Razvoj atomske teorije

 

        

Mendeljejev Periodni sistem Elemenata

        

Celokupna materija na Zemlji i u vasioni izgrađena je od 92 elementa, koji se razlikuju međusobno po atomskoj težini i drugim osobinama. Zanimljivo je da je taj broj ujedno i dupli broj hromozomskog seta koji karakteriše ljudsku vrstu : ljudska vrsta ima četrdeset šest originalnih hromozoma koji određuju njene nasledne i funkcionalne osobine. Sredinom devetnaestog veka ruski hemičar Dimitrije Ivanović Mendeljejev je otkrio da hemijski elementi pokazuju osobinu periodičnosti kada se poređaju po rastućim atomskim težinama. Taj zakon je omogućio Mendeljejevu da elemente svrsta u periodni sistem prema atomskim težinama tako da srodni elementi zauzmu mesto u istoj koloni jedan ispod drugog. Tako je bio u mogućnosti da predvidi na kom se mestu u Periodnom sistemu nalaze još neotkriveni elementi, u kakvim se jedinjenjima moraju tražiti i mogu naći, i kakve su im hemijske i fizičke osobine. Naučnici koji su posle Mendeljejeva proučavali periodni zakon hemijskih elemenata napravili su dalji napredak objašnjavajući periodni zakon u skladu sa elektronskom konfiguracijom atoma i molekula.

Dimitrije Ivanović Mendeljejev je rođen 07. februara 1834. godine u Tobolsku, Sibir, gde mu je otac bio direktor gimnazije. Bio je najmlađe od četrnaestoro dece Marije Dmitrievne Korniljev i Ivana Pavlovića Mendeljejeva.Mati Mendeljejeva je bila vrlo energična žena i sam naučnik je govorio da njoj ima da zahvali što je mogao da uči hemiju i što je bio u stanju da dođe do svojih velikih otkrića. Porodica Marije Korniljev doselila se u Tobolsk rane 1700- te godine i proizvodili su hartiju i staklo za Sibir. Dimitrijev otac, Ivan Pavlović umro je dok je Dimitrije bio još sasvim mlad, ostavljajući supruzi veliku porodicu. Porodica nije mogla živeti od male očeve penzije pa kako je Marijina porodica posedovala fabriku stakla u Aremziansku ona preuzima upravljanje fabrikom za skromnu platu.

Dimitrije je bio majčin ljubimac i ona je je još od negovih dečačkih godina sakupljala novac da bi mu omogućila studiranje. Mladi Dimitrije je provodio dosta vremena u porodičnoj fabrici stakla gde je od hemičara učio zanat pravljenja stakla. Velik uticaj na mladića imao je muž njegove sestre Olge, Besargin koji ga je uveo u svet nauke.Dimitrije u 14 godini upisuje gimnaziju u Tobolsku. Ali te godine izgorela je porodična fabrika stakla koju oni nisu mogli da obnove.Majka Marija mešutim nije htela da odustane od školovanja svog najmlađeg sina i planova za njegovu budućnost. Na njen podsticaj u zadnjoj godini školovanja Dimitrije se priprema za prijemni ispit za univerzitet .

1849. godine porodica se preselila u Moskvu.U Moskvi su bili u jeku politički nemiri zbog čega univerzitet odlučuje da na studije ne primi nikog izvan Moskve. Mendeljejev je bio odbijen.Porodica se seli u Sent Petrsburg. Opet su se sreli sa sličnim problemom ali su pronašli porodičnog prijatelj koji je radio na pedagoškom institutu. Dimitriju je dopušteno da polaže prijemni ispit i on je 1850. godine primljen na izučavanje nauke sa stipendijom.Ubrzo posle toga od tuberkoloze Mendeljejevu umiru majka i starija sestra.Dimitrije je bio zadovoljan studiranjem u Sent Petersburgu. Međutim u trećoj godini studija se razboleo. Iako bolestan od tuberkoloze, ohrabrivan od strane profesora i studenata, onje diplomirao na vreme i nagrađen je medaljom kao prvi u klasi. Zbog bolesti, na savet lekara, preselio se u Simferopol na Krimskom poluostrvu 1855. kao direktor gimnazije. Tada je imao 21 godinu i kroz život ga je vodila vizija Ruskog naroda od kog je shvatio da može napredovati kroz nauku.

Pošto se na Krimu uspešno oporavio, Mendeljejev se 1856. godine vraća u Sent Petersburg gde je uspešno odbranio rad na temu Istraživanje i teorija širenja supstance usled toplote. Mendeljejev je već tada odan svom radu i studentima.1859.godine određen je od strane ministarstava za rad i doškolovavanje u inostranstvu. Između 1859 i 1869. Mendeljejev proučava gustinu gasova sa Regnaultom u Parizu i mehanizam spektroskopa sa Kirhofom u Hajdelbergu. Takođe izučava kapilarnost i površinski napon što kasnije rezultuje njegovom teorijom apsolutne tačke ključanja.

