, как Генри Мозли принес свет во тьму.

2. Подобные химические свойства с другими элементами в том же столбце — другими словами, аналогичные химические реакции. Магний, например, помещается в колонку щелочноземельных металлов вместе с другими элементами, чьи реакции аналогичны:

Менделеев понял, что стол перед ним лежит в самом сердце химии. Более того, Менделеев увидел, что его таблица неполная — были места, где должны были быть элементы, но их никто не обнаружил.

Подобно тому, как можно сказать, что Адамс и Леверье открыли планету Нептун на бумаге, можно сказать, что Менделеев открыл германий на бумаге. Он назвал этот новый элемент эка-кремнием , после наблюдения зазора в периодической таблице между кремнием и оловом:

Аналогичным образом Менделеев открыл галлий ( eka -алюминий) и скандий ( eka -бор) на бумаге, потому что он предсказал их существование и их свойства еще до их фактических открытий.

Изображение периодической таблицы

Щелкните изображение, чтобы увеличить

Хотя Менделеев совершил решающий прорыв, он почти не продвинулся дальше. Оглядываясь назад, мы знаем, что периодическая таблица Менделеева была основана на ложных рассуждениях. Менделеев ошибочно полагал, что химические свойства определяются атомным весом. Конечно, это было совершенно разумно, если принять во внимание научное знание 1869 года.

В 1869 году сам электрон не был открыт — этого не происходило еще 27 лет.

Фактически, потребовалось все 44 года, чтобы найти правильное объяснение закономерностей в периодической таблице Менделеева …

Подробнее … Продолжение периодической таблицы

Carbon — экспертная письменная, удобная для пользователя информация об элементах

Углерод, химический элемент, относится к неметаллам. Это известно с давних времен. Его первооткрыватель и дата открытия неизвестны.

Зона данных

Классификация:	Углерод — неметалл
Цвет:	черный (графит), прозрачный (алмаз)
Атомный вес:	12.011
Состояние:	цельный
Температура плавления:	3550 o C, 3823 K
Примечание: при нормальном атмосферном давлении углерод при нагревании не плавится, а возгоняется. т.е. он претерпевает фазовый переход непосредственно из твердого состояния в газ. При увеличении давления до 10 атмосфер наблюдается плавление углерода (графита) при температуре 3550 ° C.
Температура кипения:	3825 o C, 4098 K
Указанная точка кипения регистрируется, когда давление паров графита над сублимируемым графитом достигает 1 атмосферы.
Электронов:	6
Протонов:	6
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе:	6
Электронные оболочки:	2,4
Электронная конфигурация:	1s 2 2s 2 2p 2
Плотность при 20 o C:	2,267 г / см 3 (г), 3,513 г / см 3 (ди)

Показать еще, в том числе: температуры, энергии, окисление, реакции,
соединений, радиусы, проводимости

Атомный объем:	5.31 см 3 / моль (г), 3,42 см 3 / моль (ди)
Состав:	гексагональных слоев (графит), четырехгранных (алмаз)
Твердость:	0,5 mohs (графит), 10,0 mohs (алмаз)
Удельная теплоемкость	0,71 Дж г -1 K -1 (графит), 0,5091 Дж г -1 K -1 (алмаз)
Теплота плавления	117 кДж моль -1 (графит)
Теплота распыления	717 кДж моль -1
Теплота испарения	710.9 кДж моль -1
1 st энергия ионизации	1086,5 кДж моль -1
2 nd энергия ионизации	2352,6 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации	4620,5 кДж моль -1
Сродство к электрону	121,55 кДж моль -1
Минимальная степень окисления	-4
Мин.общее окисление нет.	-4
Максимальное число окисления	4
Макс. общее окисление нет.	4
Электроотрицательность (шкала Полинга)	2,55
Объем поляризуемости	1,8 Å 3
Реакция с воздухом	энергичный, ⇒ CO 2
Реакция с 15 M HNO 3	мягкий, w / ht ⇒ C 6 (CO 2 H) 6 (меллитовая / графитовая кислота)
Реакция с 6 M HCl	нет
Реакция с 6 М NaOH	нет
Оксид (ов)	CO, CO 2
Гидрид (ы)	CH 4 и многие C x H y
Хлорид (ы)	CCl 4
Атомный радиус	70 вечера
Ионный радиус (1+ ион)	–
Ионный радиус (2+ ионов)	–
Ионный радиус (3+ иона)	–
Ионный радиус (1-ионный)	–
Ионный радиус (2-ионный)	–
Ионный радиус (3-ионный)	–
Теплопроводность	25-470 Вт м -1 K -1 (графит), 470 Вт м -1 K -1 (алмаз)
Электропроводность	0.07 x 10 6 S м -1
Температура замерзания / плавления:	3550 o C, 3823 K

Модели структуры углеродных нанотрубок.

Лавуазье использует гигантскую линзу в экспериментах по горению

На поверхности графена расположена наночастица оксида индия и олова, которая помогает закрепить две наночастицы платины (синие) для улучшения катализа в топливном элементе. Изображение: PNL.

Открытие углерода

Доктор.Дуг Стюарт

Углерод известен с древних времен в виде сажи, древесного угля, графита и алмазов. Древние культуры, конечно, не осознавали, что эти вещества были разными формами одного и того же элемента

.

Французский ученый Антуан Лавуазье назвал углерод и провел множество экспериментов, чтобы раскрыть его природу.

В 1772 году он объединил ресурсы с другими химиками, чтобы купить алмаз, который они поместили в закрытую стеклянную банку. Они сфокусировали солнечные лучи на алмазе с помощью замечательной гигантской лупы и увидели, как алмаз загорелся и исчез.

