mariuscomper.ukEN

Chimie · tabelul lui Mendeleev · 1871–1886

Poți cântări un element pe care nu l-a văzut nimeni?

În 1871, Dmitri Mendeleev a tipărit un tabel al elementelor cu locuri goale. Într-unul dintre ele, în coloana siliciului, a scris „?72” și un nume provizoriu, eka-siliciu. Cincisprezece ani mai târziu, un chimist din Freiberg, în Saxonia, a găsit ce era acolo. Încearcă înaintea lui.

Numerele de sub simboluri sunt greutăți atomice, cum le știa Mendeleev. Căsuța încadrată cu violet, „?72”, e cea pe care o ghicești.

IIIIIIIVVVIVIIVIIIH1Li7Be9,4B11C12N14O16F191Na23Mg24Al27,3Si28P31S32Cl35,52K39Ca40?44Ti48V51Cr52Mn55Fe56Co59Ni59Cu633Cu63Zn65?68?72As75Se78Br804Rb85Sr87?Yt88Zr90Nb94Mo96100Ru104Rh104Pd106Ag1085Ag108Cd112In113Sn118Sb122Te125I1276Cs133Ba137?Di138Ce14014214614815015115215371531581601621641661688175177?Er178?La180Ta182W184190Os193Ir195Pt197Au1979Au197Hg200Tl204Pb207Bi20821021210220225227Th231235U240245246248249250
Tabelul din 1871, redesenat după foaia din Bazele chimiei: 63 de simboluri; liniile goale sunt locuri rezervate, cu greutatea pe care o aștepta Mendeleev. Semnul întrebării marchează ce socotea el nesigur. Nu sunt aceleași cu elementele cunoscute atunci: didimul (Di) s-a dovedit în 1885 a fi două elemente, iar heliul și terbiul lipsesc.

Cât cântărește elementul din căsuța „?72”?

Mendeleev ordonase elementele după greutatea atomică și le pusese una sub alta pe cele care se poartă la fel în reacții; unde cele două criterii se băteau cap în cap, ca la telur și iod, a ales asemănarea chimică și a bănuit că greutatea măsurată e greșită. Acolo unde ordinea cerea un element care nu exista pe raft, a lăsat locul liber. Despre căsuța „?72”, din coloana siliciului, a scris că noul element stă „la mijloc, între Ea și As pe de o parte, și între Si și Sn pe de alta”.

În coloana lui, elementele înrudite stau din două în două rânduri: cu două rânduri mai sus e siliciul, 28; cu două mai jos, staniul, 118. Pe același rând, în dreapta, e arsenul, 75. În stânga e tot un gol: un element pe care Mendeleev îl botezase eka-aluminiu și căruia îi dăduse greutatea 68, fără să-l fi văzut cineva. Ca să ghicești o necunoscută, trebuie să te sprijini și pe o altă necunoscută.

Estimarea ta: 50

Răspunsul, pe scurt: Mendeleev a prezis 72; Winkler a măsurat 72,32.

Mendeleev nu tipărește socoteala din care iese 72. Tipărește însă aceeași metodă pentru alte mărimi: volumul atomic al noului element îl așază între al siliciului (11) și al staniului (16) și îi dă 13 (mijlocul exact ar fi 13,5), iar greutatea seleniului o verifică prin media celor patru vecini ai lui. Aplicată aici, media dă (28 + 118 + 68 + 75) / 4 = 72,25.

Fișa scrisă înainte, fișa scrisă după

În 1886, Clemens Winkler, chimist la Academia de Mine din Freiberg, a găsit un element nou într-un mineral argintifer, argirodit, și l-a numit germaniu. A citat pe larg descrierea lui Mendeleev din 1871 și a dat apoi propriile măsurători.

