Dimitrij Ivanovics Mengyelejev
(1834-1907)

Az elemek atomsúlya és tulajdonságai közötti kapcsolat
Részletek

Zsurnal Russzkogo Himicseszkogo Obscsesztva 1, 60 (1869)

(in: Henry Marshall Leicester and Herbert S. Klickstein, A Source Book in Chemistry 1400-1900 (Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts, 1963)


"A kémia elemei" címû tankönyv elõkészítése közben az egyszerû testeket olyan rendszerbe akartam foglalni, amelyben az elrendezésüket nem a véletlen szabja meg, ahogy ösztönösen gondolnánk, hanem valamely határozott és pontos elv. Az elõzõekben láttuk, hogy az egyszerû testek rendszerének megalkotásához szinte teljesen hiányoztak a számszerû összefüggések, pedig minden olyan rendszer, amely pontosan meghatározott számokon alapul, elõnyösebb azoknál, amelyeket nem támogatnak számadatok, mert az elõbbiekben kisebb az önkényes választások lehetõsége. Jelenleg az egyszerû testekre vonatkozó számadatok mennyisége korlátozott. Ha néhány esetben pontosan meghatároznák a fizikai tulajdonságokat, még mindig csak nagyon kevés elemi test adata állna rendelkezésre. Végül pedig az optikai vagy akár az elektromos vagy mágneses tulajdonságok nem támaszthatják alá ezt a rendszert, mert ugyanannak a testnek a tulajdonságai, a test állapotától függõen, különbözõ értékeket mutathatnak. Ezzel kapcsolatban elég csak a grafit és a gyémánt, a közönséges és a vörösfoszfor, az oxigén és az ózon példáját említeni. Nemcsak többségük gõzállapotának sûrûségét nem ismerjük, amelybõl meghatározhatnánk az egyszerû testek részecskéinek súlyát, hanem ez a sûrûség is olyan változásoknak van kitéve, mint az összetett testeknél megfigyelt polimer változások. Az oxigén és a kén jól mutatja ezt a hatást, de a nitrogén, a foszfor és az arzén is alátámasztja az állítást, mert ezek a hasonló elemek is rendelkeznek N2-, P4- és As4-részecskéknek megfelelõ súllyal. Az egyszerû testek számos tulajdonságának követnie kell ezt a polimer változást. Ezért nem lehetünk biztosak abban semmilyen elem, még a platina esetében sem, hogy nem létezik-e másik állapota is, s ekkor az elem helye, amelyet fizikai tulajdonsága jelöl ki a rendszerben, megváltoznék. Emellett azonban mindenki megérti, hogy bármilyen módon változnak is szabad állapotban egy egyszerû test tulajdonságai, valami állandó marad, és amikor az elemek vegyületeket képeznek, ez a valami anyagi természetû, és hozzájárul annak a vegyületnek a jellegzetes tulajdonságaihoz, amely az adott elemet tartalmazza. Ebben az összefüggésben csak egyetlen olyan állandót ismerünk, amely az elemet jellemzi, nevezetesen az atomsúlyt. Az atomsúly nagysága, az anyag lényegénél fogva, olyan szám, amely nem az egyszerû test megjelenési formáival kapcsolatos, hanem azzal az anyaggal, amely az egyszerû testben és az összes vegyületében közös. Az atomsúly nem a kokszhoz vagy a gyémánthoz tartozik, hanem a szénhez. Az a tulajdonság, amelyet Gerhardt és Cannizzaro az elemek atomsúlyaként határozott meg, szilárd és biztos feltevéseken alapszik, ezért az elemek többsége esetében, külnösen az egyszerû testeknél, amelyek hõkapacitását szabad állapotban meghatározták, nem marad kétség az atomsúlyt illetõen, mint néhány évvel ezelõtt, amikor az atomsúlyokat még oly gyakran összekeverték az egyenértékekkel, és meghatározásuk sokféle, gyakran ellentmondó elképzelésbõl indult ki.

Ezért alapoztam a rendszert az elemek atomsúlyának nagyságára.

Elõször a következõkkel kísérleteztem: kiválasztottam a legkisebb atomsúlyú elemeket és növekvõ atomsúlyuk szerint rendeztem õket sorba. Ekkor az egyszerû testek tulajdonságaiban periodikusság mutatkozott meg, és az atom[súly]ok mérete szerint elrendezett elemek még vegyértékeik szerint is sorban követték egymást:
 

Li=7; Be=9,4; B=11; C=12; N=14; O=16; F=19
Na=23; Mg=24; Al=27,4; Si=28; P=31; S=32; Cl=35,3
K=39; Ca=40; ........... Ti=50; V=51 .........  

A 100-nál nagyobb atom[súly]ú elemek elrendezésekor tökéletesen analóg, folyamatos sort találunk:
Ag=108; Cd=112; Ur=116; Sn=118; Sb=122; Te=128; I=127.

Korábban már kimutatták, hogy a Li, Na, K és Ag rokonságban van egymással csakúgy, mint a C, Si, Ti, Sn vagy a N, P, V, Sb stb. Ez rögtön fölveti a kérdést, hogy az elemek tulajdonságai kifejezhetõk-e az atomsúllyal és alapozható-e rendszer az atomsúlyokra. Ilyen rendszer felállítására történik kísérlet a következõkben.

