RW Space

Периодическая таблица элементов, созданная русским химиком Дмитрием Менделеевым (1834–1907), в прошлом году отметила свое 150-летие. Трудно переоценить ее важность как организующего принципа в химии — все начинающие химики знакомятся с ней с самых ранних этапов своего образования.

Учитывая важность таблицы, можно простить мысль, что порядок элементов больше не является предметом обсуждения. Однако два ученых из Москвы, России, недавно опубликовали предложение о новом порядке.

Давайте сначала рассмотрим, как была разработана таблица Менделеева. К концу 18 века химики четко понимали разницу между элементом и соединением: элементы были химически неделимы (например, водород, кислород), тогда как соединения состояли из двух или более элементов в комбинации, обладающих свойствами, совершенно отличными от составляющих их элементов.

К началу 19 века появились хорошие доказательства существования атомов. А к 1860-м годам можно было перечислять известные элементы в порядке их относительной атомной массы — например, водород был 1, а кислород 16.

Разумеется, простые списки одномерны по своей природе. Но химики знали, что некоторые элементы имеют довольно похожие химические свойства: например, литий, натрий и калий или хлор, бром и йод.

Казалось, что-то повторяется, и, размещая химически похожие элементы рядом друг с другом, можно построить таблицу. Так родилась таблица Менделеева.

Важно отметить, что периодическая таблица Менделеева была получена эмпирическим путем на основе наблюдаемого химического сходства определенных элементов. Только в начале 20 века, после того, как была установлена структура атома и после развития квантовой теории, появилось теоретическое понимание ее структуры.

Элементы теперь были упорядочены по атомному номеру (количеству положительно заряженных частиц, называемых протонами в атомном ядре), а не по атомной массе, но также по химическому сходству.

Новое предложение.

Последняя попытка упорядочить элементы другим образом была недавно опубликована в Journal of Physical Chemistry учеными Захедом Аллахьяри и Артемом Огановым.

Их подход, заключается в назначении каждому элементу так называемого числа Менделеева (MN).

Есть несколько способов получить такие числа, но последнее исследование использует комбинацию двух фундаментальных величин, которые можно измерить напрямую: атомного радиуса элемента и свойства, называемого электроотрицательностью, которое описывает, насколько сильно атом притягивает электроны к себе.

Если упорядочить элементы по их MN, неудивительно, что ближайшие соседи имеют довольно похожие MN. Но гораздо полезнее сделать еще один шаг и построить двумерную сетку на основе MN составляющих элементов в так называемых «бинарных соединениях».

Это соединения, состоящие из двух элементов, таких как хлорид натрия, NaCl.

В чем преимущество такого подхода? Важно отметить, что это может помочь предсказать свойства бинарных соединений, которые еще не были созданы. Это полезно при поиске новых материалов, которые могут понадобиться как для будущих, так и для существующих технологий. Со временем, без сомнения, это будет распространено на соединения, содержащие более двух элементарных компонентов.

Хороший пример важности поиска новых материалов можно оценить, рассмотрев периодическую таблицу, показанную на рисунке ниже.

Эта таблица иллюстрирует не только относительное количество элементов (чем больше прямоугольник для каждого элемента, тем их больше), но также выделяет потенциальные проблемы, относящиеся к технологиям, которые стали повсеместными и важными в нашей повседневной жизни.

Возьмем, к примеру, мобильные телефоны. Все элементы, используемые при их производстве, обозначены значком телефона, и вы можете видеть, что некоторых необходимых элементов становится мало.

Если нам нужно разработать материалы-заменители, в которых не используются определенные элементы, информация, полученная в результате упорядочивания элементов их MN, может оказаться ценным в этом поиске.

Спустя 150 лет мы можем видеть, что периодические таблицы — это не просто жизненно важный образовательный инструмент, они остаются полезными для исследователей в их поисках важных новых материалов. Но мы не должны думать о новых версиях как о замене класической. Наличие множества различных таблиц и списков только помогает нам лучше понять, как ведут себя элементы.

Ник Норман, профессор химии Бристольского университета.

Статья переиздана из The Conversation.