Densitățile în grame pe centimetru cub. Mendeleev a mai scris că al patrulea compus va avea densitatea 0,96; Winkler n-a măsurat-o.
Mendeleev, 1871Winkler, 1886
Greutatea atomică7272,32
Densitatea metalului5,55,469
Densitatea oxidului (EsO₂ / GeO₂)4,74,703
Clorura fierbe la (°C)„100, probabil ceva mai jos”86
Compusul etilic fierbe la (°C)160aproximativ 160 (1887)
O bucată de germaniu: un metal gri, lucios, cu fețe de cristal.
Germaniu policristalin. Foto: Jurii, images-of-elements.com, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons

Cine avea dreptate: chimistul care ținea metalul sau cel care nu-l văzuse?

Primul element din lista lui Mendeleev a apărut în Franța. Pe 27 august 1875, între orele trei și patru după-amiaza, Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran a văzut în spectrul unei blende din mina Pierrefitte, în Pirinei, o linie violetă strălucitoare și alta, foarte slabă, pe care nu le avea niciun element cunoscut. L-a numit galiu.

Pe 22 noiembrie 1875, Mendeleev a scris în aceeași revistă, Comptes rendus a Academiei de Științe din Paris, că galiul e eka-aluminiul lui și că „densitatea lui va fi 5,9”.

Pe 1 mai 1876, Lecoq a publicat prima densitate măsurată, pe o bucată de 64 de miligrame: 4,7. A adăugat că rezultatul confirmă teoria, fiindcă media densităților aluminiului și indiului e 4,8.

Cui îi dai dreptate?

Pe 18 septembrie 1876, Lecoq a revenit cu metal purificat prin electroliză, care se topea la aceeași temperatură de la o probă la alta. Densitatea lui era 5,935, măsurată pe o probă de 58 de centigrame. Își pune rezultatul vechi alături de calculele lui Mendeleev, care „duceau la numărul 5,9”. Bănuia că prima bucată ținuse în ea bule de aer sau de apă.

Omul care nu văzuse metalul avusese dreptate. Încă din decembrie 1875, Lecoq ținuse să spună și altceva: nu știa de descrierea lui Mendeleev când a căutat galiul, și crede că, dacă ar fi urmat-o, ar fi căutat în locul greșit.

Galiu care se topește: un metal argintiu, pe jumătate lichid.
Galiul se topește la aproape 30 de grade; Lecoq a măsurat 30,15. Foto: Leiem, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Scandiul, recunoscut de altcineva

Al doilea element prezis a venit din Suedia, în 1879. Lars Fredrik Nilson, care l-a găsit, nu l-a legat de Mendeleev: credea că noul metal are greutatea între 160 și 180. În același an, Per Teodor Cleve a observat că se potrivește cu eka-borul: greutatea 45, față de 44 prezis, oxidul cu densitatea 3,8, față de „aproximativ 3,5”.

Câte dintre elementele prezise de Mendeleev au fost găsite?

Zece din douăzeci și patru, în lista alcătuită de istoricul chimiei Eric Scerri și reprodusă de chimistul Gábor Lente în 2019. Celelalte paisprezece nu au fost găsite niciodată.

  1. newtoniu (x)0,17negăsit
  2. coroniu0,4negăsit
  3. fără nume2negăsit
  4. fără nume8negăsit
  5. fără nume20negăsit
  6. fără nume22negăsit
  7. fără nume36negăsit
  8. eka-bor44scandiu, 1879
  9. eka-ceriu54negăsit
  10. eka-aluminiu68galiu, 1875
  11. eka-siliciu72germaniu, 1886
  12. eka-mangan100tehnețiu, 1937
  13. eka-molibden140negăsit
  14. eka-niobiu146negăsit
  15. eka-cadmiu155negăsit
  16. eka-iod170negăsit
  17. eka-cesiu175negăsit
  18. gaz inert137–180negăsit
  19. tri-mangan190reniu, 1925
  20. dvi-telur212poloniu, 1898
  21. fără numeastatin, 1940
  22. dvi-cesiu220franciu, 1939
  23. fără numeactiniu, 1899
  24. eka-tantal235protactiniu, 1913

găsit (anul) negăsit

Cele 24 de elemente prezise, în ordinea greutății pe care le-o dădea Mendeleev.

