Γιώργος Πασχαλίδης
Med Χημικός-Γεωλόγος, Διευθυντής 2ου γυμνασίου Νεάπολης
Ο περιοδικός πίνακας των χημικών στοιχείων είναι ίσως η πλέον αναγνωρίσιμη εικόνα της επιστήμης της Χημείας. Βρίσκεται κρεμασμένος σε κάθε χημικό εργαστήριο του κόσμου, εμφανίζεται σε πολλές κινηματογραφικές ταινίες, ενώ υπάρχει πάντα στις πρώτες ή τις τελευταίες σελίδες κάθε βιβλίου χημείας.
Δημιουργός του σύγχρονου περιοδικού πίνακα θεωρείται ο Ρώσος χημικός Ντμίτρι Ιβάνοβιτς Μεντελέγιεφ (1834-1907), ο οποίος δημοσίευσε μια πρώιμη μορφή του το 1869 και από τότε ο πίνακας επεκτείνεται και βελτιώνεται μέχρι τις μέρες μας.
Υπήρξαν όμως προσπάθειες ταξινόμησης των χημικών στοιχείων πριν από τον Μεντελέγιεφ ; Και ποιες ήταν οι σημαντικότερες απ’ αυτές ;
Μία από τις πρώτες αναφορές κατάταξης των χημικών στοιχείων ήταν από το θεμελιωτή της σύγχρονης χημείας, Γάλλο χημικό Αντουάν Λωράν ντε Λαβουαζιέ (1743-1794) ο οποίος, στο βιβλίο του «Traité Élémentaire de Chimie» (1789), ταξινομεί τα στοιχεία σε Μέταλλα, Αμέταλλα, Αέρια και Γαίες.
Στις αρχές του 19ου αιώνα όταν άρχισαν και οι πρώτες προσπάθειες να μπουν όλα τα γνωστά στοιχεία σε μια τάξη με βάση κάποια κοινά τους γνωρίσματα ήταν γνωστά μόνο είκοσι οκτώ στοιχεία. Η έλλειψη όμως της γνώσης των ατομικών βαρών (σήμερα ονομάζονται Σχετικές Ατομικές Μάζες) με ακρίβεια, δυσκόλευε την οριζόντια ταξινόμηση των στοιχείων, ενώ και η απουσία εννοιών όπως «σθένος» ή «αριθμός οξείδωσης» δυσκόλευε και την κάθετη ταξινόμηση.
Εικόνα 1. Τα γνωστά χημικά στοιχεία το 1800 τοποθετημένα στη σύγχρονη μορφή του περιοδικού πίνακα
Πολλοί χημικοί αναζήτησαν μαθηματικές σχέσεις μεταξύ των ατομικών βαρών των στοιχείων συμπεριλαμβανομένου του Βαυαρού χημικού και υγιεινολόγου Μαξ Τζόζεφ Πεττενκόφερ (1818 – 1901), του Άγγλου Τζων Χολ Γκλάντστοουν (1827-1902), του Αμερικανού Τζόσουα Πάρσονς Κουκ (1827 -1894) και του Αμερικανού Μάθιου Κάρευ Λία (1823-1897).
Το 1812 ο Άγγλος χημικός Sir Χάμφρι Ντέιβι (1778 – 1829) παρατήρησε ομοιότητες στις χημικές ιδιότητες μεταξύ πλατίνας και χρυσού, αντιμονίου και τελλουρίου αλλά και μεταξύ καλίου, νατρίου και βαρίου.
Η πρώτη αξιόλογη προσπάθεια ταξινόμησης έγινε το 1817 και το 1829 όταν ο Γερμανός χημικός Γιόχαν Βόλφγκανγκ Ντομπεράινερ (1780-1849), προσπάθησε να κατατάξει μερικά από τα τότε γνωστά χημικά στοιχεία σε μικρές και απλές υποομάδες. Παρατήρησε ότι τρία στοιχεία μαζί όπως τα χλώριο-βρώμιο-ιώδιο ή ασβέστιο-στρόντιο-βάριο, μπορούσαν να ταξινομηθούν σε ομάδες τις οποίες ονόμασε Τριάδες. Σε κάθε τριάδα, το ατομικό βάρος του μεσαίου στοιχείου είναι κατά προσέγγιση ο μέσος όρος των ατομικών βαρών των δύο άλλων στοιχείων.
