Prečo je Mendelejevova tabuľka taká slávna? Nuž, odpovedať na túto otázku vôbec nie je také jednoduché, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať. Dôvodov je niekoľko a ten hlavný spočíva zrejme v tom, že skutočnú Mendelejevovu tabuľku skoro nikto z nás nikdy nevidel. To, čo nám ukazovali v škole, totiž nie je pôvodná Mendelejevova tabuľka. To, čo nám tam ukazovali, síce vzniklo z pôvodnej tabuľky, ale líši sa to od nej v jednej úplne zásadnej veci. V tabuľke, ktorú všetci poznáme, chýba to najdôležitejšie, čo pôvodná Mendelejevova tabuľka obsahovala. Chýbajú v nej chýbajúce miesta.
.kniha
Takmer pred 150 rokmi sa mladý profesor univerzity v Sankt Peterburgu rozhodoval, ktorú učebnicu anorganickej chémie má odporučiť svojim študentom. Keď si prezrel všetky dostupné knihy, zistil, že sa mu nepáči ani jedna z nich. A tak sa rozhodol, že napíše vlastnú.
Prvé kapitoly venoval najbežnejším prvkom: vodíku, kyslíku, dusíku a uhlíku. Po nich nasledovali kapitoly, venované skupinám navzájom podobných prvkov. V jednej takej skupine sa ocitli chlór, fluór, bróm a jód, v inej sodík, draslík, lítium, rubídium a cézium, ďalšiu tvorili horčík, vápnik, stroncium, bárium a berýlium. A potom sa Mendelejev zarazil.
Až dovtedy totiž mala jeho kniha jasnú vnútornú logiku. Základom tejto logiky bola príbuznosť prvkov v rámci jednotlivých skupín. Ale odrazu nebolo jasné, ako pokračovať ďalej. Nie preto, že by sa medzi ostatnými prvkami nenašli nijaké príbuzenské vzťahy, ale skôr preto, že tieto vzťahy už neboli také výrazné. A navyše ich bolo v nejakom zmysle priveľa – podľa určitého kritéria sa zdali príbuzné nejaké prvky, podľa iného kritéria iné prvky. Ak chcel teda Mendelejev pokračovať v písaní svojej učebnice v duchu jej dovtedajšej logiky, potreboval v prvom rade zistiť, ktoré kritérium príbuznosti chemických prvkov je to pravé orechové.
Pri hľadaní tohto kritéria postupoval vraj nasledovne: zobral si niekoľko desiatok kartičiek, na každú z nich napísal značku niektorého z vtedy známych chemických prvkov a k nej pripísal jeho základné fyzikálne a chemické vlastnosti. Potom tie kartičky všelijako rozkladal a snažil sa nájsť usporiadanie, v ktorom by sa zreteľne odzrkadľoval nejaký prirodzený a univerzálny systém. Podarilo sa mu to 17. februára roku 1869.
.karty
Čo presne bolo napísané na spomínaných kartičkách, to sa už asi nikdy nedozvieme. A nedozvieme sa zrejme ani len to, či tieto kartičky naozaj existovali. Na rozdiel od prvých rukopisných verzií samotnej tabuľky sa totiž nijaké kartičky v Mendelejevovej pozostalosti nenašli. V jednom z neskorších vydaní svojej učebnice síce Mendelejev niečo také spomína, ale z tejto zmienky vôbec nie je jasné, či mal naozaj každý prvok svoju kartičku.
V každom prípade, ak aj kartičky reálne neexistovali a všetko sa to odohrávalo len v Mendelejevovej hlave (s prípadnou pomocou ceruzky a papiera), je to výborná metafora, ktorá nám pomôže precítiť, čo to vlastne ten chlap urobil. Skúsme si preto predstaviť, ako by asi mohla vyzerať kartička priradená napríklad sodíku. Zrejme by na nej bolo napísané, že ide o kov striebornej farby, ktorý sa topí pri 98 °C, búrlivo reaguje s vodou a jeho typickými zlúčeninami sú NaOH a NaCl. Okrem toho by tam bola zrejme uvedená aj jeho hustota a tiež takzvaná atómová váha.
