Cercetătorii vor să schimbe Tabelul lui Mendeleev. Cum va afecta acest lucru chimia

Tabelul periodic al elementelor, creat de chimistul rus, Dmitry Mendeleev (1834-1907), a sărbătorit anul trecut 150 de ani. Tabelul lui Mendeleev are o importanță de necontestat ca principiu de organizare în chimie – toți chimiștii în devenire se familiarizează cu el încă din primele etape ale educației lor.

Cu toate acestea, doi oameni de știință din Moscova au publicat recent o propunere pentru o nouă ordine a elementelor din cadrul tabelului.

Să analizăm mai întâi cum a fost dezvoltat tabelul periodic

Până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, chimiștii erau clari cu privire la diferența dintre un element și un compus: elementele erau indivizibile din punct de vedere chimic (exemplele sunt hidrogenul, oxigenul), în timp ce compușii constau din două sau mai multe elemente în combinație, având proprietăți destul de distincte de elementele lor componente.

La începutul secolului al XIX-lea, existau dovezi circumstanțiale bune pentru existența atomilor. Și până în anii 1860, era posibil să enumerăm elementele cunoscute în ordinea masei lor atomice relative – de exemplu, hidrogenul era 1 și oxigenul 16.

Un avion prăbușit într-o zonă turistică din Brazilia: 10 persoane și-au pierdut viața

Se spală în Ajun de Crăciun, pe 24 decembrie? Zilele în care nu sunt interzise treburile casnice

Listele simple, desigur, sunt de natură unidimensională. Chimiștii erau însă conștienți de faptul că anumite elemente au proprietăți chimice destul de similare: de exemplu litiu, sodiu și potasiu sau clor, brom și iod. Ceva părea să se repete și așezând elementele similare din punct de vedere chimic unul lângă celălalt, se putea construi o masă bidimensională. Așa s-a născut tabelul periodic.

Important, tabelul periodic al lui Mendeleev a fost derivat empiric pe baza asemănărilor chimice observate ale anumitor elemente. Abia la începutul secolului al XX-lea, după ce structura atomului a fost stabilită și în urma dezvoltării teoriei cuantice, a apărut o înțelegere teoretică a structurii sale.

Elementele erau acum ordonate după numărul atomic (numărul de particule încărcate pozitiv numite protoni din nucleul atomic), mai degrabă decât prin masa atomică, dar și prin similitudini chimice. Dar acestea din urmă au urmat din dispunerea electronilor care se repetă în așa-numitele „cochilii” la intervale regulate. În anii 1940, majoritatea manualelor aveau un tabel periodic similar cu cele pe care le vedem astăzi, așa cum se arată în figura de mai jos.

Există mai multe versiuni pentru Tabelul lui Mendeleev

Ar fi de înțeles să credem că acesta ar fi sfârșitul problemei. Totuși, nu este așa. O simplă căutare pe internet va dezvălui tot felul de versiuni ale tabelului periodic. Există versiuni scurte, versiuni lungi, versiuni circulare, versiuni spiralate și chiar versiuni tridimensionale. Multe dintre acestea, cu siguranță, sunt pur și simplu modalități diferite de a transmite aceleași informații, dar continuă să existe dezacorduri cu privire la locul în care ar trebui plasate unele elemente.

Amplasarea precisă a anumitor elemente depinde de proprietățile particulare pe care dorim să le evidențiem. Astfel, un tabel periodic care conferă supremație structurii electronice a atomilor va diferi de tabelele pentru care criteriile principale sunt anumite proprietăți chimice sau fizice.

Aceste versiuni nu diferă prea mult, dar există anumite elemente – de exemplu hidrogenul – pe care le-ai putea plasa destul de diferit în funcție de proprietatea particulară pe care dorești să o evidențiezi. Unele tabele plasează hidrogenul în grupa 1, în timp ce în altele se află în partea de sus a grupului 17. Alte tabele îl au chiar într-un grup pe cont propriu.

Cu toate acestea, mai radical, putem lua în considerare și ordonarea elementelor într-un mod foarte diferit, unul care nu implică numărul atomic sau nu reflectă structura electronică – revenind la o listă unidimensională.

Ce spune noua propunere de aranjare a elementelor în Tabelul lui Mendeleev

Cea mai recentă încercare de a ordona elementele a fost publicată recent în Journal of Physical Chemistry de către oamenii de știință Zahed Allahyari și Artem Oganov. Abordarea lor, bazată pe lucrările anterioare ale altora, este de a atribui fiecărui element ceea ce se numește un număr Mendeleev (MN). Există mai multe modalități de a obține astfel de numere, dar cel mai recent studiu folosește o combinație de două mărimi fundamentale care pot fi măsurate direct: raza atomică a unui element și o proprietate numită electronegativitate, care descrie cât de puternic atrage un atom electroni spre el însuși.

Dacă unul ordonează elementele după MN-ul lor, vecinii cei mai apropiați au, în mod surprinzător, MN-uri destul de similare. Dar este mai util să duci un pas mai departe și să construiești o grilă bidimensională bazată pe MN a elementelor constitutive din așa-numiții „compuși binari”. Aceștia sunt compuși formați din două elemente, cum ar fi clorura de sodiu, NaCI.

Care este beneficiul acestei abordări? Foarte important, poate ajuta la prezicerea proprietăților compușilor binari care nu au fost încă realizați. Acest lucru este util în căutarea de noi materiale care probabil vor fi necesare atât pentru tehnologiile viitoare, cât și pentru cele existente. În timp, fără îndoială, acest lucru va fi extins la compușii cu mai mult de două componente elementare.

La ce ne ajută găsirea de noi elemente chimice

Un bun exemplu al importanței căutării de noi materiale poate fi apreciat luând în considerare tabelul periodic prezentat în figura de mai jos. Acest tabel ilustrează nu numai abundența relativă a elementelor (cu cât este mai mare caseta pentru fiecare element, cu atât mai mult din acesta există), dar evidențiază și problemele potențiale de aprovizionare relevante pentru tehnologiile care au devenit omniprezente și esențiale în viața noastră de zi cu zi.

Ia ca exemplu telefoane mobile. Toate elementele utilizate la fabricarea lor devin rare. Dacă dorim să dezvoltăm materiale de înlocuire care să evite utilizarea anumitor elemente, ideile obținute din ordonarea elementelor de către MN-ul lor se pot dovedi valoroase.

După 150 de ani, putem vedea astfel că tabelele periodice nu sunt doar un instrument educațional vital, ele rămân utile pentru cercetători în căutarea de noi materiale esențiale. Dar nu ar trebui să ne gândim la versiunile noi ca la înlocuiri pentru reprezentările anterioare. A avea multe tabele și liste diferite servește în esență doar pentru a ne aprofunda înțelegerea modului în care se comportă elementele.