Εικόνα 2. Το μοντέλο των τριάδων του Ντομπεράινερ
Παρόμοια σχέση βρήκε ο Ντομπεράινερ και για τους ατομικούς αριθμούς των στοιχείων αλλά και για τις πυκνότητες των στοιχείων των τριάδων. Επίσης, τα στοιχεία της ίδιας τριάδας είχαν παρόμοιες ιδιότητες όπως για παράδειγμα τα στοιχεία της τριάδας λίθιο-νάτριο-κάλιο αντιδρούν με το νερό σε θερμοκρασία δωματίου, σχηματίζουν χλωριούχα άλατα με παρόμοιο τύπο LiCl-NaCl-KCl, σχηματίζουν παρόμοια υδρίδια LiH-NaH-KH. Η ταξινόμηση του Ντομπεράινερ όμως δεν ήταν επιτυχημένη διότι υπήρχαν τριάδες στοιχείων με παρόμοιες ιδιότητες στις οποίες δεν ίσχυε η λογική του μέσου όρου των ατομικών βαρών, ενώ ανακαλύφθηκαν καινούργια χημικά στοιχεία που δεν ταίριαζαν στο μοντέλο των τριάδων. Επίσης, η επέκταση των τριάδων εμποδίζονταν από τη σύγχυση που υπήρχε μεταξύ «ισοδύναμου» και «ατομικού» βάρους.
Ο Γερμανός χημικός Λεοπόλντ Γκμέλιν (1788-1853) το 1827, το 1843 και το 1852 καθώς και ο Γάλλος Ζαν-Μπαπτίστ Ντουμά (1800-1884) το 1851 και το 1859 προσπάθησαν να επεκτείνουν το μοντέλο των τριάδων. Ο Ντουμά μάλιστα έψαξε για ομόλογες σειρές ανάλογες με εκείνες της οργανικής χημείας, και σύγκρινε τη διαφορά στα ατομικά βάρη των γειτονικών μελών διαφορετικών τριάδες. Επίσης επέκτεινε το μοντέλο των τριάδων του Ντομπεράινερ σε ομάδες των τεσσάρων στοιχείων : Φθόριο-Χλώριο-Βρώμιο-Ιώδιο ή Μαγνήσιο-Ασβέστιο-Στρόντιο-Βάριο.
Το 1862, ο Γάλλος ορυκτολόγος Αλεξάντρ-Εμίλ Μπεγκουβέ ντε Σανκουρτουά (1819-1886) πρότεινε για πρώτη φορά τη χρήση των ατομικών βαρών για ταξινόμηση των στοιχείων. Σχεδίασε μια ελικοειδή διάταξη με περιστροφή 45° γύρω από έναν κύλινδρο, και με υποδιαιρέσεις σε 16 τμήματα επειδή το ατομικό βάρος του οξυγόνου ήταν 16 και οι συγκρίσεις γίνονταν με αυτό. Τα στοιχεία με παρόμοιες ιδιότητες βρίσκονταν στην ίδια κάθετη γραμμή. Ονόμασε το σχέδιό του «Vis tellurique» επειδή το χημικό στοιχείο τελλούριο βρισκόταν στη μέση της περιέλιξης. Η αρχική ιδέα του Σανκουρτουά τοποθετούσε τα στοιχεία σε σωστές θέσεις και η έλικα ήταν μια σημαντική πρόοδος σε ότι αφορά στην έννοια της περιοδικότητας. Το έργο του Σανκουρτουά όμως γρήγορα αγνοήθηκε κυρίως επειδή ο ίδιος στην εργασία του δεν περιείχε διαγράμματα της έλικας. Η ελικοειδής αυτή διαμόρφωση ήρθε στην επιφάνεια ξανά το 1889, και από τότε έχει εμφανιστεί σε απλοποιημένη μορφή που υπογραμμίζει τις αρετές της και εξαλείφει τα μειονεκτήματά της.
