Bảng tuần hoàn các nguyên tố

2

Bảng tuần hoàn các nguyên tố

Tiến sĩ Khoa học Vật lý và Toán học
M. A. KOZHUSHNER

Ngày 27 tháng 1 đánh dấu kỷ niệm 150 năm ngày sinh của nhà khoa học vĩ đại người Nga Dmitry Ivanovich Mendeleev, và vào tháng 2 - 115 năm sáng tạo vĩ đại nhất của ông - bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Câu chuyện về cách Mendeleev đi đến một trong những khám phá khoa học lớn nhất thế kỷ 19, cách bảng dần dần được cải tiến, cách làm sáng tỏ cấu trúc phức tạp của nguyên tử và việc phát hiện ra các định luật lượng tử chi phối chuyển động của các hạt nguyên tử cuối cùng đã dẫn đến sự hiểu biết về cơ sở vật lý của hệ tuần hoàn các nguyên tố là vô cùng thú vị và đầy cảm hứng. Giờ đây, khi cấu trúc của các nguyên tử đã được khoa học biết đến, nhìn lại câu chuyện này sẽ tạo thành một câu chuyện trinh thám hấp dẫn, khi một đội quân lớn các nhà khoa học ở những năm khác nhau và ở các quốc gia khác nhau dần dần tích lũy sự thật, đưa ra nhiều giả thuyết khác nhau, thường không đúng về tổng thể, nhưng chứa đựng một số gần đúng với sự thật - một bức tranh chính xác về cấu trúc của các nguyên tử.

Lịch sử khoa học của bảng tuần hoàn các nguyên tố có thể được chia thành bốn giai đoạn:

Giai đoạn 1 - tích lũy sự thật về tính chất của các nguyên tố, những nỗ lực đầu tiên để hệ thống hóa chúng, tạo ra phiên bản đầu tiên của bảng do D. I. Mendeleev tạo ra;

Giai đoạn 2 - làm rõ bảng, điền vào các ô trống, xác nhận cuối cùng về tính đúng đắn của nó;

Giai đoạn 3 - phát triển kiến ​​thức về cấu trúc của nguyên tử, khám phá cơ học lượng tử, giải thích định tính về định luật tuần hoàn;

Giai đoạn 4 - sáng tạo và phát triển các phương pháp định lượng để tính toán cấu trúc nguyên tử, tạo ra các nguyên tố mới, mở rộng bảng tuần hoàn.

Khi còn là sinh viên Học viện Sư phạm St. Petersburg, D. I. Mendeleev, người đã chọn hóa học làm chuyên ngành chính dưới sự ảnh hưởng của thầy mình, nhà hóa học vĩ đại người Nga A. A. Voskresensky, đã nghĩ về các mô hình thay đổi tính chất hóa học từ nguyên tố này sang nguyên tố khác. Vào thời điểm đó, vào giữa thế kỷ 19, một lượng lớn thông tin thực tế về tính chất hóa học của các nguyên tố đã được tích lũy, các nhóm nguyên tố tương tự về mặt hóa học đã được tìm thấy (kim loại lụa - Li, Na, K, Rb, Zs, kim loại kiềm thổ, halogen), và trong các nhóm này, người ta nhận thấy một mô hình nhất định liên kết hoạt động hóa học của các nguyên tố với khối lượng nguyên tử của chúng. Tuy nhiên, họ hứa, không có hình ảnh. Người ta đã cố gắng bằng cách nào đó phân loại các nguyên tố theo đặc tính định tính của sự hình thành hoặc hợp chất hóa học của chúng. Nhưng hóa ra chúng không thể sử dụng được do có quá nhiều loại hợp chất như vậy và đặc tính của chúng.

Mendeleev là một nhà hóa học vật lý và hiểu rằng việc hệ thống hóa là có thể

6

Bức ảnh bên trái cho thấy một phần đáng kể trữ lượng vi mô của nguyên tố promethium ($61Pm$) gần như ở quy mô thực tế.

Ở nền trên là một thiết bị đặc biệt cho phép bạn tách các nguyên tử mendelian ($101Md$), phát sinh trong quá trình bắn phá einsteinium. Bức ảnh cho thấy tấm giấy bạc chứa các nguyên tử Mendelian bị “khiếu nại” được loại bỏ như thế nào.

Mẫu này là một phần quan trọng của kho kỹ thuật vi mô ($43Tc$); Cần lưu ý rằng hình ảnh được phóng to gần gấp đôi kích thước thật của nó.

cơ khí, được tạo ra vào năm 1925-27. Bộ máy toán học của cơ học lượng tử cho phép người ta tính toán cấu trúc của các nguyên tử khác nhau.

Do đó, vào cuối những năm 20 của thế kỷ 20, bảng tuần hoàn các nguyên tố đã nhận được lời giải thích vật lý cuối cùng. D.I. Giấc mơ của Mendeleev đã thành hiện thực rằng “lý do của sự đều đặn định kỳ sẽ được phát hiện và hiểu rõ”.

Đến những năm 30, bảng tuần hoàn có 88 nguyên tố và có 4 ô độc lập - với các số 43, 61, 85 và 87. Thực tế không có nguyên tố tương ứng nào trong tự nhiên - hạt nhân nguyên tử của chúng không ổn định. Hàng tỷ năm trước, trong quá trình hình thành Trái đất, lẽ ra chúng phải tồn tại, nhưng theo thời gian, trữ lượng trên trái đất của chúng biến mất do sự phân rã phóng xạ. Trong số bốn nguyên tố này - kỹ thuật ($N_{2}43$), promethium ($N_{2}61$) và Actate ($N_{2}85$) - thu được một cách nhân tạo, và nguyên tố thứ tư - Pháp ($N_{2}87$) - được phát hiện trong quá trình phân rã α tự nhiên của hạt nhân Actium. Với việc phát hiện ra những nguyên tố này, bảng tuần hoàn được lấp đầy bởi uranium ($N_{2}92$).

Hoạt động tích cực của các nguyên tố đằng sau uranium - transuranes - bắt đầu sau khi phát hiện ra sự phân hạch trong hạt nhân uranium vào năm 1938. Vào năm 1940-41, $^{93}$Np và plutinous $^{94}$Pu đã được phát hiện. Các nguyên tố transurani sau đây