Dimitrijev lični život bio je ispunjen nemirima. 1863, pod velikim uticajem svoje sestre Olge, Mendeljejev se ođenio sa Feozvom Nikitchnom Laschevom. Imali su dečaka po imenu Volođa i kći Olgu. Mendeljejev nikada nije iskreno voleo Olgu i provodio je malo vremena sa njom. Januara 1882 on se razveo od Feozve da bi mogao da se oženi najboljom prijateljicom svoje nećake, Anom Ivanovom Popovom.Ana je bila znatno mlađa od Dmitrija, ali ipak su se voleli i bili zajedno do njegove smrti. Imali su četvoro dece.Od prvog izdanja Hemijska analiza sa primerima iz Finske  do poslednjeg rada iz 1906. objavio je preko 250 radova. Njegova najčitanija knjiga  je Organska Hemija iz 1861 koja je stavila Mendeljejeva u prvu liniju hemijskih pedagoga Rusije. Sem radova u oblasti hemije Mendeljejev je provodio mnogo vremena radeći na tehničkom unapređenju Rusije.

Njegov vrhunski domet koji ga je maksimalno ispunio bilo je stvaranje Mendeljejevog zakona i razvoj periodnog sistema elemenata. Jos u mladosti verovao je u postojanje reda među elementima i proveo je više od 13 godina u skupljanju podataka i stvaranju koncepta periodnog sistema. 1866. Njulends je objavio postojanje veze između redosleda elemenata u delu Zakon Oktave. Mendeljejeve ideje su bile slične a imao je više podataka i 6. marta 1869. predstavio je  u ruskom hemijskom društvu svoj rad pod naslovom Zavisnost svojstava atoma od njihove atomske težine. Rad je imao osam glavnih tačaka:

  1. Elementi su grupisani prema njihovoj atomskoj težini i imaju prirodnu periodičnost osobina.
  2. Elementi koji su slični po hemiskim svojstvima imaju atomsku težinu koja je blizu iste vrednosti ( na primer Pt, Ir i Os ) ili koja raste pravilno ( na primer K, Ru i Cs )
  3.  Elemnti koji pripadaju istoj grupi u pogledu atomske težine imaju istu valentnost.
  4. Elementi koji su u prirodi najzastupljeniji imaju male atomske težine.
  5. Veličina atomske težine određuje karakter elementa, baš kao što veličina molekula određuje karakter jedinjenja.
  6. Moraju se očekivati otkrića dosada nepoznatih elemenata, na primer elemenata anlognih aluminijumu i silicijumu, čija je atomska težina između 65 i 75.
  7. Atomska težina može doprineti novim saznanjima o određenom elementu. Tako atomska težina telura mora biti između 123 i 126 i ne može biti 128.  Karakteristične osobine elemenata  određene su  njihovom atomskom težinom.

Otkriće galijuma novembra 1875 godine koji je Mendeljejev najavio kao eka - aluminijum , odvelo je Mendeljejeva pravo na vrh naučnog sveta. Mendeljejev prima Medalju Kraljevske Akademije nauka Engleske 1882. a kasnije i niz drugih velikih priznanja. Ruska vlada ga 1893 postavlja za direktora kancelarije Veličina i Mera. Bio je popularna društvena figura Rusije sve do smrti. Umro je 20. januara 1907. u 73.- oj godini života.
Mendeljejev periodni sistem na prvom mestu ( tako nazvan jer je pokazivao periodično ponavljanje sličnih hemijskih osobina ) bio je složeniji od Njulendsovog i bliži onom što danas smatramo da je tačno.Tamo gde se osobine nekog elementa ne uklapaju u red zasnovan na atomskoj težini, Mendeljejev je smelo izmenio redosled, smatrajući da su osobine važnije od atomske težine. Kasnije se pokazalo da je on u ovom pogledu bio u pravu. Konačno, i najvažnije, tamo gde nije mogao naći drugi redosled elemenata, Mendeljejev se nije kolebao da ostavi prazna mesta u sistemu i objavi da se ono što je ličilo na neodređenu prazninu mora popuniti novootkrivenim elementima kojima ta mesta pripadaju

Išao je i dalje. Za tri prazna mesta on je opisao elemente koji bi trebalo da ih popune, koristeći kao merilo osobine elemenata iznad i ispod praznine u sistemu. I ovde je Mendeljejev imao sreće. Sva tri njegova predskazana elementa otkrivena su još u toku njegovog života, tako da je bio svedok trijumfa svog sistema. Francuski hemičar Lekok de Buabodran (Lecoq de Bois­baudran) je 1875. godine otkrio prvi od elemenata koji su nedostajali u sistemu i nazva ga "galijum" (po latinskoj reči za njegovu domovinu Francusku). Švedski hemičar Lars Fredrik Nilson (Lars Fredrik Nilson) je 1879. godine otkrio drugi elemenat i nazvao ga “skandijum” (po Skandi­naviji). Konačno, 1886. godine nemački hemičar Klemens Aleksander Vin­kler (Clemens Alexander Winkler) izdvojio je treći elemenat i nazvao ga )  “germanijum” (Germanija - naziv za Nemačku). Osobine sva tri ele­menta su gotovo potpuno odgovarale osobinama koje je Mendeljejev pred­skazao.

