Таблица Менделеева считается одной из величайших идей в истории науки. Её автор предсказал существование неизвестных элементов и даже сумел угадать их свойства. Но как это ни парадоксально, даже столь точная система, созданная в XIX веке, сегодня полна ошибок и компромиссов. Некоторые из них есть результат эволюции науки, другие - просто цена удобства.
Я не говорю, что таблица Менделеева - это "плохо", как обычно такие тексты воспринимает читатель. Это действительно гениальная работа. Но наука подразумевает полноценное изучение вопроса, осознание ошибок и постоянное развитие, а потому вполне уместно разобрать какие факторы делают таблицу Менделеева не такой уж безупречной, как это кажется в школе.
Привет от водорода
Мне кажется, что уж тут вы точно вряд ли ожидаете каких-то проблем. Самая первая клетка таблицы, самый простой элемент и уже загадка.
Водород стоит в первом столбце, рядом со щелочными металлами, потому что имеет один электрон на внешней орбитали. Но оказывается химически водород он совсем не металл, а в поведении ближе к галогенам (например, к фтору или хлору).
Напомню, что химическое различие между металлами и неметаллами (в частности, галогенами) заключается в том, как они ведут себя с электронами. Металлы легко отдают электроны, превращаясь в положительные ионы, поэтому они хорошие проводники и активно участвуют в реакциях восстановления. Галогены и другие неметаллы, наоборот, забирают электроны, образуя отрицательные ионы, и проявляют окислительные свойства.
Ну а водород может как отдавать электрон, так и забирать его.
По сути, водород - это химический бродяга, который не вписывается ни в одну группу. Учёные даже предлагали создать для него отдельную колонку над таблицей, но это ломает симметрию системы. В итоге водород остаётся на месте просто из-за удобства его расположения.
Лантаноиды и актиноиды
Всегда очень много вопросов связано с лантаноидами и актиноидами. Те самые две длинные строки, вынесенные вниз, чтобы таблица не растянулась до бесконечности. Но вас не зря смущает эта странность. Это не просто дизайнерское решение, а настоящая научная беда.
С точки зрения структуры, лантаноиды и актиноиды принадлежат к f-блоку и должны находиться внутри таблицы, между третьей и четвёртой группами.
Если вы вдруг забыли, то f-элементы - это те, у которых валентные электроны располагаются именно на f-оболочке в атоме. Это одна из дальних орбит в модели атома. Ну а валентные электроны - это те, что участвуют в самых разных взаимодействиях.
И в таблице каждая группа элементов занимает логичное место. Но если вставить лантаноиды и актиноиды на их место, таблица становится нечитабельной. Поэтому их вынесли в подвал.
Однако и это нарушает логику. Многие из этих элементов неоднозначны по свойствам и валентности, а их место относительно друг друга до сих пор предмет дискуссий. Даже вопрос, кто открывает актиноиды остаётся спорным. Потому и проблема расположения тут не то, чтобы удивляла.
Порядковый номер против атомной массы
Менделеев изначально располагал элементы по возрастанию атомной массы, и это работало… почти.
"Почти" потому что на пути встретились аномалии. Например, кобальт и никель, теллур и йод. По массе они стоят неправильно - более тяжёлый теллур идёт перед более лёгким йодом. Решение нашлось позже, когда выяснилось, что важнее не масса, а заряд ядра или число протонов.
Менделеев же расположил всё правильно и действовал интуитивно. Он полагал, что измерения атомных масс могут быть неточными (а в XIX веке они действительно были такими). Учёный выбрал согласованность химических свойств и оказался прав.
Но в этом и кроется проблема. Таблица Менделеева перестала быть таблицей Менделеева. Современная периодическая система - это уже таблица Мозли, основанная на атомном номере, а не на массе.
Таблица не работает для сверхтяжёлых элементов
После элемента 118 (оганесон) таблица превращается в территорию догадок. Во-первых, свойства самого оганесона не совпадают с общей логикой и я уже про это писал вот здесь. Во-вторых, всё что дальше - это вообще тёмный лес и я делал видео про унбигексий, где отметил, что таблица перестаёт работать.
Физика ядер и химия здесь начинают конфликтовать. Из-за релятивистских эффектов электроны у сверхтяжёлых атомов движутся почти со скоростью света, и их орбитали перестают вести себя предсказуемо. В результате плотность электронного облака искажается, свойства элементов перестают «повторяться» по периодам и вся химия становится нестабильной.
То есть сам принцип периодичности рушится, если продвинуться дальше по таблице. По сути, начиная с элемента 120, таблица Менделеева перестаёт работать и не потому что она неверна, а потому что физика сама меняет правила игры.
Таблица игнорирует кванты и изотопы
Менделеев создавал таблицу задолго до появления квантовой механики. Поэтому его система не учитывает ни спин, ни распределение электронов по подуровням, ни разнообразие изотопов.
Например, углерод-12 и углерод-14 - химически один и тот же элемент, но физически совершенно разные. Один стабильный, другой радиоактивный. И если всякие шуточки типа полиморфизма в таблицу вписываются, то история с изотопами находится вне неё. Но ведь технически мы работаем с совершенно другим элементом.
Такая же история с квантовым уровнем. Скажем, эффект сверхпроводимости невозможно изобразить в таблице Менделеева и напрямую это оттуда не следует. Можно, конечно, полагать, что чем ближе электроны к ядру, тем больше их плотность и выше вероятность образовать куперовские пары, но это будут лишь гипотезы без прямой связи.
Современные представления требуют уже не таблицы Менделеева, а многомерной карты Менделеева, где химия, ядерная физика и квантовые эффекты переплетены друг с другом. Но это неудобно и читать такое невозможно. Потому мы по-прежнему пользуемся старой доброй таблицей XIX века, даже если она больше похожа на глобус в мире спутниковых карт. Пусть это и будет итогом всей статьи :)...
Хочется помочь проекту? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️! Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями