הטבלה המחזורית: מפת האבני הבניין של היקום
גלו איך מנדלייב סידר את היסודות, למה השאיר מקומות ריקים, ואיך הטבלה המחזורית הפכה למפת היסודות.
מדוע אנחנו צריכים טבלה מחזורית?
לפני מנדלייב: כאוס כימי
במאה ה-19 כימאים ידעו על עשרות יסודות, אבל לא הייתה דרך לסדר אותם.
כל מדען ניסה לארגן את היסודות בדרך אחרת:
• ניסו לסדר לפי משקל אטומי - אבל זה לא הסביר למה יסודות מסוימים דומים בתכונותיהם
• ניסו לסדר לפי תכונות פיזיקליות - אבל קבוצות לא היו עקביות
לא הייתה שיטה אחידה שממש עובדת.
העולם חיכה למישהו שיבין את הסוד שמאחורי היסודות.
דמיטרי מנדלייב: האיש שפענח את הקוד
בשנת 1869, כימאי רוסי בשם דמיטרי מנדלייב יצר משהו מהפכני.
הוא סידר את היסודות לפי משקל אטומי עולה, אבל-וזה החלק הגאוני-כשהוא הגיע ליסוד עם תכונות דומות ליסוד קודם, הוא התחיל שורה חדשה.
התוצאה: יסודות עם תכונות דומות הופיעו זה מתחת לזה-בעמודות!
הפריצה של מנדלייב: שלושה עקרונות גאוניים
סידור לפי משקל
יסודות מסודרים לפי משקל אטומי עולה (כמעט תמיד).
קבוצות של תכונות
יסודות עם תכונות דומות מופיעים באותה עמודה.
השאיר חורים!
השאיר מקומות ריקים ליסודות שעוד לא התגלו!
העוז של מנדלייב: חיזוי יסודות עתידיים
אקה-אלומיניום (1869)
מנדלייב חזה קיומו של יסוד לא ידוע מתחת לאלומיניום. תיאר את משקלו ואת תכונותיו.
דוגמה: ב-1875 התגלה גליום-בדיוק עם התכונות שמנדלייב חזה!
אקה-סיליקון (1869)
חזה יסוד מתחת לסיליקון. תיאר שהוא יהיה אפור, כבד, ולא יגיב בקלות.
דוגמה: ב-1886 התגלה גרמניום-התכונות היו זהות לחיזוי!
כאשר היסודות שחזה התגלו בדיוק כפי שתיאר, העולם המדעי הבין: מנדלייב פענח את סוד הטבע.
שאלה לחשיבה
למה מנדלייב השאיר חורים בטבלה?
מנדלייב הבין שאם הוא מסדר לפי משקל אטומי, לפעמים היסוד הבא לא מתאים לעמודה הנוכחית מבחינת תכונותיו.
במקום לשבור את הדפוס, הוא השאיר מקום ריק והניח שיש יסוד שעדיין לא התגלה.
זה היה מהלך נועז-לומר "יש יסוד שאנחנו לא מכירים, אבל אני בטוח שהוא קיים!"
והוא צדק. כל היסודות שחזה התגלו מאוחר יותר.
שאלה לחשיבה
איך הטבלה המחזורית עוזרת לחזות תכונות של יסוד שלא למדנו עליו?
הטבלה המחזורית מסדרת יסודות דומים באותו טור, ולכן אפשר להסיק שגם יסוד חדש באותו טור יאבד או יקבל אלקטרונים בצורה דומה. כך אפשר לחזות תגובתיות, סוג יסוד ומספר אלקטרוני ערכיות גם בלי להכיר אותו מראש.
מה הטבלה המחזורית נותנת לנו?
מידע מיידי
רק ממיקומו של יסוד בטבלה, אפשר לדעת כמה אלקטרונים יש לו, האם הוא מתכת, ועוד.
חיזוי תגובות
יסודות באותה קבוצה מגיבים בצורה דומה-אז אם אנחנו יודעים איך אחד מתנהג, אנחנו יכולים לנחש איך האחרים יתנהגו.
גילוי יסודות חדשים
הטבלה עזרה למדענים לחפש יסודות חדשים-הם ידעו מה התכונות שהם מחפשים!
הבנת מבנה האטום
הטבלה קשורה ישירות למבנה האלקטרוני-מספר השורה = מספר קליפות, מספר העמודה קשור לאלקטרוני הערכיות.
עובדה מפתיעה
מנדלייב לא זכה בפרס נובל! למרות שהטבלה המחזורית היא אחד התגליות החשובות ביותר בכימיה.
- הוא היה מועמד לפרס נובל בכימיה בשנת 1906
- למרות התמיכה הרבה, הפרס לא הוענק לו
- נפטר שנה לאחר מכן, ב-1907
- היום, יסוד 101 (מנדלביום) נקרא על שמו לכבודו!
מספרים שמנדלייב ראה את הטבלה המחזורית בחלום!
הוא אמר: "ראיתי בחלום טבלה שבה כל היסודות התארגנו במקומם הנכון. התעוררתי ומיד רשמתי את מה שראיתי. רק בעמודה אחת היה צורך בתיקון קטן."
האם זה באמת קרה? אולי-אבל סביר שמנדלייב עבד על הבעיה כל כך הרבה עד שתת-המודע שלו המשיך לעבד אותה גם בשינה.
קלפי יסודות
מנדלייב כתב את שם ותכונות כל יסוד על כרטיס נפרד, כמו קלפי משחק.
הוא סידר ושינה את הכרטיסים פעמים רבות, עד שגילה את הדפוס הנכון.
שאלה לחשיבה
איך הטבלה המחזורית של מנדלייב שינתה את הכימיה, ולמה היא עדיין רלוונטית היום?
מנדלייב הפך את הכימיה ממדע של שינון לכלי חיזוי שיטתי. הוא הראה שיש דפוס מחזורי בתכונות היסודות, ובכך אפשר לחזות תכונות של יסודות שעוד לא התגלו. היום הטבלה עוזרת לנו להבין מבנה אלקטרוני, תגובתיות וקשרים בין יסודות.