Sönn saga um fæðingu lotukerfisins fyrir 150 árum - Vísir IS

DMITRI Mendeleev átti í vandræðum. Sem prófessor við háskólann í Pétursborg í Rússlandi átti hann að kenna nemendum efnafræði og til að leiðbeina honum í því verki hafði hann samið við rússneskan útgefanda um að skrifa tveggja binda kennslubók. Í janúar 1869 hafði hann lokið við fyrsta bindið, en það náði aðeins yfir átta af 63 efnafræðilegum frumefnum sem þá þekktust. Hvernig ætlaði hann að troða þeim 55 sem eftir eru í bindi tvö?

Hann hafði greinilega ekki efni á að fara í sama röfl um eiginleika frumefnanna og hann hafði gert í fyrsta bindinu. Hann þurfti eitthvað kerfi til að skipuleggja efnið. En var einhver röð í byggingareiningum efnisheimsins?

Þegar við endursegum sögur af vísindamönnum sem velta fyrir sér stórum spurningum eins og þessum, eru þær oft látnar virðast rómantískar. Það er tímabil baráttu og ruglings sem endar þegar einn snillingur sér ljósið, kannski í draumi eða draumi. Þá fellur allt á sinn stað, hugmyndafræðin breytist og ekkert er alltaf eins. Hversu miklu göfugra hljómar þetta en örvæntingarfull tilraun til að standast frest útgefanda.

Nokkrar frásagnir af því hvernig Mendeleev fann upp lotukerfið reyndu að láta það passa við það rómantíska sniðmát. Þeir halda því fram að Rússinn, sem er upphaflega frá afskekktum bænum Tobolsk í Síberíu, hafi verið heltekinn af því að finna uppbyggingu meðal frumefnanna og sett þau út á spil, eins og eingreypingur. Hann reyndi alls kyns fyrirkomulag án árangurs, segir sagan, þar til hann sofnaði, örmagna, í vinnustofu sinni í febrúar 1869.

„Ég sá í draumi borð þar sem allir þættirnir féllu á sinn stað eins og krafist var,“ sagði hann síðar. Þegar hann vaknaði, skrifaði hann í skyndi niður sýn sína og tveimur vikum síðar birti hann „Suggested System of the Elements“. Loksins hafði stöðugt vaxandi listi yfir frumefni frá vetni til blýs rökfræði.

Þessi rökfræði, sagði Mendeleev, er í meginatriðum þessi: ef þú raðar frumefnum eftir atómþyngd þeirra – hversu mikið stöðugt magn hvers frumefnis vegur miðað við léttasta, vetni – eiginleikar þeirra virðast endurtaka sig með reglulegu millibili. Þú getur því skrifað listann yfir þætti sem töflu, með dálkum af þáttum sem deila svipuðum eiginleikum.

Þetta mynstur er enn grundvöllur nútíma lotuskráa, en sagan um hvernig Mendeleev uppgötvaði það molnar í skoðun. Taktu drauminn. „Ég trúi því ekki,“ segir vísindasagnfræðingurinn Michael Gordin við Princeton háskólann, sérfræðingur í lífi og starfi Mendeleevs. “Heimildirnar eru of vafasamar.” Mendeleev gerði drauminn aldrei tilkall til sjálfur; það kom frá samstarfsmanni 40 árum síðar. Jafnvel þá hefði hann auðveldlega getað meint eitthvað eins og dagdraum, segir Gordin. Mendeleev lagði sjálfur áherslu á að uppgötvun hans „var afurð innsæis og efnafræðilegrar þekkingar,“ bætir hann við. En Gordin viðurkennir að „fólk virðist elska þessa sögu, svo ég held að læti sagnfræðings míns muni ekki draga úr henni í bráð“.

Allavega var aldrei fullkomin uppröðun á borðinu sem skilaði allri þeirri þekkingu sem til er. Fyrir það fyrsta er röðun Mendeleevs á frumefnunum eftir atómþyngd ekki það sem við notum í dag. Atómþyngd var ákvörðuð með tilraun: með því að brjóta efnasambönd í frumefni þeirra og vega hversu mikið af hverju þau innihéldu. En því meiri grundvallarröðun kemur frá atómnúmeri hvers frumefnis, fjölda róteinda í kjarna frumeinda þeirra. Um miðja 19. öld var enginn viss um hvort frumeindir væru jafnvel raunverulegar og Mendeleev sjálfur var efins.

Jafnvel var deilt um atómþyngdina. Til dæmis sameinuðust súrefni og vetni og mynduðu vatn í hlutfallinu átta hlutar á móti einum, en þetta þýddi vatnssameindir innihéldu jafnmargar vetnis- og súrefnisatóm, þar sem hið síðarnefnda var átta sinnum þyngra, eða tvöfalt fleiri vetnisatóm en súrefni, og hið síðarnefnda 16 sinnum þyngra? (Það er í raun önnur þeirra, sameindaformúlan er H ₂ O.)