Εικόνα 3. Απεικόνιση της Έλικας του Τελλουρίου του Σανκουρτουά
Εικόνα 4. Σελίδα από το βιβλίο του Σανκουρτουά με το Vis Tellurique
Ο Άγγλος χημικός Ουίλιαμ Όντλινγκ (1829-1921) το 1864 και το 1865 παρήγαγε πίνακες των στοιχείων, με βάση την αύξηση του ατομικού τους βάρους, αλλά έκανε και εξαιρέσεις όπου φαινόταν χημικά λογικό. Ο πίνακας του έχει ομοιότητες με το πρώτο πίνακα του Μεντελέγιεφ του 1869. Ο Όντλινγκ ήταν ο πρώτος που αντέστρεψε τη σειρά τελλουρίου (με ατομικό βάρος 129) και ιωδίου (με 127) και τοποθέτησε το τελλούριο μετά το σελήνιο και το ιώδιο μετά το βρώμιο.
Εικόνα 5. Ταξινόμηση των στοιχείων του Όντλινγκ το 1864
Το 1864, το 1865 και το 1866 ο Άγγλος Τζον Αλεξάντερ Ρέινα Νιούλαντς (1837-1898) σε μια προσπάθεια να επεκτείνει το έργο των Ντομπεράινερ και Ντουμάς και σε μια σειρά άρθρων του στα Χημικά Νέα, κατέταξε τα γνωστά στοιχεία κατά αυξανόμενο ατομικό βάρος σε επτά οριζόντιες γραμμές και οκτώ κάθετες στήλες. Κάθε στήλη αποτελούνταν από επτά στοιχεία και τα στοιχεία που βρίσκονταν σε κάθε οριζόντια γραμμή είχαν παρόμοιες ιδιότητες. Δηλαδή στην Εικόνα 6 παρόμοιες ιδιότητες είχαν μεταξύ τους, σύμφωνα με τον Νιούλαντς, τα στοιχεία Η, F, Cl και Li, Na, K αλλά υπήρχε πρόβλημα στα στοιχεία Co & Ni, Br αλλά και σε άλλα. Αποκάλεσε την κατάταξή του «Νόμο των Οκτάβων» αλλά διαπίστωσε ότι έπαιρνε ικανοποιητικά αποτελέσματα μόνο όταν χρησιμοποιούσε τα σωστά ατομικά βάρη των στοιχείων που είχε καθιερώσει ο Ιταλός χημικός Καννιτσάρο. Η ανακοίνωση του Νόμου των Οκτάβων το 1866 δεν έγινε δεκτή από την Αγγλική Χημική Εταιρεία η οποία δε δημοσίευσε την εργασία του Νιούλαντς. Ωστόσο, είκοσι τρία χρόνια αργότερα, το 1887, ο Νιούλαντς έλαβε το «Μετάλλιο Ντέιβι» από τη Βασιλική Βρετανική Εταιρεία για την εργασία του.
Εικόνα 6. Η ταξινόμηση των στοιχείων σύμφωνα με τον Νιούλαντς
Εικόνα 7. Ο Νόμος των Οκτάβων του Νιούλαντς
Το 1867 ο Γερμανός χημικός Γκουστάβους Χίνρις (1836 -1923) πρότεινε έναν κυκλικό περιοδικό πίνακα με τα στοιχεία στην ίδια ομάδα να διατάσσονται ακτινωτά από το κέντρο προς τα έξω. Δύο χρόνια αργότερα, παρήγαγε μια πιο συμπαγή έκδοση του πίνακα.
Εικόνα 8. Ο κυκλικός πίνακας του Χίνρις
Το 1864, ο Γερμανός Λόταρ Μάγιερ (1830-1895) ήταν ο πρώτος που ασχολήθηκε με την κατάταξη των στοιχείων σε μια πρωταρχική μορφή «περιοδικού πίνακα», αλλά υπήρχαν και σημαντικά κενά σε πολλά σημεία του. Το 1868 δημιούργησε έναν πίνακα παρόμοιο με του Μεντελέγιεφ αλλά πριν τον δημοσιεύσει, ο Μεντελέγιεφ δημοσίευσε τη δική του εργασία βάσει της οποίας όλα τα τότε γνωστά στοιχεία είχαν τοποθετηθεί σε έναν πίνακα.