Лавуазье отметил, что общий вес сосуда не изменился и что когда он сгорел, алмаз соединился с кислородом с образованием диоксида углерода. ^{(1), (2)} Он пришел к выводу, что алмаз и древесный уголь сделаны из одного и того же элемента — углерода.

В 1779 году шведский ученый Карл Шееле показал, что графит сгорает с образованием углекислого газа и, следовательно, должен быть другой формой углерода. ⁽³⁾

В 1796 году английский химик Смитсон Теннант установил, что алмаз — это чистый углерод, а не соединение углерода; он сгорел, образуя только углекислый газ.

Теннант также доказал, что при сжигании угля и алмазов равного веса образуется одинаковое количество углекислого газа. ⁽⁴⁾

В 1855 году английский химик Бенджамин Броди произвел чистый графит из углерода, доказав, что графит является одной из форм углерода. ⁽⁴⁾

Хотя ранее это предпринималось безуспешно, в 1955 году американский ученый Фрэнсис Банди и его коллеги из General Electric наконец продемонстрировали, что графит может превращаться в алмаз при высокой температуре и высоком давлении. ⁽⁵⁾

В 1985 году Роберт Керл, Гарри Крото и Ричард Смолли открыли фуллерены, новую форму углерода, в которой атомы расположены в форме футбольного мяча. Самый известный фуллерен — бакминстерфуллерен, также известный как C60, состоящий из 60 атомов углерода. Существует большое семейство фуллеренов, начиная с C20 и до C540. ^{(6), (7)}

Самым недавно открытым аллотропом углерода является графен, который состоит из одного слоя атомов углерода, расположенных в шестиугольниках.Если бы эти слои были наложены друг на друга, результатом был бы графит. Графен имеет толщину всего в один атом.

Об открытии графена объявили в 2004 году Костя Новоселов и Андре Гейм, которые использовали липкую ленту, чтобы отделить один слой атомов от графита, чтобы получить новый аллотроп.

Интересные факты об углероде

• Около 20% веса живых организмов составляет углерод.
• Известно больше соединений, содержащих углерод, чем не содержащих.
• Углерод — четвертый по содержанию элемент во Вселенной.
• Несмотря на его высокую распространенность, существованием углерода мы обязаны невероятному стечению обстоятельств

• Алмаз — отличный абразив, потому что это самый твердый из распространенных материалов, а также он обладает самой высокой теплопроводностью. Он может измельчать любое вещество, а тепло, выделяемое трением, быстро отводится.
• Все атомы углерода в вашем теле когда-то были частью двуокиси углерода атмосферы.
• Графен — самый тонкий и прочный материал из когда-либо известных.
• Графен состоит из двумерных атомных кристаллов, такие структуры были обнаружены впервые.
• Графит в обычном механическом карандаше имеет диаметр 0,7 мм. Это равно 2 миллионам слоев графена.
• Автомобильные шины черные, потому что они примерно на 30% состоят из технического углерода, который добавляют в резину для ее усиления. Технический углерод также помогает защитить шины от ультрафиолетового излучения. ⁽⁸⁾
• Углерод образуется в звездах, когда они сжигают гелий в реакциях ядерного синтеза. Углерод является частью «золы», образующейся при горении гелия.
• Углерод претерпевает реакции ядерного синтеза в тяжелых звездах с образованием неона, магния и кислорода.

Инфракрасный космический телескоп НАСА Spitzer обнаружил бакминстерфуллерен (бакиболлы), равный по массе 15 нашим спутникам в карликовой галактике Малое Магелланово Облако. Изображение НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех.

Атомы внеземных благородных газов гелия-3 и аргона-36 были обнаружены в ловушках на Земле внутри бакиболов. Бакиболлы прибыли в кометах или астероидах и были обнаружены в породах, связанных с пермско-триасовым массовым вымиранием 250 миллионов лет назад. Изображение Дона Дэвиса и Hajv01.

Слева: сжигание угля (в основном аморфного углерода) на воздухе. Справа: бриллианты (кристаллический углерод). Мы думали сфотографировать горящие алмазы — они горят при температуре около 800 ^o C — но мы не могли себе этого позволить!

Подобные формы жизни на основе углерода доминируют на нашей планете.

ДНК. Известная молекула с двойной спиралью стала возможной благодаря способности углерода образовывать длинные молекулярные цепи.

НАСА: Углеродные нанотрубки обладают выдающейся прочностью на разрыв — на два порядка выше, чем у графитовых волокон, кевлара или стали.

Окрестности Периодической таблицы углерода

Замечательное изображение, выпущенное Майклом Стрёком под лицензией GNU Free Documentation License: структуры восьми аллотропов углерода: a) алмаз b) графит c) лонсдейлит d) C60 (бакминстерфуллерен) e) фуллерен C540 f) фуллерен C70 g) аморфный углерод з) Одностенные углеродные нанотрубки.Нажмите здесь для увеличения изображения.

Внешний вид и характеристики

Вредные воздействия:

Чистый углерод имеет очень низкую токсичность. Вдыхание большого количества сажи (сажа / угольная пыль) может вызвать раздражение и повреждение легких.

Характеристики:

Углерод может существовать в нескольких различных трехмерных структурах, в которых его атомы расположены по-разному (аллотропы).

