21 октомври 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Учени предлагат нова подредба на периодичната система на елементите

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 30 ноември 2020 в 00:08 21240
Снимка: Pixy.org

Авторът Ник Норман (Nick Norman) е професор по химия в Университета на Бристол. Оригиналната статия е публикувана в The Conversation под лиценза Creative Commons.

Периодичната система на елементите, създадена основно от руския химик Дмитрий Менделеев (1834-1907), отбеляза 150-годишнината си миналата година. Трудно би било да се надцени значението й като организиращ принцип в химията - всички начинаещи химици се запознават с нея от най-ранните етапи на своето образование.

Като се има предвид значението на системата, може да се предположи, че подреждането на елементите вече не подлежи на дебат. Но двама учени от Москва, Русия, наскоро публикуват предложение за ново подреждане.

Нека първо разгледаме как е разработена периодичната система. Към края на 18-ти век химиците са наясно с разликата между елемент и съединение: елементите са химически неделими (примери са водород, кислород), докато съединенията се състоят от два или повече елемента в комбинация, притежаващи свойства, съвсем различни от съставните им елементи. В началото на 19-ти век съществуват добри косвени доказателства за съществуването на атоми. И към 1860-те години е възможно да се изброят известните елементи по реда на относителната им атомна маса - например водородът е 1, а кислородът 16.

Прости списъци, които, разбира се, имат едноизмерен характер. Но химиците отбелязват, че някои елементи имат доста сходни химични свойства: например литий, натрий и калий или хлор, бром и йод. Изглежда, че нещо се повтаря и чрез поставяне на химически подобни елементи един до друг може да се изгради двумерна таблица. Ражда се периодична система.

Важно е, че периодичната система на Менделеев е изведена емпирично въз основа на наблюдаваните химически прилики на някои елементи. Едва в началото на 20-ти век, след като структурата на атома е установена и след развитието на квантовата теория, ще се появи теоретично разбиране за нейната структура.

Сега елементите са подредени по атомен номер (броят на положително заредените частици, наречени протони в атомното ядро), а не по атомна маса, но все още и по химични прилики. Но това следва от подреждането на електроните, в повтарящи се слоеве на регулярни интервали. Към 40-те години на миналия век в повечето учебници има периодична система, подобна на тази, която виждаме днес, както е показано на фигурата по-долу.


Съвременната периодична система. Кредит: Wikimedia commons - CCA-Share Alike 3.0 Unported

Би било разбираемо да се предположи, че това е краят на въпроса. Не е така обаче. Едно просто търсене в интернет ще разкрие всякакви версии на периодичната система. Има кратки версии, дълги версии, кръгови версии, спирални версии и дори триизмерни версии. Много от тях, разбира се, са просто различни начини за предаване на една и съща информация, но продължават да съществуват разногласия относно това къде трябва да се поставят някои елементи.

Точното разположение на определени елементи зависи от това кои конкретни свойства искаме да подчертаем. По този начин периодичната система, която дава предимство на електронната структура на атомите, ще се различава от тези, за които основните критерии са определени химични или физични свойства.

Тези версии не се различават много, но има някои елементи - например водород - които може да се поставят съвсем различно според конкретното свойство, което да се подчертае. Някои таблици поставят водорода в група 1, докато в други той се намира в горната част на група 17; някои таблици дори го отделят самостоятелно в група.

По-радикално обаче можем да помислим и за подреждането на елементите по съвсем различен начин, който не включва атомен номер или отразява електронна структура - връщане към едноизмерен списък.

Ново предложение

Последният опит за подреждане на елементи по този начин е публикуван наскоро в Journal of Physical Chemistry от учените Захед Алахиари (Zahed Allahyari) и Артьом Оганов (Artem Oganov). Техният подход, надграждащ по-ранната работа на други, е да присвоят на всеки елемент това, което се нарича Менделеево число (MN). Има няколко начина за получаване на това число, но последното проучване използва комбинация от две основни величини, които могат да бъдат измерени директно: атомният радиус на елемента и свойство, наречено електроотрицателност, което описва колко силно атомът привлича електроните към себе си.

Новото предложение за подредба на химичните елементи. Кредит: Zahed Allahyari and Artem Oganov/ J. Phys. Chem. C 2020

Ако някой подреди елементите по тяхното Менделеево число, най-близките съседи имат, очаквано, доста подобни MN. Но по-полезно е да се направи една стъпка по-нататък и да се изгради двумерна мрежа, базирана на MN на съставните елементи в така наречените „бинарни съединения“. Това са съединения, съставени от два елемента, като натриев хлорид - NaCl.

Каква е ползата от този подход? Най-важното е, че може да помогне за прогнозиране на свойствата на бинарни съединения, които все още не са създадени. Това е полезно при търсенето на нови материали, които вероятно са необходими както за бъдещи, така и за съществуващите технологии. След време, без съмнение, това ще бъде разширено и за съединения с повече от два елементарни компонента.

Добър пример за важността на търсенето на нови материали може да бъде даден от периодичната система, показана на фигурата по-долу. Тази таблица илюстрира не само относителното изобилие от елементи (колкото по-голяма е кутийката за всеки елемент, толкова повече от него има), но също така подчертава потенциални проблеми със снабдяването, свързани с технологиите, които са станали повсеместни и важни в нашето ежедневие.

Изображение на периодичната система, показващо наличното количество на елементите. Кредит: Европейско химическо общество,Wikipedia CC BY-SA

Да вземем например мобилните телефони. Всички елементи, използвани за тяхното производство, са означени с иконата на телефона и можете да видите, че няколко необходими елемента стават оскъдни - бъдещото им предлагане е несигурно. Ако искаме да разработим заместващи материали, които избягват използването на определени елементи, идеите, получени от подредбата на елементи по тяхното MN, може да се окажат ценни при това търсене.

След 150 години можем да видим, че периодичните системи са не само жизненоважно образователно средство, те остават полезни за изследователите в търсенето на важни нови материали. Но не бива да мислим за новите версии като заместители на по-ранните представяния. Наличието на много различни таблици и списъци служи само за задълбочаване на разбирането ни за това как се държат елементите.


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.