A podobné by to bolo s inými prvkami. Pri kyslíku by stálo, že je to plyn, ktorý prechádza do kvapalného skupenstva pri -183 °C a jeho typickými zlúčeninami sú H2O a CO2. A aj tu by zrejme bola uvedená hustota a atómová váha. A tak ďalej, spolu 63 takýchto kariet.
Ktoré z uvedených vlastností sú kľúčové pre prirodzené usporiadanie kariet? To bola otázka, ktorú chcel mať Mendelejev zodpovedanú skôr než bude pokračovať v písaní svojej učebnice.
.čísla
Odpoveď sa vynorila po zoradení kartičiek (prvkov) podľa čísla, ktorému učenci hovorili atómová váha. Na začiatku takto zoradených prvkov stáli vodík, lítium, berýlium, bór a uhlík (s atómovými váhami 1, 7, 9 a pol, 5, 11, 12), na konci boli zlato, ortuť, tálium, olovo a bizmut (197, 200, 204, 207, 210) a na rôznych miestach medzi začiatkom a koncom zbadal Mendelejev niečo, čo ho zrejme veľmi potešilo.
To niečo bol opakujúci sa motív. Na niekoľkých miestach radu prvkov sa vyskytoval značne reaktívny nekov, nasledovaný veľmi reaktívnym kovom, za ktorým sa zas nachádzal menej reaktívny kov. Prvou takou trojicou bol fluór, sodík a horčík, o niekoľko miest ďalej sa nachádzali chlór, draslík a vápnik, o čosi neskôr bróm, rubídium a stroncium a napokon jód, cézium a bárium. V každej trojici bol na prvom mieste prvok zo skupiny takzvaných halogénov, na druhom mieste prvok zo skupiny alkalických kovov a na treťom mieste prvok zo skupiny kovov alkalických zemín. A to boli presne tie skupiny, ktorým Mendelejev venoval už napísané kapitoly svojej knihy.
Už toto bolo mimoriadne zaujímavé, oveľa zaujímavejšie to však začalo byť, keď sa Mendelejev pozrel, aké prvky sú v rade pred uvedenými trojicami. Boli to kyslík, síra, selén a telúr. Kyslík z tejto partie do istej miery vyčnieva, ale zvyšné tri prvky majú podobné chemické vlastnosti a tvoria ďalšiu celkom prirodzenú skupinu.
V rade prvkov, usporiadaných podľa atómovej váhy, teda uvidel Mendelejev opakujúci sa motív nie trojíc (ako napríklad Cl, K, Ca), ale štvoríc prvkov (napríklad S, Cl, K, Ca). A keď sa pozrel, aké prvky sa nachádzajú pred týmito štvoricami, uvidel tam dusík, fosfor, arzén a antimón, medzi ktorými bola tiež zrejmá určitá chemická príbuznosť. Pred Mendelejevovými očami sa tak odrazu zjavil dlho hľadaný systém: opakujúci sa motív po sebe nasledujúcich prvkov.
Prepísať jednorozmerný rad usporiadaných prvkov do dvojrozmernej štruktúry tak, aby sa jednotlivé opakovania základného motívu dostali pod seba – to už bol celkom prirodzený krok (v prípade kartičiek je to ešte prirodzenejšie, pretože sa tak lepšie zmestia na stôl). Tak vznikla Mendelejevova tabuľka.
.medzery
Pôvodná tabuľka sa od tej dnešnej líši v jednom významnom a v jednom bezvýznamnom detaile. Bezvýznamným rozdielom je, že v pôvodnej tabuľke boli jednotlivé opakujúce sa motívy napísané nie pod sebou, ale vedľa seba – to, čo sú v dnešnej tabuľke riadky, boli u Mendelejeva stĺpce, a naopak. Významným rozdielom je, že v pôvodnej tabuľke boli aj prázdne políčka. Na niektorých miestach tabuľky sa nenachádzal nijaký prvok, bola tam jednoducho medzera.