Það var í raun vaxandi stuðningur við H ₂ O formúluna af vatni sem hjálpaði Mendeleev að skipuleggja frumefnin rétt. En hann þurfti að taka sér nokkurt frelsi til að tryggja að frumefni með svipaða efnafræðilega hegðun féllu í sama hóp. Til dæmis ákvað hann að gefa berylliumoxíði formúluna BeO, frekar en (eins og flestir héldu) Be ₂ O ₃ , til að koma beryllium í sömu súlu og magnesíum, sem það virtist eiga líkt með. Mendeleev myndi seinna sanna rétt varðandi formúluna. Að þessu leyti og öðrum smáatriðum er taflan hans dæmi um hugmynd sem heldur fram forgangi yfir fyrirliggjandi gögnum og ögrar þeirri almennu skoðun í vísindum að ef tilgáta þín er ósammála gögnunum þá verður þú að henda þeim, sama hversu glæsileg þau eru.

Og jafnvel þó Borðið hans Mendeleevs var meistaralegt högg, það var ekki algjör opinberun. Þýski efnafræðingurinn Johann Wolfgang Döbereiner hafði gert eitthvað svipað, með því að flokka efnafræðilega eins frumefni í hópa af þremur, sem hann kallaði „þríhyrningar“ á 1820. Aðrir, þar á meðal William Odling og John Newlands í Bretlandi, Alexandre-émile Béguyer de Chancourtois í Frakklandi og Julius Lothar Meyer í Þýskalandi, teiknuðu upp fyrirkomulag þeirra þátta sem safnað var í fjölskyldur á 1850 og snemma 1860. Meyer lét nánast flokka lotukerfið eftir 1868, en hann gaf það ekki út fyrr en ári eftir Mendeleev.

„Stöðugt stækkandi listi frumefna hafði loksins rök fyrir því“

Þetta verk var ekkert leyndarmál, þó að Mendeleev hafi fullyrt síðar að hann hefði ekki verið meðvitaður um það. „Þetta virðist svolítið skrítið,“ segir efnafræðingurinn Eric Scerri við Kaliforníuháskóla í Los Angeles, leiðandi sérfræðingur í lotukerfinu. Deilur um hver komst þangað fyrst urðu til þess að maður velti því fyrir sér hvort draumurinn væri bara þægilegt tæki.

Að lokum, sú hugmynd að, þökk sé lotukerfi Mendeleevs, hafi vogin fallið úr augum jafnaldra hans, stenst ekki. Nokkrir vísindamenn, eins og rússneski efnafræðingurinn Julia Lermontova, tóku vel eftir og reyndu að skýra röð frumefna með því að bæta aðferðir við aðskilnað og lýsingu. En það varð engin skyndileg hugmyndabreyting í efnafræði. „Í fyrstu voru ekki mikil viðbrögð við því,“ segir Gordin.

Forvitni um borð Mendeleevs byrjaði aðeins að aukast sex eða sjö árum eftir að það var birt, þegar frumefnið gallíum var uppgötvað af franska efnafræðingnum Paul-émile Lecoq. Það passaði við spá Mendeleevs um þyngra frumefni fyrir neðan ál með atómþyngd 68, sem hann hafði skilið eftir pláss fyrir í töflunni sinni og gaf því bráðabirgðanafnið eka-aluminium. Svo virðist sem Lecoq hafi nefnt það þjóðræknislega eftir gömlu latnesku myndinni af landi sínu, Gallia. En almennur grunur leikur á að nafnið hafi líka verið smá slæg sjálfsauglýsing, þar sem latneska orðið gallus þýðir hani – le coq á frönsku.

Annað frumefni Mendeleevs sem spáð var fyrir um, merkt eka-kísill, fannst árið 1886 og var skírt germaníum. Þessi hæfileiki til að spá fyrir var það sem aðgreindi töflu Mendeleevs frá fyrri.

„Forvitnin um borðið jókst eftir því sem sum eyðurnar voru fylltar“

Samt var viðurkenning lengi að koma. Það kann að hafa verið að hluta til vegna sérvitrar framkomu Mendeleevs: sítt hár, óstýrilátt skegg og meint slæmt skap. Breski efnafræðingurinn William Ramsay, sem hitti hann í London árið 1884, lýsti honum sem sérkennilegum, „hvert hár á höfði virkaði í sjálfstæði hvers annars“. En eftir að hafa spjallað við hann á brotinni þýsku fannst Ramsay – sem stækkaði lotukerfið með heilum dálki af eðalgastegundum í lok aldarinnar – Mendeleev „fínn náungi“.

Þó að sögurnar um uppfinningu Mendeleevs á lotukerfinu geti verið meira skáldskapur en staðreyndir, dregur það ekki úr mikilvægi þess. Það var umfangsmesta röðun á byggingareiningum efnisins og vísaði óafvitandi veginn að undirliggjandi skammtareglum sem stjórna samsetningu og eiginleikum frumeinda. Það hjálpaði til við að sameina efnafræði og eðlisfræði og leiddi í ljós djúpan þátt í hönnun náttúrunnar. Bara ekki reyna að láta eins og það hafi komið í draumi.

Skoðaðu restina af sérstakt okkar á 150 ára afmæli lotukerfisins: