วิวัฒนาการของตารางธาตุ: จากการสร้างจนถึงปัจจุบัน

ตารางธาตุเป็นหนึ่งใน ไอคอนที่โดดเด่นที่สุด ของวิทยาศาสตร์ แม้ว่าปี 2019 จะเป็นวันครบรอบ 150 ปีของการสร้าง แต่ก็ไม่ใช่เอกสารที่เสร็จสมบูรณ์ ในบทเรียนนี้จากครู เราจะมาดูกันว่า วิวัฒนาการของตารางธาตุ จากการสร้างจนถึงปัจจุบันและความก้าวหน้าในความรู้เกี่ยวกับอะตอมและคุณสมบัติของอะตอมทำให้เป็นไปได้

ดัชนี

1. ตารางธาตุคืออะไร?
2. ตารางธาตุแรก: ที่มา
3. ประวัติตารางธาตุและวิวัฒนาการ

ดิ ตารางธาตุ ระบบธาตุเป็นระยะเป็นเอกสารทางวิทยาศาสตร์ที่รวมข้อมูลมากขึ้นในพื้นที่น้อยลงและถือเป็นหนึ่งในสัญลักษณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ทรงพลังที่สุด มันมีส่วนที่ดีของ ความรู้ที่เรามีเกี่ยวกับเคมี ไม่มีเอกสารที่คล้ายคลึงกันในสาขาวิทยาศาสตร์อื่น ๆ

ตารางธาตุของธาตุคือ a ระบบการจำแนกองค์ประกอบทางเคมี เริ่มต้นเมื่อ 200 กว่าปีที่แล้ว ระบบการจำแนกประเภทนี้มีการเติบโตและเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา เมื่อวิทยาศาสตร์ก้าวหน้าและมีการค้นพบสิ่งใหม่ องค์ประกอบทางเคมี. อย่างไรก็ตาม การปรับเปลี่ยนต่าง ๆ ได้ถูกรวมเข้าไว้ด้วยกันเพื่อให้โครงสร้างพื้นฐานไม่เสียหาย

ตารางธาตุจึงตั้งชื่อตามนี้เพราะว่า

ใน ตารางธาตุคลาสสิก (สองมิติ) องค์ประกอบทางเคมีถูกจัดเรียงใน กลุ่มหรือครอบครัว และแสดงในตารางธาตุปัจจุบันในคอลัมน์แนวตั้ง การจัดเรียงตามลำดับของกลุ่มเหล่านี้ในคอลัมน์ทำให้เกิดชุดของแถว ซึ่งเรียกว่า คาบ ซึ่งองค์ประกอบต่างๆ จะถูกจัดเรียงตามน้ำหนักอะตอม ตารางธาตุประกอบด้วยเจ็ดช่วงระยะเวลาที่แตกต่างกัน

ก่อน Mendeleev นักวิทยาศาสตร์คนอื่นได้พัฒนาระบบการจำแนกองค์ประกอบทางเคมี แต่ต่างจากตารางธาตุของธาตุ พวกมันคือ เพียงรายการขององค์ประกอบที่รู้จัก ในขณะที่ตารางธาตุมีลักษณะเฉพาะที่เป็นระบบการจำแนกสองมิติ (rows และคอลัมน์) หรือสามมิติในรูปแบบที่ทันสมัยที่สุดโดยที่องค์ประกอบทางเคมีถูกจัดเรียงตามลำดับ ชั้น

ด้วยเหตุนี้ นักประวัติศาสตร์จึงเกิดตารางธาตุสมัยใหม่ 17 กุมภาพันธ์ 2412, เมื่อไหร่ ดิมิทรี อิวาโนวิช เมนเดเลเยฟ เสร็จสิ้น ตารางธาตุแรก มากมายที่เขาสร้างขึ้น ตารางนี้ประกอบด้วยองค์ประกอบ 63 ที่จัดเรียงในครอบครัวและเหลือพื้นที่ว่างสำหรับองค์ประกอบที่ยังไม่ได้ ค้นพบแต่จากการที่เขาได้อนุมานน้ำหนักอะตอมของพวกมัน (เช่นในกรณีของแกลเลียม เจอร์เมเนียม และ สแกนเดียม)

ข้อมูลสำคัญสำหรับการค้นพบตารางธาตุคือความรู้เดิมของ น้ำหนักอะตอม ของแต่ละธาตุ

น้ำหนักอะตอมและเลขอะตอมคืออะไร?

เบอร์นี้ แทนน้ำหนักของอะตอม และเป็นค่าเดียวที่วัดได้ของ อะตอม. แต่ไม่ใช่ในกรณีของการวัดโดยตรง (ไม่มีอุปกรณ์วัดที่อนุญาตให้ชั่งน้ำหนักอะตอมที่แยกได้) แต่เป็นระบบที่สร้าง มาตรฐานที่กำหนดค่าโดยพลการของ 1 ให้กับอะตอมไฮโดรเจนและคำนวณค่าน้ำหนักอะตอมของธาตุที่เหลือโดยสัมพันธ์กับสิ่งนี้ แบบ.

การคำนวณครั้งแรกของ เลขอะตอม ขององค์ประกอบถูกดำเนินการโดยนักเคมีชาวอังกฤษ จอห์น ดาลตันและสร้างการถกเถียงทางวิทยาศาสตร์ครั้งใหญ่ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 อย่างไรก็ตาม ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 มีฉันทามติที่โดดเด่นเกี่ยวกับระบบการคำนวณน้ำหนักอะตอมของธาตุ น้ำหนักอะตอมเริ่มจาก Mendeleev เป็นต้นไป ซึ่งเป็นเกณฑ์สำคัญในการจัดองค์ประกอบในตารางธาตุให้ถูกต้อง

เมื่อ Mendeleev สั่งองค์ประกอบที่รู้จักตามของพวกเขา การเพิ่มน้ำหนักอะตอมสังเกตลักษณะที่ปรากฏของคุณสมบัติที่เกิดซ้ำซึ่งทำให้องค์ประกอบถูกจัดกลุ่มเป็นกลุ่มหรือกลุ่มขององค์ประกอบที่มีความคล้ายคลึงกัน อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี การเรียงลำดับของธาตุตามน้ำหนักอะตอมของธาตุนั้นไม่ตอบสนองต่อความคล้ายคลึงกันระหว่างองค์ประกอบที่สังเกตได้และ Mendeleev เปลี่ยนไป ตำแหน่งของธาตุ 17 ตัวในการจัดเรียงตารางธาตุทั้งๆ ที่มีน้ำหนักอะตอม เพื่อที่จะสามารถจัดกลุ่มธาตุเหล่านั้นด้วยองค์ประกอบที่นำเสนอการเปรียบเทียบ

การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าน้ำหนักอะตอมที่ยอมรับบางส่วนไม่ถูกต้องและถูกคำนวณใหม่ แม้จะมีการแก้ไขในน้ำหนักอะตอม แต่ก็ยังมีองค์ประกอบที่ต้องวางไว้ในตำแหน่งอื่นนอกเหนือจากที่ระบุโดยน้ำหนักอะตอม

ภาพ: BBC.com

แม้ว่า Mendeleev จะมีส่วนร่วมอย่างไม่ต้องสงสัย ตารางธาตุก็ไม่ใช่ผลงานของนักวิจัยเพียงคนเดียว นอกจาก Mendeleev ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่สิบเก้าและตลอดศตวรรษที่ยี่สิบ นักเคมียังคงตรวจสอบวิธีที่ดีที่สุดในการจัดระเบียบข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมี เป็นที่รู้จัก ยิ่งเมื่อพิจารณาว่าในช่วงเวลานี้การค้นพบ องค์ประกอบทางเคมีใหม่หรือสารง่าย ๆต้องขอบคุณสเปกโตรเมทรี (ซึ่งศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมและรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า)

ดิ การจำแนกองค์ประกอบ ในตารางธาตุในขั้นต้นมีพื้นฐานมาจากการคำนวณเบื้องต้นของ น้ำหนักอะตอม ขององค์ประกอบและการเปรียบเทียบที่เปิดเผยซึ่งอนุญาตให้องค์ประกอบถูกจัดกลุ่มเป็นตระกูลที่คล้ายคลึงกัน ถึงกระนั้นก็ตาม สาเหตุของการปรากฏตัวของคุณสมบัติเป็นระยะเหล่านี้ไม่สามารถอธิบายได้ ตลอดศตวรรษที่ 20 โดยมีการค้นพบโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อเข้าใจเหตุผลของช่วงเวลานี้ในคุณสมบัติขององค์ประกอบ

เลขอะตอมเป็นลำดับการจัดเรียง

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 โกลเวอร์และรัทเธอร์ฟอร์ดสังเกตว่าอนุภาคที่มีประจุในนิวเคลียสมีน้ำหนักประมาณครึ่งหนึ่ง ค่านี้สอดคล้องกับแนวคิดของ เลขอะตอม ซึ่งกำหนดเป็นจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมและตรงกับจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นกลาง ค่าใหม่นี้แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งขององค์ประกอบบางอย่างที่ดำเนินการมาจนถึงตอนนั้น ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนตำแหน่งระหว่างเทลลูเรียมและไอโอดีน