Ako k tomu došlo? Nuž tak, že niektoré veci Mendelejevovi v jeho práve objavenom systéme jednoducho nesedeli. V duchu vyššie opísanej logiky sa napríklad pred arzénom mali v usporiadanom rade nachádzať meď a zinok, ale ich fyzikálne a chemické vlastnosti tam príliš nepasovali. Tieto prvky by sa do celkovej štruktúry tabuľky oveľa viac hodili o dve miesta skôr a tak Mendelejev strčil medzi zinok a arzén dve prázdne miesta a povedal, že ide o dva prvky, ktoré chemici ešte neobjavili.
Podobných medzier mu vyšlo v tabuľke viac, ale príslušné miesta nenechal celkom prázdne. Z vlastností prvkov, ktoré sa v tabuľke nachádzali okolo prázneho miesta, vydedukoval Mendelejev fyzikálne a chemické vlastnosti príslušného prvku. Inými slovami, nielenže mal tú drzosť hovoriť chemikom celého sveta, že niektoré prvky ešte neobjavili, on im dokonca podrobne opísal, aké vlastnosti budú tieto prvky mať, keď ich konenčne objavia.
O pár rokov neskôr objavil francúzsky chemik Lecoq de Boisbaudran prvok, ktorý nazval gálium a ktorý takmer presne zapadal na miesto, ktoré Mendelejev vynechal za zinkom. Jediný rozdiel bol v hustote, ktorá sa od predpovede líšila až dvojnásobne. Ale to len do času, kým presnejšie merania neukázali, že Mendelejev mal pravdu aj v tej hustote.
O ďalších desať rokov objavil nemecký chemik Winkler prvok zapadajúci pred arzén a nazval ho germánium. A tak to pokračovalo aj s ďalšími medzerami. Niektoré z predpovedí sa splnili takmer do bodky, iné už neboli až také presné, ale vcelku bol Mendelejev v predpovedaní mimoriadne úspešný. A práve v tom spočíval najväčší pôvodný význam ním objavenej tabuľky.
Neskôr sa ukázalo, že jej význam je ešte oveľa hlbší, ale o tom si niečo povieme až v ďalších článkoch tejto série. Už po tomto prvom článku však môžeme konštatovať, že Dmitrij Ivanovič Mendelejev bol oveľa väčší frajer, než by sa mohlo zdať z bežných učebníc chémie. A že keď tento frajer písal učebnicu, tak to teda rozhodne neodflákol.
.kniha
Takmer pred 150 rokmi sa mladý profesor univerzity v Sankt Peterburgu rozhodoval, ktorú učebnicu anorganickej chémie má odporučiť svojim študentom. Keď si prezrel všetky dostupné knihy, zistil, že sa mu nepáči ani jedna z nich. A tak sa rozhodol, že napíše vlastnú.
Prvé kapitoly venoval najbežnejším prvkom: vodíku, kyslíku, dusíku a uhlíku. Po nich nasledovali kapitoly, venované skupinám navzájom podobných prvkov. V jednej takej skupine sa ocitli chlór, fluór, bróm a jód, v inej sodík, draslík, lítium, rubídium a cézium, ďalšiu tvorili horčík, vápnik, stroncium, bárium a berýlium. A potom sa Mendelejev zarazil.
Až dovtedy totiž mala jeho kniha jasnú vnútornú logiku. Základom tejto logiky bola príbuznosť prvkov v rámci jednotlivých skupín. Ale odrazu nebolo jasné, ako pokračovať ďalej. Nie preto, že by sa medzi ostatnými prvkami nenašli nijaké príbuzenské vzťahy, ale skôr preto, že tieto vzťahy už neboli také výrazné. A navyše ich bolo v nejakom zmysle priveľa – podľa určitého kritéria sa zdali príbuzné nejaké prvky, podľa iného kritéria iné prvky. Ak chcel teda Mendelejev pokračovať v písaní svojej učebnice v duchu jej dovtedajšej logiky, potreboval v prvom rade zistiť, ktoré kritérium príbuznosti chemických prvkov je to pravé orechové.
Pri hľadaní tohto kritéria postupoval vraj nasledovne: zobral si niekoľko desiatok kartičiek, na každú z nich napísal značku niektorého z vtedy známych chemických prvkov a k nej pripísal jeho základné fyzikálne a chemické vlastnosti. Potom tie kartičky všelijako rozkladal a snažil sa nájsť usporiadanie, v ktorom by sa zreteľne odzrkadľoval nejaký prirodzený a univerzálny systém. Podarilo sa mu to 17. februára roku 1869.
.karty
Čo presne bolo napísané na spomínaných kartičkách, to sa už asi nikdy nedozvieme. A nedozvieme sa zrejme ani len to, či tieto kartičky naozaj existovali. Na rozdiel od prvých rukopisných verzií samotnej tabuľky sa totiž nijaké kartičky v Mendelejevovej pozostalosti nenašli. V jednom z neskorších vydaní svojej učebnice síce Mendelejev niečo také spomína, ale z tejto zmienky vôbec nie je jasné, či mal naozaj každý prvok svoju kartičku.
V každom prípade, ak aj kartičky reálne neexistovali a všetko sa to odohrávalo len v Mendelejevovej hlave (s prípadnou pomocou ceruzky a papiera), je to výborná metafora, ktorá nám pomôže precítiť, čo to vlastne ten chlap urobil. Skúsme si preto predstaviť, ako by asi mohla vyzerať kartička priradená napríklad sodíku. Zrejme by na nej bolo napísané, že ide o kov striebornej farby, ktorý sa topí pri 98 °C, búrlivo reaguje s vodou a jeho typickými zlúčeninami sú NaOH a NaCl. Okrem toho by tam bola zrejme uvedená aj jeho hustota a tiež takzvaná atómová váha.
A podobné by to bolo s inými prvkami. Pri kyslíku by stálo, že je to plyn, ktorý prechádza do kvapalného skupenstva pri -183 °C a jeho typickými zlúčeninami sú H2O a CO2. A aj tu by zrejme bola uvedená hustota a atómová váha. A tak ďalej, spolu 63 takýchto kariet.
Ktoré z uvedených vlastností sú kľúčové pre prirodzené usporiadanie kariet? To bola otázka, ktorú chcel mať Mendelejev zodpovedanú skôr než bude pokračovať v písaní svojej učebnice.
.čísla
Odpoveď sa vynorila po zoradení kartičiek (prvkov) podľa čísla, ktorému učenci hovorili atómová váha. Na začiatku takto zoradených prvkov stáli vodík, lítium, berýlium, bór a uhlík (s atómovými váhami 1, 7, 9 a pol, 5, 11, 12), na konci boli zlato, ortuť, tálium, olovo a bizmut (197, 200, 204, 207, 210) a na rôznych miestach medzi začiatkom a koncom zbadal Mendelejev niečo, čo ho zrejme veľmi potešilo.
To niečo bol opakujúci sa motív. Na niekoľkých miestach radu prvkov sa vyskytoval značne reaktívny nekov, nasledovaný veľmi reaktívnym kovom, za ktorým sa zas nachádzal menej reaktívny kov. Prvou takou trojicou bol fluór, sodík a horčík, o niekoľko miest ďalej sa nachádzali chlór, draslík a vápnik, o čosi neskôr bróm, rubídium a stroncium a napokon jód, cézium a bárium. V každej trojici bol na prvom mieste prvok zo skupiny takzvaných halogénov, na druhom mieste prvok zo skupiny alkalických kovov a na treťom mieste prvok zo skupiny kovov alkalických zemín. A to boli presne tie skupiny, ktorým Mendelejev venoval už napísané kapitoly svojej knihy.
Už toto bolo mimoriadne zaujímavé, oveľa zaujímavejšie to však začalo byť, keď sa Mendelejev pozrel, aké prvky sú v rade pred uvedenými trojicami. Boli to kyslík, síra, selén a telúr. Kyslík z tejto partie do istej miery vyčnieva, ale zvyšné tri prvky majú podobné chemické vlastnosti a tvoria ďalšiu celkom prirodzenú skupinu.