Cele mai multe goluri false vin din pământurile rare, un grup de metale pe care Mendeleev nu a reușit să le așeze în tabel. Cele mai ciudate vin din 1902: două elemente mai ușoare decât hidrogenul, dintre care unul, „x”, sau newtoniu, ar fi fost eterul prin care se credea că circulă lumina, cu greutatea de cel mult 0,17. Celălalt, coroniul, trebuia să explice o linie verde din coroana Soarelui. Linia s-a dovedit a fi a fierului care a pierdut treisprezece electroni.

Au convins predicțiile?

Istoricii nu sunt de acord. Unii filozofi ai științei, între care Patrick Maher și Peter Lipton, citează Medalia Davy a Societății Regale din 1882 ca semn că predicțiile i-au adus recunoașterea. Eric Scerri și John Worrall răspund că textul medaliei nu pomenește predicțiile, iar medalia a fost acordată în comun lui Mendeleev și lui Lothar Meyer, care nu făcuse asemenea predicții. Samuel Schindler a numărat articolele din anul fiecărei descoperiri care citau tabelul și pomeneau noul element: 15 din 27 pentru galiu (1875), 13 din 21 pentru scandiu (1879) și 7 din 26 pentru germaniu (1886). Germaniul, a treia predicție împlinită și cea mai detaliată, e pomenit în cele mai puține.

Câte elemente se cunoșteau în anul în care te-ai născut?

Scrie anul tău sau al unui bunic. Tabelul se aprinde doar cu elementele identificate până atunci.

HHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRnFrRaAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLrRfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvTsOg

Un element intră în tabel în anul primei publicări în care a fost identificat ca element nou, dacă identificarea a fost recunoscută ulterior; cele cunoscute din Antichitate sunt aprinse de la început. Pentru unele elemente, sursele dau ani diferiți; regula și excepțiile sunt la final.

Elemente cunoscute
186964
190083
195098
2000114
azi118

Ce element a fost descoperit în România?

Telurul, singurul element descoperit pentru prima dată într-un minereu scos de pe teritoriul de azi al României. În 1782, în Transilvania habsburgică, Franz-Joseph Müller von Reichenstein, înalt funcționar al administrației minelor din Transilvania, a cercetat un minereu de aur din mina Mariahilf de la Fața Băii, lângă Zlatna, în județul Alba. Metalul din el nu semăna cu niciunul cunoscut; Müller i-a spus „metallum problematicum” și a publicat rezultatele la Viena, între 1783 și 1785.

A trimis mostre chimistului suedez Torbern Bergman, care a murit în 1784 fără să le fi analizat. Abia în ianuarie 1798, la Berlin, Martin Heinrich Klaproth a confirmat elementul, i-a recunoscut descoperirea lui Müller și l-a numit telur, de la cuvântul latin tellus, pământ. Între timp, în 1789, chimistul maghiar Pál Kitaibel îl găsise independent, într-un minereu din Ungaria. Tot Müller a descris minereul numit azi silvanit, după Transilvania.

Silvanit din Transilvania: cristale argintii, subțiri, pe rocă.
Silvanit, minereu de aur și telur, din Transilvania. Foto: jsj1771, Museum of Geology, South Dakota School of Mines, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons

Moldaviul, elementul care n-a rămas

În 1936, fizicianul Horia Hulubei, care lucra la Paris cu Yvette Cauchois, a anunțat în Comptes rendus că a găsit în spectrul de raze X al unui mineral urme ale elementului 87, locul gol de sub cesiu. Un an mai târziu i-a propus numele moldaviu. Fizicianul american Frederick Hirsh a contestat rezultatul în 1937. În 1939, Marguerite Perey, de la Institutul Curie, a arătat că elementul 87 apare în dezintegrarea actiniului; ei i s-a recunoscut descoperirea, iar elementul se numește franciu.

Argumentul decisiv împotriva moldaviului e fizic: Hulubei își numea elementul „nefugitiv”, adică, se pare, stabil, și destul de abundent în mineral cât să dea linii de raze X. Elementul 87 nu are niciun izotop stabil; cel mai longeviv se înjumătățește în aproximativ 22 de minute, iar în minereurile de uraniu apare doar în urme infime, refăcute continuu prin dezintegrare. Hulubei a anunțat și elementul 85, pe care l-a numit „dor” în 1944; descoperirea a fost atribuită echipei de la Berkeley, din 1940, care l-a numit astatin. Istoricii Brett Thornton și Shawn Burdette au susținut în 2010 că în probele lui Hulubei și Cauchois exista astatin; îndoiala e dacă aparatul lor îl putea detecta. Descoperirea rămâne atribuită echipei de la Berkeley.

L-a visat Mendeleev? A inventat votca de 40 de grade?

Visul. Povestea vine din amintirile geologului Aleksandr Inostranțev, publicate după moartea lui Mendeleev. Nu apare în nimic din ce a scris Mendeleev. După amintirile Olgăi Ozarovskaia, el răspundea la asemenea povești că se gândise la tabel „poate douăzeci de ani”, nu că stătuse și „deodată, gata”. Tabelul a apărut în timp ce scria un manual, Bazele chimiei.

Votca. Teza lui de doctorat, din 1865, e despre combinațiile alcoolului cu apa. Fizicianul Vladimir Shiltsev a citit-o: nicăieri nu susține că 40% ar fi concentrația ideală. Povestea apare chiar și în Istoria votcii a lui Viliam Pohliobkin, din 1991. Iar Rusia fixase 40% încă din 1843, când Mendeleev avea nouă ani.

Câte elemente are tabelul periodic azi și care e următoarea căsuță goală?

Tabelul are 118 elemente. Ultimele patru, nihoniu, moscoviu, tenesin și oganeson, au primit numele pe 28 noiembrie 2016. Elementele 119 și 120 nu au fost obținute încă.

În 2024, laboratorul Berkeley a obținut, cu un fascicul de titan-50, doi atomi de livermoriu în 22 de zile de lucru, ca experiment pregătitor pentru elementul 120; directorul diviziei de știință nucleară a laboratorului estima că 120 va cere de circa zece ori mai mult timp. În Japonia, institutul RIKEN bombardează curiu cu vanadiu ca să obțină 119; la un raport din mai 2025, căutarea era în curs și nu se anunțase nicio descoperire.

Ca și căsuța „?72”, căsuța 119 are deja fișa scrisă dinainte. Calculele dau pentru prima energie de ionizare a elementului 119 aproximativ 4,78 electronvolți, mai mult decât la franciu (4,07) și la cesiu (3,89). În manual, metalele din prima grupă devin tot mai reactive în jos. Pentru 119, calculele țin cont de relativitate, fiindcă electronii interiori se mișcă foarte repede, și prezic că tendința se întoarce. Nimeni nu a putut verifica: elementul nu a fost obținut.

Surse și metodă

Tabelul din 1871 e redesenat după foaia din «Основы химии», căsuță cu căsuță; greutățile sunt cele tipărite atunci, nu cele de azi. Proprietățile prezise vin din textul german din 1871, retipărit în 1895; cele măsurate, din articolele lui Winkler din 1886 și 1887. Densitatea compusului etilic nu a fost măsurată de Winkler.

Anul fiecărui element e anul primei publicări care l-a identificat ca element nou și a fost recunoscută ulterior; heliul intră în 1868, după linia din spectrul Soarelui, fluorul în 1810, când Ampère l-a propus ca element. Unde Societatea Regală de Chimie și alte liste dau alți ani, am păstrat regula.

Lista celor 24 de elemente prezise e cea din tabelul 3 al lui Lente (2019), alcătuit după Scerri.

Fotografii

Tot despre atomi, pe acest site