Mendelejew i jego tablica

Każdy, kto uczęszczał do szkoły, pamięta, że jednym z obowiązkowych przedmiotów była chemia. Mogła się podobać lub nie – nie było to w tym przypadku istotne. Jednak układ okresowy pierwiastków D.I. Mendelejewa na pewno pamięta każdy. Dla wielu wciąż pozostał kolorową tabelą, której każda komórka mieści litery, oznaczające nazwy pierwiastków chemicznych.

Ten wpis nie dotyczy tylko chemii, jako takiej, ale o tym, jak powstała tabela, zmieniająca oblicze tej dziedziny. 

Zaczynamy...

Dawno temu, w 1668 roku wybitny irlandzki chemik, fizyk i teolog – Robert Boile – opublikował książkę, w której obalił wiele mitów o alchemii. Poruszył w niej temat konieczności poszukiwania niepodzielnych pierwiastków chemicznych. Naukowiec załączył ich listę, składającą się jedynie z 15 elementów, ale zakładał większą ilość. Książka stała się punktem wyjścia do poszukiwania nowych pierwiastków i ich systematyzacji.

100 lat później, francuski chemik Antoine Lavoisier ułożył nowy wykaz, do którego wchodziło już 35 pierwiastków. 23 z nich, później zostały uznane za niepodzielne. Poszukiwanie nowych pierwiastków kontynuowało wielu naukowców na całym świecie. Główną rolę w tym procesie odegrał znany rosyjski chemik Dmitrij Iwanowicz Mendelejew – jako pierwszy wysunął hipotezę o tym, że pomiędzy masą atomową pierwiastków i ich lokalizacją w systemie, może istnieć związek wzajemny.

Dzięki zestawieniu pierwiastków chemicznych Mendelejew potrafił odnaleźć powiązanie pomiędzy elementami, które mogą stanowić całość, a ich właściwości nie rozumieją się same przez się, tylko stanowią periodycznie powtarzające się zjawisko. W rezultacie w lutym 1869 roku Mendelejew sformułował pierwsze prawo okresowości; w marcu jego referat „Korelacja właściwości z masą atomową pierwiastków” został przedstawiony Rosyjskiemu Towarzystwu Chemików pod przewodnictwem Nikołaja Menszutkinowa. Tego samego roku publikacja Mendelejewa zajęła miejsce w czasopiśmie „Zeitschrift fur Chemie” w Niemczech, a w 1871 roku nową obszerną publikację naukowca, poświęconą jego wynalazkowi, opublikowało inne niemieckie czasopismo „Annalen der Chemie”.

Stworzenie układu okresowego pierwiastków

Na 1969 rok Mendelejew sformułował podstawową ideę. Dokonał tego w bardzo krótkim czasie, jednak dosyć długo nie mógł ukształtować z niej jednolitego i uporządkowanego systemu, pokazującego namacalnie związki logiczne. W jednej z rozmów ze swoim współpracownikiem A. A. Inostrancewym nawet powiedział, że wszystko już ułożył sobie w głowie, ale nie może doprowadzić tego do postaci tablicy. Po tym, według jednego z biografów Mendelejewa, naukowiec przystąpił do pracy, która trwała trzy doby bez przerw na sen. Przebrnięto przez wszelkie sposoby organizacji pierwiastków, lecz proces komplikowało to, że ówczesna nauka nie znała wielu pierwiastków. Natomiast bez względu na to, tablica w końcu została przygotowana, a pierwiastki usystematyzowano.

Legenda o śnie Mendelejewa

Wielu słyszało historię o tym, jak D.I. Mendelejewowi tablica przyśniła się w czasie drzemki. Ta wersja była aktywnie rozpowszechniana przez wspomnianego powyżej kolegę Mendelejewa A.A. Inostrancewa, jako zabawny żarcik, którym rozbawiał swoich studentów. Mówił, że Dmitrij Iwanowicz położył się do łóżka i we śnie dokładnie zobaczył swój układ, którego wszystkie pierwiastki były ułożone w poprawnym szyku. Wkrótce studenci żartowali, że w ten sam sposób została wynaleziona 40° wódka. Jednak istniały realne przesłanki, potwierdzające prawdziwość tej historii. Mendelejew pracował nad swoją tablicą bez przerw na sen i odpoczynek, gdy Inostrancew pewnego dnia zobaczył zmęczonego naukowca. W dzień Mendelejew zdecydował się na krótką drzemkę. Kilkadziesiąt minut później się obudził i od razu chwycił za kartkę, po czym narysował na niej gotową tablicę. Sam naukowiec obalał całą historię ze snem, mówiąc: „Ja nad tym być może z 20 lat się zastanawiałem, a wy myślicie: siedziałem i nagle… gotowe”. A więc legenda o śnie może i jest bardzo atrakcyjna, ale stworzenie tablicy stało się możliwe tylko dzięki zawziętości.