V rade prvkov, usporiadaných podľa atómovej váhy, teda uvidel Mendelejev opakujúci sa motív nie trojíc (ako napríklad Cl, K, Ca), ale štvoríc prvkov (napríklad S, Cl, K, Ca). A keď sa pozrel, aké prvky sa nachádzajú pred týmito štvoricami, uvidel tam dusík, fosfor, arzén a antimón, medzi ktorými bola tiež zrejmá určitá chemická príbuznosť. Pred Mendelejevovými očami sa tak odrazu zjavil dlho hľadaný systém: opakujúci sa motív po sebe nasledujúcich prvkov.
Prepísať jednorozmerný rad usporiadaných prvkov do dvojrozmernej štruktúry tak, aby sa jednotlivé opakovania základného motívu dostali pod seba – to už bol celkom prirodzený krok (v prípade kartičiek je to ešte prirodzenejšie, pretože sa tak lepšie zmestia na stôl). Tak vznikla Mendelejevova tabuľka.
.medzery
Pôvodná tabuľka sa od tej dnešnej líši v jednom významnom a v jednom bezvýznamnom detaile. Bezvýznamným rozdielom je, že v pôvodnej tabuľke boli jednotlivé opakujúce sa motívy napísané nie pod sebou, ale vedľa seba – to, čo sú v dnešnej tabuľke riadky, boli u Mendelejeva stĺpce, a naopak. Významným rozdielom je, že v pôvodnej tabuľke boli aj prázdne políčka. Na niektorých miestach tabuľky sa nenachádzal nijaký prvok, bola tam jednoducho medzera.
Ako k tomu došlo? Nuž tak, že niektoré veci Mendelejevovi v jeho práve objavenom systéme jednoducho nesedeli. V duchu vyššie opísanej logiky sa napríklad pred arzénom mali v usporiadanom rade nachádzať meď a zinok, ale ich fyzikálne a chemické vlastnosti tam príliš nepasovali. Tieto prvky by sa do celkovej štruktúry tabuľky oveľa viac hodili o dve miesta skôr a tak Mendelejev strčil medzi zinok a arzén dve prázdne miesta a povedal, že ide o dva prvky, ktoré chemici ešte neobjavili.
Podobných medzier mu vyšlo v tabuľke viac, ale príslušné miesta nenechal celkom prázdne. Z vlastností prvkov, ktoré sa v tabuľke nachádzali okolo prázneho miesta, vydedukoval Mendelejev fyzikálne a chemické vlastnosti príslušného prvku. Inými slovami, nielenže mal tú drzosť hovoriť chemikom celého sveta, že niektoré prvky ešte neobjavili, on im dokonca podrobne opísal, aké vlastnosti budú tieto prvky mať, keď ich konenčne objavia.
O pár rokov neskôr objavil francúzsky chemik Lecoq de Boisbaudran prvok, ktorý nazval gálium a ktorý takmer presne zapadal na miesto, ktoré Mendelejev vynechal za zinkom. Jediný rozdiel bol v hustote, ktorá sa od predpovede líšila až dvojnásobne. Ale to len do času, kým presnejšie merania neukázali, že Mendelejev mal pravdu aj v tej hustote.
O ďalších desať rokov objavil nemecký chemik Winkler prvok zapadajúci pred arzén a nazval ho germánium. A tak to pokračovalo aj s ďalšími medzerami. Niektoré z predpovedí sa splnili takmer do bodky, iné už neboli až také presné, ale vcelku bol Mendelejev v predpovedaní mimoriadne úspešný. A práve v tom spočíval najväčší pôvodný význam ním objavenej tabuľky.
Neskôr sa ukázalo, že jej význam je ešte oveľa hlbší, ale o tom si niečo povieme až v ďalších článkoch tejto série. Už po tomto prvom článku však môžeme konštatovať, že Dmitrij Ivanovič Mendelejev bol oveľa väčší frajer, než by sa mohlo zdať z bežných učebníc chémie. A že keď tento frajer písal učebnicu, tak to teda rozhodne neodflákol.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.