Три обычных кристаллических аллотропа — это графит, алмаз и (обычно) фуллерены.Графен имеет двумерную кристаллическую структуру (фуллерены иногда могут существовать в аморфной форме) ⁽⁹⁾

Углерод также может существовать в аморфном состоянии. Однако многие аллотропы, обычно описываемые как аморфные, такие как стеклоуглерод, сажа или углеродная сажа, обычно имеют достаточную структуру, чтобы не быть действительно аморфными. Хотя наблюдались кристаллические нанотрубки, они обычно аморфны. ⁽¹⁰⁾

Внизу страницы показаны структуры восьми аллотропов.

Интересно, что графит — одно из самых мягких веществ, а алмаз до недавнего времени считался самым твердым веществом, встречающимся в природе.

Чрезвычайно редкий аллотроп углерода, лонсдейлит, в чистом виде был рассчитан на 58% прочнее алмаза. Лонсдейлит представляет собой алмазоподобную углеродную сетку с гексагональной структурой графита. Это происходит, когда метеориты, содержащие графит, попадают в другое тело, например, на Землю. Высокие температуры и давление при ударе превращают графит в лонсдейлит.

Углерод имеет самую высокую температуру плавления / сублимации среди всех элементов и в форме алмаза имеет самую высокую теплопроводность среди всех элементов.

Высокая теплопроводность

Diamond является источником сленгового термина «лед». При типичных комнатных температурах температура вашего тела выше, чем в комнате, включая любые большие бриллианты, которые могут случайно оказаться поблизости. Если вы прикоснетесь к любому из этих алмазов, их высокая теплопроводность унесет тепло от вашей кожи быстрее, чем любой другой материал.Ваш мозг интерпретирует эту быструю передачу тепловой энергии от вашей кожи как означающую, что вы касаетесь чего-то очень холодного, поэтому бриллианты при комнатной температуре могут ощущаться как лед.

Использование углерода

Углерод (в форме угля, который в основном состоит из углерода) используется в качестве топлива.

Графит используется для кончиков карандашей, высокотемпературных тиглей, сухих ячеек, электродов и в качестве смазки.

Алмазы используются в ювелирных изделиях и, поскольку они очень твердые, в промышленности для резки, сверления, шлифования и полировки.

Технический углерод используется в качестве черного пигмента в печатных красках.

Углерод может образовывать сплавы с железом, наиболее распространенным из которых является углеродистая сталь.

Радиоактивный изотоп ¹⁴ C используется для археологического датирования.

Соединения углерода важны во многих областях химической промышленности — углерод образует огромное количество соединений с водородом, кислородом, азотом и другими элементами.

Численность и изотопы

Изобилие земной коры: 200 частей на миллион по весу, 344 частей на миллион по молям

Солнечная система изобилия: 3000 частей на миллион по весу, 300 частей на миллион по молям

Стоимость, чистая: 2 $.4 на 100 г

Стоимость, оптом: $ за 100 г

Источник: Углерод можно получить путем сжигания органических соединений при недостатке кислорода. Четыре основных аллотропа углерода — это графит, алмаз, аморфный углерод и фуллерены.

Природные алмазы найдены в кимберлитах древних вулканов.

Графит также встречается в природных месторождениях.

Фуллерены были обнаружены как побочные продукты экспериментов с молекулярными пучками в 1980-х годах.

Аморфный углерод является основным компонентом древесного угля, сажи (технического углерода) и активированного угля.

Изотопы: 13, период полураспада которых известен, с массовыми числами от 8 до 20. Встречающийся в природе углерод представляет собой смесь двух изотопов, и они находятся в указанных процентах: ¹² C (99%) и ¹³ C ( 1%).

Изотоп ¹⁴ C с периодом полураспада 5730 лет широко используется для датирования углеродистых материалов, таких как древесина, археологические образцы и т. Д., Возрастом примерно до 40 000 лет.

Список литературы

1. Роберт Э. Кребс, История и использование химических элементов нашей Земли: справочное руководство., (2006) p192. Издательская группа «Гринвуд»
2. Мэри Эльвира Уикс, Открытие элементов. I. Элементы, известные древнему миру., J. Chem. Образов., 1932, 9 (1), с4
3. Джессика Эльзея Когель, Промышленные минералы и горные породы: товары, рынки и использование., (2006) p507. SME.
4. Аманда С. Барнард, Формула алмаза: синтез алмаза — геммологическая перспектива., (2000) стр. 3. Баттерворт-Хайнеманн
5. Роберт М. Хазен, Создатели бриллиантов. (1999), стр.145.Издательство Кембриджского университета.
6. Джонатан В. Стид, Джерри Л. Этвуд, Супрамолекулярная химия. (2009) p423. Вайли.
7. Нобелевская премия по химии, 1996
8. Что нам нужно для изготовления шины?
9. Мин Гао и Хуэй Чжан, Получение аморфной пленки фуллерена., Physics Letters A Volume 213, Issues 3-4, 22 апреля 1996 г., страницы 203-206
10. Рон Дагани, Nanotube Magic, Materials Research, 16 апреля 2001 г., том 79, номер 16 CENEAR 79 16 стр. 6.

Цитируйте эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

  Углерод 
 

или

  Факты об углеродных элементах 
 

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:

 «Карбон». Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 25 июля. 2014. Интернет.
. 

Алюминий — экспертная письменная, удобная информация об элементах

Химический элемент алюминий классифицируется как другой металл.Он был открыт в 1750-х годах Андреасом Маргграфом.

Зона данных

Классификация:	Алюминий — это «другой металл»
Цвет:	серебристый
Атомный вес:	26,98 154 г / моль
Состояние:	цельный
Температура плавления:	660,32 o С, 933,57 К
Температура кипения:	2466.85 o C, 2740,00 K
Электронов:	13
Протонов:	13
Нейтроны в наиболее распространенном изотопе:	14
Электронные оболочки:	2,8,3
Электронная конфигурация:	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1
Плотность при 20 o C:	2.702 г / см 3

Показать больше, в том числе: тепла, энергии, окисления,
реакций, соединений, радиусов, проводимости

Атомный объем:	9,98 см 3 / моль
Состав:	fcc: гранецентрированный кубический
Твердость:	2,8 МОС
Удельная теплоемкость	0,90 Дж г -1 K -1
Теплота плавления	10.790 кДж моль -1
Теплота распыления	326 кДж моль -1
Теплота испарения	293,40 кДж моль -1
1 st энергия ионизации	577,6 кДж моль -1
2 nd энергия ионизации	1816,6 кДж моль -1
3 rd энергия ионизации	2744.7 кДж моль -1
Сродство к электрону	42,6 кДж моль -1
Минимальная степень окисления	0
Мин. общее окисление нет.	0
Максимальное число окисления	3
Макс. общее окисление нет.	3
Электроотрицательность (шкала Полинга)	1,61
Объем поляризуемости	8.3 Å 3
Реакция с воздухом	мягкая, с высотой ⇒ Al 2 O 3
Реакция с 15 M HNO 3	пассивированный
Реакция с 6 M HCl	мягкий, ⇒ H 2 , AlCl 3
Реакция с 6 М NaOH	мягкий, ⇒ H 2 , [Al (OH) 4 ] —
Оксид (ов)	Al 2 O 3
Гидрид (ы)	AlH 3
Хлорид (ы)	AlCl 3 и Al 2 Cl 6
Атомный радиус	125 вечера
Ионный радиус (1+ ион)	–
Ионный радиус (2+ ионов)	–
Ионный радиус (3+ иона)	53.17:00
Ионный радиус (1-ионный)	–
Ионный радиус (2-ионный)	–
Ионный радиус (3-ионный)	–
Теплопроводность	237 Вт м -1 К -1
Электропроводность	37,6676 x 10 6 S м -1
Температура замерзания / плавления:	660.32 o С, 933,57 К

Луи де Морво считал, что в оксиде алюминия можно обнаружить новый металл. Он был прав, но не смог изолировать это. Де Морво разработал первый систематический метод обозначения химикатов, и, как мы видим, он был пионером в области воздухоплавания.

Периодическая таблица алюминия
Окрестности

Открытие алюминия

Доктор Дуг Стюарт

Люди использовали квасцы с древних времен для окрашивания, дубления и остановки кровотечений.Квасцы — сульфат алюминия калия.

В 1750-х годах немецкий химик Андреас Маргграф обнаружил, что может использовать раствор щелочи для осаждения нового вещества из квасцов. Маргграф ранее был первым человеком, выделившим цинк в 1746 году.

Вещество Маргграф, полученное из квасцов, было названо глиноземом французским химиком Луи де Морво в 1760 году. Теперь мы знаем, что глинозем — это оксид алюминия — химическая формула Al ₂ O ₃ .

Де Морво полагал, что оксид алюминия содержит новый металлический элемент, но, как и Маргграф, он не смог извлечь этот металл из его оксида. ^{(1), (2)}

В 1807 или 1808 годах английский химик Хамфри Дэви разложил глинозем в электрической дуге, чтобы получить металл. Металл был не чистым алюминием, а сплавом алюминия и железа.

Дэви назвал новый металл алюминием, а затем переименовал его в алюминий. ⁽³⁾

Алюминий был впервые выделен в 1825 году Гансом Кристианом Эрстедом (Эрстед) в Копенгагене, Дания, который сообщил, что «кусок металла, который по цвету и блеску несколько напоминает олово».

Эрстед производил алюминий путем восстановления хлорида алюминия с помощью калийно-ртутной амальгамы.Ртуть удаляли нагреванием, чтобы остался алюминий.

Немецкий химик Фридрих Велер (Велер) повторил эксперимент Эрстеда, но обнаружил, что он дал только металлический калий. Двумя годами позже Велер разработал этот метод, введя в реакцию улетучившийся трихлорид алюминия с калием с образованием небольших количеств алюминия. ⁽¹⁾

В 1856 г. Берцелиус заявил, что в 1827 г. преуспел Вёлер. Поэтому открытие обычно приписывают Вёлеру.

Совсем недавно Фог повторил первоначальные эксперименты и показал, что метод Эрстеда может дать удовлетворительные результаты.

Это укрепило приоритет оригинальной работы Орстеда и его позицию первооткрывателя алюминия. ⁽⁴⁾

В течение почти трех десятилетий алюминий оставался новинкой, дорогим в производстве и более ценным, чем золото, пока в 1854 году Анри Сен-Клер Девиль в Париже, Франция, не нашел способ заменить калий гораздо более дешевым натрием в реакции выделения алюминия. Затем алюминий стал более популярным, но, поскольку он все еще был довольно дорогим, использовался в декоративных, а не практических ситуациях.

Наконец, в 1886 году американский химик Чарльз Мартин Холл и французский химик Поль Эру независимо друг от друга изобрели процесс Холла-Эру, который с небольшими затратами позволяет изолировать металлический алюминий от его оксида электролитическим способом.

Алюминий и сегодня производится по технологии Холла-Эру.