Dalsza praca Mendelejewa

W latach 1869 do 1871, Mendelejew rozwijał idee okresowości, które zostały przyjęte przez stowarzyszenie naukowe. Jednym z ważnych etapów tego procesu stało się zrozumienie tego, że dowolny pierwiastek w systemie musi być ulokowany ze względu na całokształt jego właściwości, w porównaniu do innych. Opierając na tym swoją ideę oraz korzystając się z wyników badań w zmianach tlenków szkłotwórczych, chemikowi udało się wprowadzić poprawki w znaczeniach mas atomowych pierwiastków takich jak: uran, ind, beryl i inne.

Mendelejew chciał, jak najszybciej wypełnić puste komórki w swoim układzie. W 1870 roku przepowiedział, że wkrótce zostaną odnalezione nieznane nauce elementy chemiczne, których masy atomowe i właściwości potrafił wyliczyć. 

Pierwszymi z nich zostały gal (odkryty w 1875 roku), skand (1879) oraz german (1885). Potem prognozy wciąż się realizowały i odnaleziono osiem nowych pierwiastków, spośród których: polon (1898), ren (1925), technet (1937), frans (1939) oraz astat (1942-1943). Nawiasem mówiąc, w 1900 D.I. Mendelejew i szkocki chemik William Ramsay doszli do wniosku, że do tablicy warto włączyć pierwiastki grupy zerowej – przed 1962 były nazywane jako inercyjne, a później jako gazy szlachetne.

Organizacja układu okresowego pierwiastków

Chemiczne elementy w tablicy Mendelejewa są ulokowane w ciągach, zgodnie z powiększeniem się ich masy, a długości rzędów dopasowane są tak, żeby znajdujące się w nich pierwiastki miały podobne właściwości. Na przykład, gazy szlachetne, takie jak radon, ksenon, krypton, argon, neon i hel słabo reagują na inne pierwiastki oraz mają niską aktywność chemiczną, przez co są umieszczone w ostatniej kolumnie. Natomiast pierwiastki z lewej kolumny (potas, sód, lit i t. p.) świetnie reagują z resztą pierwiastków, i reakcje te mają charakter wybuchowy. Wszystkie pierwiastki aż do №92 są spotykane w naturze. Od №93 zaczynają się sztuczne pierwiastki, które da się uzyskać jedynie w warunkach laboratoryjnych.

W swojej pierwotnej wersji układ okresowy był pojmowany, jako odzwierciedlenie istniejącego w naturze porządku. Bez żadnych wyjaśnień, dlaczego całość miała układać się w ten sposób. Dopiero po pojawieniu się mechaniki kwantowej, prawdziwy sens kolejności pierwiastków stał się zrozumiały.

Układ okresowy stworzony przez studentów Uniwersytetu Gdańskiego. 

Lekcje z procesu twórczego

Mówiąc o tym zagadnieniu, możemy wymienić jako przykład idee angielskiego badacza zakresu myślenia twórczego Grahama Wallasa i francuskiego naukowca Henriego Poincarego.

Zgodnie z badaniami Poincarego (1908) i Grahama Wallasa (1926), istnieją cztery podstawowych stadia myślenia twórczego:

1. Przygotowanie – etap formułowania podstawowego zadania i pierwsze próby jego rozwiązania;

2. Inkubacja – etap, podczas którego odbywa się tymczasowe odwrócenie uwagi od procesu, ale praca nad poszukiwaniem rozwiązania wciąż trwa, co prawda na poziomie podświadomości;

3. Olśnienie – etap, na którym wkracza myślenie intuicyjne. Można go doznać w sytuacji całkowicie niemającej związku z zadaniem;

4. Sprawdzenie – etap prób i realizacji rozwiązania, na którym odbywa się sprawdzenie i jego możliwy dalszy rozwój.

Jak widać, w trakcie tworzenia swojego układu okresowego, Mendelejew intuicyjnie trzymał się właśnie tych czterech etapów. O ile to jest skuteczne, możemy wywnioskować z wyników. A biorąc pod uwagę, że tablica stał się olbrzymim krokiem naprzód nie tylko dla chemii, lecz i dla całej ludzkości, podane wyżej cztery etapy mogą zostać użyte w realizacji małych projektów, tak samo, jak w urzeczywistnieniu globalnych pomysłów.

Ważne, aby pamiętać, że żaden wynalazek i żadne rozwiązanie, nie pojawią się na zawołanie. Nieważne jak bardzo chcemy zobaczyć je we śnie; aby coś się udało, bez względu na to, czy jest to stworzenie układu okresowego, czy opracowanie nowego planu marketingowego, trzeba mieć pewną wiedzę i umiejętności oraz świadomie wykorzystać swój potencjał, zawzięcie pracując.