ในปี พ.ศ. 2456 Henry Moseley ยืนยันการเรียงลำดับของตารางเป็นฟังก์ชันของเลขอะตอมโดย X-ray spectrometry การเรียงลำดับตามเลขอะตอมยังคงมีผลบังคับใช้ในปัจจุบัน

ในเวลาเดียวกัน ในช่วงศตวรรษที่ 20 มีการค้นพบองค์ประกอบทางเคมีใหม่อย่างต่อเนื่องด้วยกลศาสตร์ควอนตัมและการพัฒนาเทคนิคของ การทิ้งระเบิดของอะตอมด้วยอนุภาค ตั้งแต่ครึ่งหลังของศตวรรษ ด้วยเทคนิคใหม่นี้ เป็นไปได้ที่จะสร้าง องค์ประกอบประดิษฐ์ ที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ

ถึงแม้ว่าความก้าวหน้าในการจัดองค์ประกอบในตารางธาตุถูกต้องแล้วก็ตาม สาเหตุของการเกิดซ้ำของคุณสมบัติบางอย่าง (คุณสมบัติ เป็นระยะ) พัฒนาการของ กลศาสตร์ควอนตัม (สาขาฟิสิกส์ที่ศึกษาพฤติกรรมของแสงและอะตอมในระดับจุลทรรศน์) ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2463 ได้ตัดสินใจอธิบายเหตุผลของคุณสมบัติเหล่านี้อย่างเด็ดขาด

การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์เพื่ออธิบายคุณสมบัติเป็นระยะ

ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์ Niels Bohr Y โวล์ฟกัง เปาลี พวกเขาเสนอแบบจำลองอะตอมซึ่งอิเล็กตรอนสามารถครอบครองวงโคจรได้เพียงบางส่วนเท่านั้นและตำแหน่งที่อิเล็กตรอนถูกจัดเรียงเป็นชั้นของระดับพลังงานที่แตกต่างกัน วิธีการกระจายอิเล็กตรอนในออร์บิทัลในเปลือกต่างๆ หรือระดับพลังงานเรียกว่า การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์.

การค้นพบการจัดเรียงอิเล็กตรอนในโครงแบบอิเล็กตรอนเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจคุณสมบัติเป็นระยะ เป็นระยะ เนื่องจากพบว่าคุณสมบัติเหล่านี้สัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่นอกสุดของอะตอม (ชั้นของ บาเลนเซีย).

ลำดับที่อิเล็กตรอนเติมออร์บิทัลของอะตอมก่อตั้งขึ้นในปี 2473 โดยนักฟิสิกส์เออร์วิน มาเดลุง ผู้กำหนดกฎตัวเลขสำหรับลำดับการเติม กฎนี้เรียกว่า กฎมะเดลุง และเป็นกฎเชิงประจักษ์ที่ไม่สามารถอธิบายได้ด้วยกลศาสตร์ควอนตัม

ลำดับการเติมนั้นง่ายสำหรับสามแถวแรกของตารางธาตุ แต่ใน แถวที่สี่ซึ่งเป็นที่ตั้งขององค์ประกอบการเปลี่ยนแปลงลำดับการเติมจะผ่านชุดของ การเปลี่ยนแปลง มีรายการผิดปกติทั้งหมด 20 รายการที่ไม่ปฏิบัติตามกฎนี้

วิวัฒนาการของตารางยังคงดำเนินต่อไปในวันนี้

ในปี 2549 นักเคมีเชิงทฤษฎี Eugen Schawrz เขาสามารถอธิบายความผิดปกติของกฎของ Madelung โดยคำนึงถึงว่าอะตอมสามารถมีการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับระดับพลังงาน การคำนวณหาค่าเฉลี่ย การกำหนดค่าอิเล็กตรอนขององค์ประกอบส่วนใหญ่จะเป็นไปตามกฎของมาเดลุง

ตารางธาตุยังคงเป็นประเด็นถกเถียงในศตวรรษที่ 21 แม้ว่าการจัดหรือโครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ของ องค์ประกอบยังคงถูกต้องที่จะอธิบายลำดับนี้และความผิดปกติที่สังเกตในการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้ a ทฤษฎี.

หากคุณต้องการอ่านบทความเพิ่มเติมที่คล้ายกับ วิวัฒนาการของตารางธาตุ - สรุปเราขอแนะนำให้คุณป้อนหมวดหมู่ของเรา อะตอม.

ผู้เขียนต่างๆ. (2019)พิเศษ: ตารางธาตุ. การวิจัยและวิทยาศาสตร์ บาร์เซโลนา: Scientific Press S.A.