Интересные факты об алюминии

• Производство алюминия требует много энергии — 17,4 мегаватт-часов электроэнергии для производства одной метрической тонны алюминия; это в три раза больше энергии, чем требуется для производства метрической тонны стали. ⁽⁵⁾
• Алюминий — отличный металл для вторичной переработки. Переработка использует только 5% энергии, необходимой для производства алюминия из руды бокситов. ⁽⁶⁾
• Алюминий не прилипает к магнитам при нормальных условиях.
• В земной коре алюминия больше, чем любого другого металла. Приблизительно 8 процентов алюминия является третьим по распространенности элементом в коре нашей планеты после кислорода и кремния.
• Несмотря на его большое количество, в 1850-х годах алюминий был дороже золота.В 1852 году алюминий стоил 1200 долларов за килограмм, а золото — 664 доллара за килограмм.
• Цены на алюминий иллюстрируют опасность финансовых спекуляций: в 1854 году Сен-Клер Девиль нашел способ заменить калий гораздо более дешевым натрием в реакции выделения алюминия. К 1859 году алюминий стоил 37 долларов за кг; его цена упала на 97% всего за пять лет.
• Если предыдущий пункт подчеркивает опасность спекуляций, этот пункт подчеркивает один из триумфов химии: электролитический процесс Холла-Эру был открыт в 1886 году.К 1895 году цена на алюминий упала до 1,20 доллара за кг.
• Рубин представляет собой в основном оксид алюминия, в котором небольшое количество ионов алюминия заменено ионами хрома.
• Алюминий образуется при ядерном пожаре тяжелых звезд, когда протон присоединяется к магнию. (Магний сам образуется в звездах путем ядерного синтеза двух атомов углерода.) ⁽⁷⁾

Алюминий — самый распространенный металл в коре нашей планеты: больше только кислорода и кремния.Изображение предоставлено USGS.

Алюминиевый коллектор от космического корабля Genesis. Алюминий аккумулировал быстро движущиеся частицы благородного газа солнечного ветра; эти виды столкнулись и застряли в металле. Космический корабль вернулся на Землю, и благородные газы были проанализированы, чтобы узнать о происхождении Солнечной системы. Изображение NASA / JSC.

Заливка расплавленного алюминия.

Внешний вид и характеристики

Вредные воздействия:

Нет подтвержденных проблем; проглатывание может вызвать болезнь Альцгеймера

Характеристики:

Алюминий — серебристо-белый металл.Он не прилипает к магнитам (он парамагнитен, поэтому его магнетизм в нормальных условиях очень и очень слабый). Это отличный электрический проводник. Он имеет низкую плотность и высокую пластичность. Он слишком реактивен, чтобы его можно было найти в качестве металла, хотя, очень редко, можно найти самородный металл. ⁽⁸⁾

Внешний вид алюминия тусклый, а его реакционная способность пассивируется пленкой оксида алюминия, которая естественным образом образуется на поверхности металла при нормальных условиях.Оксидная пленка дает материал, устойчивый к коррозии. Пленку можно утолщать с помощью электролиза или окислителей, и алюминий в этой форме будет противостоять воздействию разбавленных кислот, разбавленных щелочей и концентрированной азотной кислоты.

Алюминий находится достаточно далеко в правой части таблицы Менделеева, что показывает некоторые намеки на поведение неметаллов, реагируя с горячими щелочами с образованием алюминатных ионов [Al (OH) ₄ ] ^— , а также более типичную реакцию металлов с кислотами для выделения газообразного водорода и образования положительно заряженного иона металла Al ³⁺ .т.е. алюминий амфотерный.

Чистый алюминий довольно мягкий и недостаточно прочный. Алюминий, используемый в коммерческих целях, содержит небольшое количество кремния и железа (менее 1%), что приводит к значительному повышению прочности и твердости.

Применение алюминия

Благодаря низкой плотности, низкой стоимости и коррозионной стойкости алюминий широко используется во всем мире.

Он используется в широком спектре продуктов: от банок для напитков до оконных рам, от лодок до самолетов.Боинг 747-400 содержит 147 000 фунтов (66 150 кг) высокопрочного алюминия.

В отличие от некоторых металлов, алюминий не имеет запаха, поэтому он широко используется в упаковке пищевых продуктов и в посуде для приготовления пищи.

Алюминий не так хорош, как серебро или медь, но является отличным проводником электричества. Кроме того, он значительно дешевле и легче этих металлов, поэтому широко используется в воздушных линиях электропередачи.

Из всех металлов только железо используется более широко, чем алюминий.

Численность и изотопы

Обилие земной коры: 8.23% по массе, 6,32% по моль

Изобилие солнечной системы: 56 частей на миллион по весу, 2,7 частей на миллион по молям

Стоимость, чистая: 15,72 доллара за 100 г

Стоимость, оптом: 0,20 $ за 100 г

Источник: Алюминий — самый распространенный металл в земной коре и третий по содержанию элемент в земной коре после кислорода и кремния. Алюминий слишком реактивен, чтобы его можно было найти в чистом виде. Бокситы (в основном оксид алюминия) — самая важная руда.

Изотопов: 15, период полураспада которых известен, массовые числа от 22 до 35.Из них только два встречаются в природе: ²⁷ Al, который является стабильным, и ²⁶ Al, который является радиоактивным с периодом полураспада 7,17 x 10 ⁵ лет. ²⁶ Al образуется в результате бомбардировки аргона космическими лучами в атмосфере Земли.