Ο παρακάτω πίνακας παρουσιάζει όλες τις προσπάθειες ταξινόμησης χημικών στοιχείων που έγιναν από το 1789 έως το 1913, όταν ο Άγγλος Μόσλυ έδωσε τη σημερινή τελική μορφή του περιοδικού πίνακα, κατατάσσοντας τα χημικά στοιχεία με βάση τον ατομικό τους αριθμό (αριθμός πρωτονίων του πυρήνα).
|
ΕΤΟΣ |
ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΑΣ |
ΧΩΡΑ |
ΤΡΟΠΟΣ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ |
ΧΗΜ. ΣΤΟΙΧΕΙΑ |
| 1789 | Λαβουαζιέ | Γαλλία | Μέταλλα/Αμέταλλα | 28 |
| 1817 | Ντομπεράινερ | Γερμανία | Τριάδες στοιχείων | 45 |
| 1827, 43 | Γκμέλιν | Γερμανία | Τριάδες στοιχείων | 50, 54 |
| 1850 | Πεττενκόφερ | Γερμανία | Ισοδύναμα βάρη | 58 |
| 1851, 57 | Ντουμά | Γαλλία | Τριάδες και μεγαλύτερες ομάδες | 58 |
| 1852, 56 | Κρέμερς | Γερμανία | Μαθηματικές σειρές | 58 |
| 1853 | Γκλαντστόουν | Αγγλία | Τριάδες, παρόμοια ατομικά βάρη | 58 |
| 1854-55 | Κουκ | ΗΠΑ | Ομάδες των έξι | 58 |
| 1857 | Λένσσεν | Γερμανία | Τριάδες στοιχείων | 58 |
| 1857 | Όντλινγκ | Αγγλία | Τριάδες και μεγαλύτερες ομάδες | 58 |
| 1858 | Μέρσερ | Αγγλία | Σε παράλληλες ομάδες | 58 |
| 1860 | Κάρυ Λία | ΗΠΑ | Βασισμένο γύρω από Wt=45 | 58 |
| 1862 | Σανκουρτουά | Γαλλία | 3D έλικα | 61 |
| 1863 | Νιούλαντς | Αγγλία | Οκτάβες | 62 |
| 1864 | Όντλινγκ | Αγγλία | Περιοδικό σύστημα | 62 |
| 1866 | Χίνρις | ΗΠΑ | Σχέσεις ατομικών βαρών | 62 |
| 1868-70 | Μάγιερ | Γερμανία | Περιοδικό σύστημα, ατομικός όγκος | 63 |
| 1868 | Μεντελέγιεφ | Ρωσία | Περιοδικό σύστημα, χημικές ιδιότητες | 63 |
| 1882 | Μπέιλι | Αγγλία | Επεκταμένες μορφές περιοδικού πίνακα | 69 |
| 1892 | Μπάσσετ | Αγγλία | Επεκταμένες μορφές περιοδικού πίνακα | 74 |
| 1895 | Τόμσεν | Δανία | Επεκταμένες μορφές περιοδικού πίνακα | 75 |
| 1905 | Βέρνερ | Ελβετία | Επεκταμένες μορφές περιοδικού πίνακα | 83 |
| 1913 | Μόσλυ | Αγγλία | Ατομικός αριθμός | 86 |
Ο Περιοδικός Πίνακας που πρότεινε το 1869 ο Μεντελέγιεφ ήταν σαφώς ανώτερος από τους άλλους
περιοδικούς πίνακες που είχαν προταθεί από πολλές απόψεις : Ήταν περισσότερο σαφής, πιο συνεκτικός, βασισμένος στις τότε γνωστές χημικές ιδιότητες των στοιχείων και με βάση αυτόν ο Μεντελέγιεφ έκανε διάφορες ελέγξιμες προβλέψεις.
Όμως στον περιοδικό πίνακα του Μεντελέγιεφ αλλά και στον μεγάλο αυτόν Ρώσο χημικό, θα επανέλθουμε σε άλλο άρθρο.
Βιβλιογραφία
Fergusson, J. (2010). The Periodic Table: A Historical Survey Early Classifications of the Elements. Chemistry Education in New Zealand May, (May), 31–32.
Oakes, E. H. (2007). Encyclopedia of World Scientists (Revised Ed., p. 869). Infobase Publishing.
Newlands, J. A. R. (1864). On Relations Among the Equivalents. Chemical News, 10, 74–75. Retrieved (26/03/2013) from http://web.lemoyne.edu/~giunta/EA/NEWLANDSann.HTML
Newlands, J. A. R. (1865). On the Law of Octaves. Chemical News, 12(83). Retrieved (26/03/2013) from http://web.lemoyne.edu/~giunta/EA/NEWLANDSann.HTML
Newlands, J. A. R. (1884). On the discovery of the periodic law and on relations among the atomic weights (p. 47).