Otkrićem X-zrakova otpočela je nova era u istoriji periodnog sistema.

Britanski fizičar Čarls Glover Barkla (Charles Glover Barkla) otkrio je 1911. godine da X-zraci koje proizvodi neki metal imaju strogo određenu snagu probojnosti, zavisno od metala; drugim rečima, svaki elemenat proizvodi sopstvene “karakteristične X-zrakove”. Za ovo otkriće je Barklu 1917. godine dodeljena Nobelova nagrada za fiziku.

Bilo je izvesnog dvoumljenja da li su X-zraci mlazevi sićušnih čestica ili se oni sastoje od talasnih radijacija sličnih svetlosnim. Jedan način kako bi se to proverilo bio je da se vidi da li se X-zraci mogu prelamati (tj. naterati da promene pravac) pomoću jedne Лdifrakcione rešetkeЋ koja se sastoji od niza finih linija. Međutim, za pravu difrakciju, rastojanje između linija mora biti približno jednako veličini talasa u radijaciji. Linije, sa najmanjim rastojanjem, koje su se mogle pripremiti, dovoljne su za običnu svetlost, ali proboj na snaga X-zrakova čini verovatnim da, ako su X-zraci talasne prirode, oni bi trebalo da budu mnogo kraći od svetlosnih talasa. Zato nikakva difrakciona rešetka nije bila sposobna da izvrši difrakciju X-zrakova.

Međutim, nemačkom fizičaru Maksu Teodoru Feliksu fon Laueu (Max Theodor Felix von Laue) se činilo da su kristali prirodna difrakciona rešetka mnogo finija od svake veštačke. Kristal je čvrst, pravilnog geo­metrijskog oblika, linije njegovih ravni čine karakteristične uglove i sa karakterističnom simetrijom. Ova vidljiva pravilnost je rezultat jednog ravnomernog rasporeda atoma koji čine njegovu strukturu. Bilo je razloga za mišljenje da prostor između dva sloja atoma ima približnu veličinu talasne dužine jednog X-zraka. Ako je to tako, kristali treba da prelamaju X-zrakove.

Laue je izvršio oglede i našao da se X-zraci koji prolaze kroz kristal zaista prelamaju i obrazuju sliku na fotografskoj ploči koja pokazuje da oni imaju osobine talasa. U toku iste godine engleski fizičar Vilijam Lorens Breg (William Lawrence Bragg) i njegov isto tako poznati otac Vilijam Henri Breg (William Henry Bragg) razvili su preciznu metodu za određi­vanje talasne dužine određene vrste X-zrakova na osnovu njihove difrak­ cione slike. I suprotno, snimci difrakcije X-zrakova su konačno upotreb­ljeni za određivanje tačnog položaja (pravca) slojeva atoma koji vrše di­frakciju. Tako su X-zraci otvorili vrata novom shvatanju strukture atoma kristala. Za svoj rad na X-zracima Laue je 1914. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku, dok su Bregovi podelili Nobelovu nagradu za fiziku 1915. godine.

Mladi engleski fizičar Henri Gvin-Džefris Mosli (Henry Gwan-Jeffreys Moseley) je 1914. godine odredio talasne dužine karakterističnih X-zrakova proizvedenih pomoću raznih metala i time učinio važno otkriće da talasna dužina pravilno opada sa porastom rednog broja elementa tablice period­nog sistema.Ovim su sasvim precizno određeni položaji elemenata u tablici peri­odnog sistema. Ako zamislimo da dva elementa, jedan pored drugog, u tablici proizvode X-zrakove čije su talasne dužine dva puta veće ili manje od očekivane vrednosti, onda između njih mora da postoji praznina koja pripada nekom još nepoznatom elementu. Ukoliko se razlikuju za tri puta od očekivane vrednosti, onda nedostaju dva elementa. Ukoliko se, s druge strane, karakteristični X-zraci elemenata razlikuju samo u očeki­vanoj vrednosti, možemo biti sigurni da se između njih ne nalazi nijedan drugi elemenat.

Sada je bilo moguće da se elementima daju određeni brojevi.

 

 

     

     

        

  2005 Jelena Vujic i Biljana Stankovic - Tehnicka skola Lajkovac                 kreirano:  Maj 2005.