Список литературы

1. Ян Макнил, Энциклопедия истории технологий. (1996) стр.102. Рутледж
2. Дэвид Р. Лид, Справочник CRC по химии и физике. (2007) 4-3. CRC
3. Халвор Кванде, Двести лет алюминия… или это алюминий?, Журнал Общества минералов, металлов и материалов, (2008) том 60, номер 8: стр. 23-24.
4. http://www.nature.com/nature/journal/v135/n3417/abs/135638b0.html
5. Китайская алюминиевая фольга, Wall Street Journal
6. Паоло Вентура, Роберта Карини, Франческа Д’Антона, Глубокое понимание нуклеосинтеза Mg-Al в массивных AGBs и звездах SAGB., Mon. Нет. R. Astron. Soc., 2002.
.
7. Берроуз и др., Chemistry ³ , (2009) Oxford University Press, p1201.
8. Деков и др., American Mineralogist. (2009) 94: p1283-1286.

Цитируйте эту страницу

Для онлайн-ссылки скопируйте и вставьте одно из следующего:

  алюминий 
 

или

  Факты об алюминиевых элементах 
 

Чтобы процитировать эту страницу в академическом документе, используйте следующую ссылку, соответствующую требованиям MLA:

 «Алюминий». Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 26 июля 2014 г. Интернет.
. 

Неизменно полезная таблица Менделеева Химии отмечает большой день рождения

Висящие на стене квадраты выглядят как неровная стена из блоков алфавита.Буквы не составляют слова. Столбцы неровные. Эта диаграмма — символ химии — известна как Периодическая таблица элементов. Дмитрий Менделеев (MEN-duh-LAY-ev), российский ученый, работающий в Санкт-Петербурге, придумал раннюю версию. Это было 150 лет назад. Но даже сегодня эта диаграмма помогает ученым разобраться в атомах и молекулах, составляющих нашу Вселенную.

Элементы — это строительные блоки всей материи. Их атомы соединяются вместе, образуя буквально все — нас, воздух, которым мы дышим, организмы, которые разделяют наш мир, и все остальные молекулы газа или частицы массы, встречающиеся в нашей Вселенной.

Строки и столбцы периодической таблицы отображают так называемый периодический закон . Он утверждает, что общие черты между химическими элементами повторяются в регулярных паттернах по мере того, как элементы становятся больше. Эти паттерны связывают элементы со схожим химическим поведением и помогают химикам рассказать, как атомы реагируют с образованием молекул. То, как выстраиваются строки и столбцы в этой таблице, указывает на общие черты между группами связанных элементов. Понимание этих отношений помогает химикам создавать новые соединения.Это также помогает им понять, как устроена жизнь. Это даже помогает им предсказать, как будут вести себя новые материалы.

В 1869 году русский химик Дмитрий Менделеев предложил периодический закон и свою первую таблицу Менделеева. Он опубликовал эту периодическую таблицу два года спустя в учебнике « Основы химии » ( Основы химии, ). Ряд строк показывает, что химия носит периодический характер, а это означает, что определенные свойства повторяются. Основываясь на повторяющихся шаблонах, он оставил пробелы для четырех элементов, которые, как он ожидал, будут существовать.В течение 10 лет ученые откроют три из них.

Дмитрий Менделеев / Институт истории науки

Но хорошо известная таблица Менделеева — далеко не единственная таблица Менделеева. Ученые построили множество, некоторые из которых имеют самые разные формы. Некоторые разработали химики. Ученые и учителя в других областях разработали другие.

«Альтернативные формы полезны из-за различных аспектов науки, которые они иллюстрируют», — отмечает Кармен Джунта. Он химик в колледже Ле Мойн в Сиракузах, штат Нью-Йорк.Y. Эти менее традиционные периодические таблицы предоставляют способы не только выделить некоторые из особенностей химии, говорит он, но и лучше их сфокусировать.

Учителя и родители, подпишитесь на шпаргалку

Еженедельные обновления, которые помогут вам использовать Новости науки для студентов в учебной среде

В 2019 году мир отмечает периодическую таблицу Менделеева во всех ее формах и то, как она помогает организовать и осмыслить строительные блоки нашей Вселенной.

Элементарно

Сразу после Большого взрыва Вселенная состояла только из водорода и гелия — двух самых легких элементов. Гравитация сближала эти атомы во все больших количествах. В конце концов, это создаст плотные, раскаленные огненные печи, которые мы знаем как звезды. В центре этих звезд сильное давление сливало атомные ядра — центры атомов — создавая более крупные ядра.

Это медленно выкованные более крупные и тяжелые элементы. Они включали углерод, элемент, необходимый для всей жизни, какой мы ее знаем.Эти звездные кузницы также образовали кислород, которым мы должны дышать.

Создание элементов крупнее железа требовало еще большей космической огневой мощи. Тяжелые атомные ядра образовались в результате взрыва массивных умирающих звезд. Эти сверхновые силой столкнули более мелкие элементы вместе.

Менделеев в своей периодической таблице 1869 года расположил элементы в порядке возрастания массы. Он был одним из первых ученых, которые осознали, что в химии есть повторяющиеся закономерности. По мере того, как элементы становятся больше, некоторые из их свойств в конечном итоге повторяются.Некоторые элементы предпочитают реагировать, становясь положительно заряженными. Некоторые предпочитают заряжаться отрицательно. Такие закономерности позволили ученым предугадать, будут ли сочетаться разные типы элементов и как они это делают.

Менделеев написал в своем исследовательском журнале, что идея этого стола пришла ему во сне. Он начал с скандала. Но когда химические свойства повторились, он начал новую серию. Он выстроил элементы с похожим поведением в столбцы. Он оставил пробелы. Эти отверстия, рассуждал он, обозначают элементы, которые, вероятно, существовали, но еще не были обнаружены.

