완벽한 주기율표 찾기



고등학교 이과 수업에 참가한 사람이라면 누구나 원소의 주기율표, 모든 알려진 화학 원소를 분류하는 여러가지 행과 열의 인상적인 배열의 이미지를 떠올릴 수 있습니다. 우주의 구성 요소를 표시하는이 익숙한 방법은 무리를 잡고 가장 널리 사용되지만, 수많은 가능한 배치 중 하나입니다. 그리고 이상을 추구하면서 화학자는 1,000명을 훨씬 넘는 다른 사람들을 제안했습니다.

우리 모두가 아는 버전은 일반적으로 테이블에 이름을 주는 법률의 주요 발견자로 크레딧을 받은 러시아 화학자인 도미트리 멘델레예프로 거슬러 올라갑니다. 화학 이해의 중심은 요소의 열을 따라 진행됨에 따라 특정 화학적 성질이 정기적으로 또는 정기적으로 반복된다는 사실입니다. 이들 각 원소는 그 원자 번호, 즉 하나의 원자 내에 존재하는 양성자의 수에 의해 다른 원소와 구별된다. 최신 테이블의 동일한 열 또는 “그룹”의 요소는 동일하게 보이고 동일한 방식으로 작동하는 경향이 있습니다.

1869년, 멘델리예프가 그의 많은 테이블의 첫번째 것을 발표했을 때, 그는 요소들 사이의 이러한 관계가 비쳐 보이도록 그것을 정리했다. 진행은 피아노의 옥타브를 위쪽으로 이동하는 것과 유사합니다. 여기서 모든 키는 일정한 간격으로 다른 키와 유사합니다. “물론 이러한 메모는 동일하지 않습니다.”라고 캘리포니아 대학 로스앤젤레스 학교의 화학자이자 화학 철학자인 에릭 셰리는 말합니다. “그러나 음악 귀의 절반을 가진 사람이라면 누구나 그들이 같은 소리라고 말할 수 있습니다.”

멘델리예프는 그의 동시대인의 누구보다도 요소에 대한 ‘귀’를 가졌다. 19세기 과학자들은 수십 개의 요소만을 인식했지만(과학자는 이제 무려 118개를 인식하고 있습니다), 그의 패턴에 근거한 통찰로 그는 정확한 예측을 위해 아직 발견되지 않은 것에 대해. 1세기 반 후, Scerri는 그의 혁신에서 태어난 현대 테이블은 ‘분류의 궁극적인 대상’으로 남아 있다고 말합니다.

2009년경 러시아 우표는 드미트리 멘델레예프의 탄생 175주년을 축하합니다. (크레딧: Olga Popova/Shutterstock)

불가해한 기간

그러나 멘델리예프는 주기성을 나타내는 첫 단어도 마지막 단어도 아니었다. 불과 몇 년 전, 프랑스의 지질학자 알렉산드르 에미르 베기에 드 샹쿨 토와는 자신의 해석을 발표했다. 그것은 요소가 원통에 감긴 나사와 같은 선을 따라 배치 된 복잡한 모델입니다. 또한 1860년대 영국의 화학자 존 뉴런즈가 원자량에 따라 원소를 먼저 주문했다. 이것은 1900년대 초반까지 원자번호의 발견이 보다 정확한 척도를 보여준 멘델리예프 등이 따르는 전략이다. 그리고 멘델리예프가 그의 테이블에서 일하는 동안, LotharMeyer라는 독일의 화학자는 매우 유사한 것을 개발하기에 바빴다.

행동 패턴은 8개의 요소마다 반복되는 것처럼 보였기 때문에 일반적으로 8개의 열에 표시됩니다. 예를 들어, 불소(원자 번호 9)와 바로 아래의 염소(원자 번호 17)는 모두 반응성이 높은 가스입니다. 그러나 자세히 살펴보면 무거운 요소는이 추세를 전혀 따르지 않습니다. 2 세트의 8 이후, 패턴은 18 요소의 간격으로 배치됩니다. 그리고 18의 두 세트 후, 32 요소가 떨어져 있습니다. 멘델리예프 시대의 디자인은 발명가들이 이 주기성 뒤에 있는 근본적인 메커니즘을 이해하지 못했기 때문에 우리의 디자인과는 근본적으로 다릅니다.

덴마크의 물리학자인 NeilsBohr 덕분에, 이러한 시퀀스는 실제로 각 원소의 단일 원자 내의 전자의 수에 의해 지배되는 것으로 나타났다. 원자의 최외층인 원자가 껍질 내의 이들 전자의 배열은 이들이 다른 원소의 원자로부터의 것과 섞일 때 발생할 수 있는 화학 반응의 놀라운 다양성을 설명한다. 있습니다. (염소와 불소는 모두 가전자 껍질에 7 개의 전자를 가지고 있습니다.) 주기율표의 아래쪽 줄은 더 큰 가전 껍질을 가진 요소를 포함하고 따라서 더 많은 전자를 포함하기 때문에, 길어집니다.

(크레딧: Nerdist72/Shutterstock)

20세기 초의 현대 물리학의 출현으로 컨센서스는 18열의 테이블에 진정되었다. 이는 긴 네 번째와 다섯 번째 기간에 해당하고 긴 6번째와 7번째 기간을 재배치하여 전체 디스플레이가 한 페이지에 맞도록 했습니다. “이것이 유행한 이유는 다양한 사회학적 및 역사적 이유가 있다.”라고 Scerri는 말한다. 그것은 거의 모든 사람을 만족시키는 것 같습니다 … 멘델리예프의 고향을 포함한 일부 국가는 8 열 버전을 고수하고 있지만.

