排序的元素

一个半世纪前,化学家努力组织他们日益增长的列表元素转换为有意义的模式。1864年,其中一个迈出了重要一步留下一个空白的空间系统,一个未被发现的元素。起初,他的想法被驳斥为空想,但假设的元素被发现后,他的贡献是姗姗来迟地承认。

化学家是约翰·纽兰兹。出生在伦敦,英国,1837年,他被他的父亲,在家教育主要是长老会牧师。1856年,约翰在伦敦皇家大学的化学,一年后被聘为助理药剂师皇家农业社会。但在1860年有一个戏剧性的在他的职业生涯。

他的母亲,玛丽纽兰兹(nee雷纳)是意大利,和约翰支持争取一个统一独立的意大利。他几个月来与朱塞佩•加里波第的志愿军,回到伦敦后解散。简Rickings在1862年,他结婚了,1860年代中期的工作作为一个自由分析化学家,在院校教学和提交文章威廉•克鲁克斯的化学新闻。

纽兰兹的论文解决了一场旷日持久的争论。半个世纪以来,化学家一直寻求一个理性的元素的分类系统,类似于那些18世纪的自然哲学家们开发了动物,植物和矿物质。令人满意的计划尚未出现,尽管有一些有前途的发展。

三合会的崛起

早期的突破是在1817年德国化学家约翰·Dobereiner注意到几个集群的三个元素具有非常相似的化学和物理特性:钙,锶,钡;锂,钠,钾;和氯,溴,碘。到19世纪中叶,化学家们已经认识到更多的“三合会”和一些已经构建模式涉及到更大的群体的元素。

在这个搜索是最活跃的德国人利奥波德葛美林和马克斯·佩滕科弗,法国人Jean Baptiste杜马斯和英格兰的威廉光延迟线和约翰霍尔格拉德斯通。他们都取得了一些进展,但没有产生一个完全令人满意的系统。他们都是残疾人通过持续的原子质量的不确定性(现代而言,相对原子质量)的许多元素。

化学家们早就知道氢和氧气结合形成水的比例(几乎)8重量。氧气,因此,据说八的“等效”。如果水的公式是HO,尽可能多的信,氧气也会八的原子量。但有些化学家们坚持认为水是H₂16 O,使氧的原子量。类似的分歧引起的其他化合物公式进一步的不确定性。

然而,一些调查人员(包括雅各布·贝采里乌斯和查尔斯·格哈特)继续寻找可靠的原子质量。其他数据源——吕萨克法律相结合的卷,米切里希法律的同构,原子热方程Dulong和小,给他们一些指导。但许多化学家不信任这些计算,宁愿坚持经验决定等价物。和有一些(例如,本杰明·布罗迪和Marcellin Berthelot)完全拒绝了原子理论。

在1860年9月,卡尔斯鲁厄国会结束了欧洲的化学家在原子质量仍然不同意。然而,在离开之前,Stanislao坎尼扎罗分布式的印象几个参与者阅读一篇论文在回家。因此,虽然纽兰兹在意大利打过仗复兴运动化学革命理论是在德国——具有讽刺意味的是,由一个意大利人参加了1848年的西西里起义。

第一个表

坎尼扎罗的假说于1811年提出阿米地奥•阿伏伽德罗在相同的条件下,相同体积的气体(温度和压力)包含相同数量的分子。化学家们误解了阿伏伽德罗的提议,因为他的一些术语模糊分子和原子之间的区别。其他人反对,因为他的理论暗示,一些常见的基本双原子分子气体存在。

分子像H公式₂阿,₂和N₂被科学家们相信不信任分子之间彼此联系在一起吸引相反的电荷。但这二元理论化学成键不受欢迎的坎尼扎罗恢复阿伏伽德罗假说的时候,吸引了许多化学家的诺言一个更好的方法计算原子质量。

后两卷的氢结合一个卷的氧(在类似条件下),坎尼扎罗接受了H₂O公式对水和氧气的原子量16。尽管一些原子质量仍然难以精确衡量,许多现在可以确定以更大的信心。这鼓励科学家安排中的元素原子量增加的订单,寻找反复出现的模式属性。

法国矿物学家是最大胆的之一Alexandre de Chancourtois。他把元素沿螺旋线跑来跑去外面一个圆柱体,它至少让一些组织成垂直的序列相似的元素。但他1862年的论文吸引不感兴趣,因为它是印刷没有图,使他的论点难以理解——一个更根本的缺陷,他的“元素”列表包含化合物和合金。

纽兰兹的元素安排在一个网格结构,反映了它们的化学相似之处

1863年,纽兰兹的第一篇论文简单排序的元素分为11组。有些熟悉的化学家庭、碱金属和卤素,但其他人更不均匀。他还列出了各种元素的等价物之间的运算关系,尤其值得注意的是,相似的化学元素组成的等价物通常由八个不同,或8的倍数。

纽兰兹使用旧的等价物这里为了明晰。然而,在1864年7月,他的下一个纸用坎尼扎罗的原子质量,这是在英国通过宣传变得更出名亚历山大·威廉姆森。这次纽兰兹关注较少的元素,只包括那些初级群体的存在是普遍承认的。

这些他安排在网格结构,反映了化学元素之间的相似之处,同时也考虑到他们的原子质量的比率。锂和镁有多个职位,因为他们用算术方法符合多个三和弦。与它的遗漏和错误,这个表包含两个重要的创新。

首先,它把碲(128)碘(127)之前,无视排序元素的原子量的一般原则。纽兰兹认为,碲的化学相似性硫和硒与氯和溴和碘的,这种反常现象不可避免。才理解其原因弗雷德里克草皮的,亨利·莫斯利和詹姆斯·查德威克提醒化学家同位素的存在,原子序数和中子几十年后。

第二个创新是留给一个未被发现的元素之间的缺口硅和锡。其他人可能有猜测,对相似的元素可能是不完整的三合会,但纽兰兹似乎是第一个这样的提议纳入更大的网格元素。

跨八度?