Когда он опубликовал эту таблицу, Менделеев предсказал свойства и массы четырех новых элементов. В конце концов все четыре были обнаружены — три всего за 10 лет.

Самая ранняя спираль была спроектирована французским геологом Александром-Эмилем Бегуайе де Шанкуртуа в 1862 году. У нее не было «рядов». Вместо этого все элементы намотаны вокруг цилиндра в одну длинную линию.

Александр-Эмиль Бегуайе де Шанкуртуа / Wikimedia Commons

Александр-Эмиль Бегуйе де Шанкуртуа был французским геологом.За семь лет до знаменитой таблицы Менделеева он создал спиральную «таблицу». Он расположил элементы в порядке их атомного веса. Он показал повторяющиеся периоды. Однако перерывов между рядами не было. Вместо этого он намотал свою длинную тонкую диаграмму на цилиндр. Таким образом, каждая строка перетекала в следующую. И похожие элементы выстроились друг над другом аккуратными столбиками.

Другие ученые составили аналогичные диаграммы. Вскоре усилия по систематизации всех известных элементов нарастали.По мере развития всех этих диаграмм одна из них стала доминирующей. Его сегодня можно встретить в классах и в учебниках по всему миру.

Каждый из 118 известных элементов имеет свой собственный химический символ — одну или две буквы, которые гордо представляют название элемента из его поля в периодической таблице. Некоторые из этих сокращений очевидны, например, H для водорода или C для углерода. Другие восходят к древним временам. Например, символ натрия — Na. Почему? На латыни натрий называется natrium .

Каждое поле в таблице имеет целое число, обычно в верхнем левом углу. Названный атомным номером, он показывает, сколько протонов или положительно заряженных частиц упаковано в ядро ​​элемента. Это ядро ​​также включает нейтроны (частицы с массой, но без заряда). Ядро окружает облако, состоящее из отрицательно заряженных электронов гораздо меньшего размера.

Нижнее число в квадрате диаграммы для каждого элемента включает цифры после десятичной точки. Это значение представляет собой атомную массу элемента.Он представляет собой среднюю массу атома этого элемента.

Периодическая таблица Менделеева проста, эффективна и продолжает давать новые эксперименты, — говорит Эрик Шерри. Он преподает химию в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Он также пишет книги о таблице Менделеева. Он описывает организационные принципы, лежащие в основе периодической таблицы, как «абсолютно важное открытие».

Двойные башни доминируют

Самая распространенная сегодня таблица Менделеева иногда известна как версия «башен-близнецов».Водород (H) венчает высокую башню слева. Гелий (He) наверху правой башни.

Периодический круглый стол расставляет элементы из массива дерева. Он разработан, чтобы показать, как электроны расположены в виде узоров внутри каждого элемента. В этой конструкции в форме дерева периоды роста становятся частью более широких дисков. Подобные элементы накладываются друг на друга. Вы можете удалить каждый слой, чтобы увидеть элементы в каждой «строке».

Гэри Кац / Институт истории науки

По мере того, как атомы становятся больше, они становятся более сложными.В этих диаграммах период в периодической таблице относится к ряду элементов, демонстрирующих некоторый повторяющийся цикл. В таблице ширина строки, также называемая периодом, определяется таким образом, чтобы сохранялась модель поведения элементов в столбце. Сначала узор повторяется в двух элементах, так что ширина ряда составляет два элемента. Затем узор повторяется в восьми элементах. Как отмечает Скерри, по мере того, как элементы становятся больше, «периоды становятся все длиннее и длиннее» — в конечном итоге с 18 элементами, а затем с 32.

Чем длиннее, тем больше периоды могут сделать базу из тяжелых элементов этой таблицы неуклюже широкой. Чтобы обойти это, диаграмма двойной башни обычно вытаскивает часть двух нижних рядов. Эти элементы размещаются внизу страницы, почти как сноски. Эти нижние ряды содержат группы элементов, известных как лантаноиды (LAN-tha-nydes) и актиниды (AK-tih-nydes).

Актиниды включают новейшие и самые крупные элементы. Многие из них радиоактивны и не встречаются в природе.Вместо этого физики делают их в лабораториях, бомбардируя более мелкие элементы друг в друга. Эти радиоактивные сверхтяжелые элементы также очень нестабильны. Это означает, что они распадаются на более мелкие элементы за доли секунды.

Чем они полезны

Периодическая таблица Менделеева может служить своего рода книгой рецептов. На диаграмме показано, как элементы соотносятся друг с другом. То, где элемент находится на столе, говорит химику, как он может или не может взаимодействовать с другими ингредиентами.Часто эти полезные характеристики включают его массу, температуру кипения и другие важные данные.

Расположение стола помогает химикам решать проблемы. Например, химики могут захотеть создать новое соединение с характеристиками, аналогичными существующему — только лучше. Таким образом, они могут искать замену с аналогичными функциями, начиная с другого элемента из того же столбца таблицы.

Настоящий дар этих таблиц, говорит Бриджит Ван Тиггелен, — это «хранение всей информации в одном месте, обучение и обмен ею.Историк, она работает европейским директором Института истории науки в Филадельфии, штат Пенсильвания,

.

Диаграмма с двумя башнями имеет много преимуществ, — говорит Марк Лич. Он работает химиком в Англии в Манчестерском столичном университете. Он утверждает, что ни одна другая таблица не может так хорошо отображать повторяющиеся шаблоны, в то же время включая другие функции.