그럼에도 불구하고, 모든 장점에도 불구하고, 현재는 몇 가지 단점이 있습니다. 가장 분명히 그것은 비대칭입니다. 원소의 주기성을 파악하고 있습니다만, 한눈에는 모릅니다. “이것은 상상력의 확산에 의해 어색한 형태입니다.”라고 Scerri는 말했다. “정상적인 주기율표에 수소와 헬륨의 2개의 원소가 있고, 탑의 포탑처럼 튀어나와 있는 것은, 언제나 조금 이상한 것입니다.” 한편, 테이블을 적당한 길이로 유지하기 위해 하부에 쫓겨난 소위 f 블록은 귀찮은 각주처럼 보입니다.

완벽을 목표로

수십 년 동안, 주요 화학 책에서 18열의 표가 급증하더라도, 일부 과학자들은 그것을 개선하려고 시도해 왔습니다.라트비아의 화학자 에드워드 마즐은 수백을 편집했습니다.그러나 일부는 특히 주목할 가치가 있습니다. 예를 들어, 1964년에 테오도르 벤페이라는 독일 화학자가정기적인 달팽이. 그의 귀엽고 나선형 디자인은 표준 테이블의 하드 브레이크와는 대조적으로 원소의 연속성을 강조하고 아직 발견되지 않은 슈퍼 악티니드를위한 공간을 지정합니다.

테오도르 벤페이의 “주기적인 달팽이”. (크레딧: 위키미디어 커먼즈, 앨리슨 매키/디스커버)

그리고 왜 우리 자신을 2차원으로 제한하는가?캐나다의 화학자인 페르난도 듀포는 그의 정화에 수십 년을 보냈다. ElemenTree, 3D 소나무와 같은 구조로, 각 기간은 새로운 수준의 “분지”로 표시됩니다.그는 “3차원 [for the periodic table] 옵션은 아니지만 필수품입니다. 이 디자인은 3개의 축 모두를 따라 연결을 표시함으로써 18열 버전보다 요소 간의 관계를 강조합니다.

최근 답변은 2006년에 그가 대담하게 부르는 것을 만든 미국 엔지니어인 ValeryTsimmerman의 것입니다.요소의 완벽한 배치. ADOMAH 테이블로 알려진이 테이블은 탑으로 배치되며 4 개의 양자 수 주위에 조직되어 있습니다. 이러한 양자 수는 전자 궤도의 특성을 정리하여 기술하고 전자 배치를 예측하는 데 도움이 됩니다. Tsimmerman은 엠블럼을 스웨터에 짜고 있었다.

그의 표는 실제로 모든 옵션 중 가장 인기있는 것, 즉 왼쪽 단계에서 파생됩니다. 처음 제안된 1929년 프랑스 엔지니어인 샤를 쟈네는 자연의 깊은 질서와 대칭성에 대한 믿음으로 영감을 받았습니다. 또한 18 컬럼을 약간 셔플하면 됩니다. 가장 중요한 것은 왼쪽 가장자리 열을 오른쪽 가장자리로 이동하는 것입니다. 그렇게 재배치되어 불안정한 스카이 라인은 깔끔한 계단으로 바뀝니다.

미적 업그레이드 외에도 전자 껍질이 정상적으로 채워지는 순서에 더 잘 일치하기 때문에 물리학자에게 호소합니다. 그러나 많은 화학자들은 헬륨 (일반적으로 자체를 유지합니다)을 반응성이 높은 원소 그룹과 함께 덩어리로 만들기 위해 왼쪽 단계에서 보크합니다. 이 의미에서 주기성이 나타내는 모든 것에 반하는 것처럼 보입니다. 미국의 화학자이자 좌익의 옹호자인 게리 캣츠는 2001년에 쓴 그 동정적인 리뷰는 “오랫동안 문헌에 묻혀 있었다.

샤를쟈네의 왼쪽 스텝 주기율표. (크레딧: Mark R. Leach / 주기율표의 인터넷 데이터베이스)

일부 유명한 목소리는 여전히 그것을지지하고 말합니다. 예를 들어, Scerri는 팬이며 헬륨의 직감에 반하는 입장은 여전히 ​​입증되었을 수 있다고 말합니다. 2017년에는 아마 희가스가 안정된 화합물을 형성 고압에서 나트륨으로. “최근 이 테이블 덕분에 큰 관심을 받고 있다”고 그는 말한다. 그러나 당시에는 18열 버전이 주류입니다. Scerri는 최근 국제 순정 응용 화학 연합에 대한 변경을 제안할 책임이 있는 그룹을 이끌고 왼쪽 단계는 논쟁의 여지가 없다고 말했다. “우리는 아직 이것을 감히 권장하지 않습니다.”

주기율표의 미래

결국, 주기율표의 렌더링 방법에 차이가 있습니까? Scerri는 양쪽에서 토론을 볼 수 있습니다. 3월 줌 강의에서의 폐회 사전에서 그는 다음과 같이 말합니다. “나선형, 시계, 플랫 테이블, 3D 피라미드 등 같은지 여부는 중요하지 않습니다. 전달되는 정보.”

어쨌든, 주기율표는 정적이지 않으므로 표현에 대한 어려운 선택이 먼저 있습니다. 과학자가 2010년에 원소 테네신을 합성한 이래, 그 긴 역사 속에서 처음으로 모든 갭이 채워졌습니다. 그러나 목록이 여기에서 끝난다고 생각할 이유는 없습니다. 다음 목록이 참여하면 화학 커뮤니티는 이들을 어떻게 통합할지 결정해야 합니다. 원소의 수는 누구에게도 알 수 없지만 원자 번호 119는 새로운 행의 첫 번째 행, 즉 새로운 기간이며 172까지 확장 할 수 있습니다. 교과서의 설계자 여러분, 행운을 기원합니다.

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