纽兰兹的第三个表出现在1864年8月。甚至更短,而且还包含一些错误的元素,但它引入了另一个重要的发展——连续标记元素的序数。这是一个重要的一步一个周期法,但纽兰兹给批评他的人一个简单的目标通过连接一个不幸的类比。

‘这之间的差异的数量最低的一个组的成员,上方就是七,”他写道。“换句话说,第八元素从一个给定的一个是一种重复的第一,喜欢一个八度的第八注意音乐。”

他的第四个论文,出版于1865年,正式这个建议“八度的法律”。在他60岁左右的大表元素,纽兰兹的八度为较轻的元素序列运行良好。但保持它超出了他几个元素与不相宜的邻居,而做一些对(如钴和镍,镧和铈)共享相同的号码。

1866年在伦敦的一个会议上的化学学会了纽兰兹的八度冷漠接待——讽刺地问他是否考虑过一个成员安排按字母顺序排列的元素。社会杂志拒绝了纸,和威廉光延迟线(曾主持会议)合理的决定说明社会的规则阻止了它出版的作品一个纯粹的理论本质。

有更少的禁忌的科学季刊同样,光延迟线的投机表的元素出现在1864年10月。纽兰兹一样,光延迟线指出算术规律在未被发现的元素的原子质量和留下空白,虽然他们的系统之间有显著差异。

光延迟线进行了长期的对这个话题的兴趣,也没有理由指责他剽窃。然而,纽兰兹退出了辩论。1868年,他成为首席化学家在伦敦糖炼油厂,并随后专利几个改进流程。八度似乎已经从议程当门捷列夫的元素出现在1869年。

进入门捷列夫

门捷列夫在Tobolsk俄罗斯教师的儿子,西伯利亚。失明迫使他父亲退休时,俄罗斯的母亲男孩的教育资助通过接管和运行本地玻璃工厂。1850年,她带他到圣彼得堡,他作为教师资格。1856年完成硕士学位后,他教化学圣彼得堡大学在1867年,最近获得了博士学位,他成为了一名全职教授。

卡尔斯鲁厄国会后,门捷列夫承认原子质量分类的关键元素。他在1868年开始全面参与这个任务而编制一般教科书,以后写英文版本的我开始四处寻找,写下的元素原子质量和典型的属性,类似的元素和原子质量在不同的卡片,这让我相信,不久的属性元素周期依赖他们的原子质量。我从来没有一次怀疑这部法律的普遍性,因为它不可能是机会的结果。”

门捷列夫经常提出这些卡片好像玩游戏的耐心,总是寻求可能的模式。像纽兰兹(他的工作他就知道),他看到了需要留有空隙未被发现的元素。他的第一个表出现在俄罗斯日报》1869年,达到更广泛的受众通过德国抽象。与此同时,在德国,洛萨Meyer独立也得出了类似的结论。

迈耶,医生的儿子和孙子,注定是一个医疗事业,直到化学引诱他。在各种德国大学完成学业后他完成了博士学位在1859年布雷斯劳,并出席了卡尔斯鲁厄国会在1860年。门捷列夫,他成为参与分类的问题在写教科书的元素。如果出版商没有迟缓,他的表会出现在门捷列夫。

迈耶是特别感兴趣的物理参数如电导率、熔点和原子体积(密度×原子量)。他发现这些值对原子质量策划时,相似的化学元素组成占领图的波峰和波谷,这表明一些周期函数有关。

两人都认识到,一个简单的网格不能适应过渡金属,和稀土金属(甚至更多)。因此他们添加额外的团体,或群体,重表的结束。同时也离开了缺口为未被发现的元素,以避免在不匹配的公司将已知的元素。

门捷列夫的系统并非普遍欢迎,其较弱的点被正确地挑战。但大多数化学家确信后被发现,他的三个假设的元素镓在1875年,钪在1879年和锗1886年——特别是他准确地预测他们的物理和化学性质。(他的几个其他的non-appearance预测元素被巧妙地遗忘。)

1882年,英国皇家学会授予门捷列夫和迈耶戴维奖章。纽兰兹回应转载他的论文的1860年代,请求承认他的贡献。在1887年一年之后元素的发现他曾预测1864年,锗,他也收到了戴维奖章。

作为19世纪结束的时候,惰性气体和放射性元素的引入进一步的并发症。但表活了下来,和20世纪的量子革命逐渐解释其特质。我们现在知道规则表的结构比法律更复杂的八度逗乐化学学会。然而这些规则波方程使自己的表达无声的音乐,所以也许笑到最后属于纽兰兹。