Например, все металлы находятся слева. Справа торчат неметаллы. На этой диаграмме также показано, как изменяется размер атома и насколько легко он может отдать электрон.Такие черты важны для понимания того, как атомы будут действовать, реагировать и вступать в брак с другими, образуя молекулы.

Альтернатива Роя Александера столу Twin Tower разрезает ряды на полоски. Когда он снова собрал их вместе, получилась трехмерная версия таблицы Менделеева. Он также оказался почти идентичным тому, что был создан физиком Георгием Гамовым четверть века назад.

Рой Александр

Но диаграмма башен-близнецов не идеальна.

Химики часто спорят, например, где разместить водород и гелий.А плоская двухмерная таблица на самом деле не показывает, как строки соединяются друг с другом. Когда вы подходите к концу одного ряда, Шерри говорит: «У вас возникает ощущение, что вы как бы падаете».

Рой Александр работал строителем выставок. Ему не понравилось, как внезапно закончились ряды стола в башне близнецов. Поэтому в 1965 году он разрезал традиционную таблицу Менделеева на полоски. Затем он собрал их вместе, создав трехмерную версию.

Спустя годы он узнал, что физик Георгий Гамов построил почти идентичную таблицу в 1940-х годах.Александр вспоминает: «Было удивительно, насколько он выглядел идентичным моему патентному рисунку».

Учет все более продолжительных периодов

Когда Бегуйе де Шанкуртуа впервые создал свою периодическую таблицу, многие из крупнейших элементов еще не были обнаружены. По мере увеличения элементов общие черты повторяются все реже. В конце концов, более длинные ряды с элементами лантаноидов и актинидов сделали традиционную таблицу неуклюже широкой.

Трехмерный стол может включать эти более длинные строки, просто делая спираль шире.Канадский химик Фернандо Дюфур разработал ElemenTree, чтобы проиллюстрировать это (см. Фото). Он сделал каждый период в виде шестиугольного слоя, который содержал все элементы, которые обычно появляются в одном ряду на диаграмме с двумя башнями. Подобные элементы по-прежнему выстраиваются вертикально.

Канадский химик Фернандо Дюфур разработал ElemenTree, показанный здесь, для обработки все более крупных «рядов» в виде кольца в этой трехмерной периодической «таблице».

Ingenium / Канадские музеи науки и техники / Ingenium

Но стол в форме дерева — не единственный трехмерный ответ.В 1950-х годах учительница химии Дженни Клаусон использовала цилиндр для своего стола. Но вместо того, чтобы выпирать лишние элементы, она подтянула некоторые из них к центру.

Еще одна проблема со столом с двумя башнями — куда поместить водород и гелий. Например, водород иногда действует больше как металл. Он сбрасывает свой электрон и притягивает отрицательно заряженные ионы. В других случаях он действует как неметалл, захватывает лишний электрон и становится отрицательно заряженным. Затем он действует больше как фтор или хлор и поглощает положительные ионы.

Чтобы учесть это, химик Теодор Бенфей создал в 1960-х годах плоский спиральный столик. Он поместил водород и гелий в центр большого синего круга. Каждая из трех внешних спиц внутри круга представляет собой группу похожих элементов. Чтобы включить более крупные элементы и возрастающие периодические циклы, он добавил террасы, выступающие из круга. К ним относятся переходные металлы, лантаноиды и актиниды.

Плоский стол, такой как башни-близнецы, удобно повесить на стену или распечатать в книге.Однако Лич добавляет: «На самом деле нет причин, по которым таблица Менделеева не является трехмерной».

Развлечения и игры?

Одно из последних дополнений к растущей библиотеке периодических таблиц поступило от Европейского химического общества (ECS). Компания ECS, расположенная в Брюсселе, Бельгия, стремится привлечь внимание к относительной нехватке многих важных элементов. В нем отмечается, что в обычный сотовый телефон входит 30 элементов. И многие из этих элементов не являются широко доступными.

Одна из новейших таблиц была разработана Европейским химическим обществом. Он показывает каждый «блок» на диаграмме, размер которого соответствует его относительной численности или редкости на Земле. Показанная здесь на английском языке таблица также имеет версии на 32 других языках, включая галисийский, иврит, шотландский гэльский, русский и китайский (мандаринский).

Европейское химическое общество (CC BY-ND)

«Нам необходимо внимательно изучить нашу склонность к выбрасыванию и ненадлежащей переработке таких предметов», — утверждает ECS.«Если не будут предложены решения, мы рискуем увидеть, что многие природные элементы, из которых состоит окружающий нас мир, закончатся — будь то из-за ограниченных запасов, их расположения в зонах конфликтов или нашей неспособности полностью их переработать».

ECS признает, что этот новый стол «заставляет задуматься». И это не случайно. Он хочет, чтобы люди поняли, как важно не тратить зря «исчезающие элементы». В нем говорится, что каждый должен «задаться вопросом, действительно ли необходимы обновления наших телефонов и других электронных устройств.«А когда наша электроника умирает, — говорится в документе, -« нам нужно убедиться, что мы перерабатываем », чтобы относительно редкие элементы« не попадали на свалки и не загрязняли окружающую среду ».

Чтобы изучить, как люди используют элементы, ECS разработала бесплатную онлайн-видеоигру Elementary Escapades.

«Есть много места для новых периодических таблиц», — говорит Лич из Манчестера. Фактически, он стал хобби собирать новые и размещать их в Интернете. Он также всегда ищет старых.«Я, наверное, получаю новый каждую неделю», — говорит он.

Scerri также попросил студентов разработать новые. «У каждого из них, — говорит он, — есть свои собственные достоинства».