A feltételezett rendszerben az elemre jellemzõ atomsúly jelöli ki az elem helyét. Az eddig ismert egyszerû testek csoportjainak összehasonlítása atomsúlyaik alapján arra a következtetésre vezet, hogy az elemek atomsúlyok szerinti elerendezése nem zavarja meg az elemek közötti természetes hasonlóságokat, hanem éppen ellenkezõleg, közvetlenül mutatja õket.
...

Az összes ilyen jellegû összehasonlításból azt a következtetést vontam le, hogy az atomsúly nagysága meghatározza az elemek jellegét, mint ahogy a molekulák súlya meghatározza az összetett testek tulajdonságát és számos reakcióját. Ha ezt az eredményt alátámasztja az elgondolás további alkalmazása az elemek vizsgálata során, akkor az elemi testek különbségeinek és hasonlóságuk okainak megértésében új korszakhoz érünk.

Úgy vélem, hogy az általam felállított törvény nem fut a természettudomány általános irányával ellentétesen, és eddig még nem fogalmazták meg, noha voltak már rá utalások. Ezért újra feléledhet az érdeklõdés az atomsúlyok meghatározása, az új elemi testek felfedezése és a közöttük fennálló analógiák keresése iránt.

Most bemutatok egy atomsúlyokon alapuló, lehetséges rendszert. Ez mindössze kísérlet az ily módon megszerezhetõ eredmények leírására. Magam is látom, hogy ez a kísérlet nem végleges, de úgy tûnik, hogy világosan mutatja feltevéseim alkalmazhatóságát az összes olyan elem esetében, melynek atomjai biztosan ismertek. Az elrendezéssel egyben általános rendszerbe kívántam foglalni az elemeket. Íme a kísérlet:
 

Ti=50 Zr=90 ?=180 
V=51 Nb=94 Ta=182 
Cr=52 Mo=96 W=186 
Mn=55 Rh=104,4 Pt=197,4 
Fe=56 Ru=104,4 Ir=198 
Ni=Co=59 Pd=106,6 Os=199 
H=1 Cu=63,4 Ag=108 Hg=200 
Be=9,4 Mg=24 Zn=65,2 Cd=112 
B=11 Al=27,4 ?=68 Ur=116 Au=197? 
C=12 Si=28 ?=70 Sn=118 
N=14 P=31 As=75 Sb=122 Bi=210? 
O=16 S=32 Se=79,4 Te=128? 
F=19 Cl=35,5 Br=80 J=127 
Li=7 Na=23 K=39 Rb=85,4 Cs=133 Tl=204 
Ca=40 Sr=87,6 Ba=137 Pb=207 
?=45 Ce=92 
Er?=56 La=94 
Yt?=60 Di=95 
In=75,6? Th=118? 

... Végül célszerûnek látom a fönti munka eredményeinek összefoglalását.

1. Az atomsúlyaik nagysága szerint elrendezett elemek jól érzékelhetõen periodikus tulajdonságokat mutatnak.
2. Az azonos kémiai viselkedésû elemek atomsúlya vagy közel esik egymáshoz (például a Pt, Ir, Os esetében), vagy egyenletesen növekszik (például a K, Rb, Cs esetében). A különbözõ csoportokban mutatkozó egyenletes növekedést korábbi munka tárta fel. Ezeknél az összehasonlításoknál azonban a szerzõk nem vették figyelembe Gerhardt, Regnault, Cannizzaro és mások konklúzióját, amely az elemek valódi atomsúlyát állapította meg.
3. Az elemek atomsúlyok alapján rendezett csoportjai meghatározzák a vegyértéket és bizonyos fokig a kémiai jellemzõk különbségeit is. Ez a jelenség jól érzékelhetõ a Li, Be, B, C, N, O, F csoportban és megismétlõdik a többi csoportban.
4. A természetben leggyakrabban elõforduló egyszerû testek kis atomsúlyúak, és minden kis atomsúlyú elem jellegzetes tulajdonságokkal rendelkezik. Ezek tehát a tipikus elemek. A hidrogén, mint a legkönnyebb elem, önmaga típusaként említhetõ.
5. Az atomsúly nagysága meghatározza az elem jellegét, mint ahogy a molekula[súly] nagysága meghatározza az összetett test tulajdonságait, tehát a vegyületek tanulmányozásakor nemcsak az elemek tulajdonságait és mennyiségét és nemcsak a reakciókat kell figyelembe vennünk, hanem az atomsúlyokat is. Így például a S és a Te, a Cl és a I stb. vegyületei a hasonlóságok mellett határozott különbségeket is mutatnak.
6. Arra kell számítanunk, hogy sok ismeretlen testet fedeznek még fel: például az Al-hoz és Si-hoz hasonló, 6575 atomsúlyú elemeket.
7. Az elemek egyes analógiáira következtetni lehet az atomsúlyokból. Például az urán analógnak tûnik a bórral és az alumíniummal, amit vegyületeik összevetése megerõsít.

Dolgozatom akkor éri teljesen a célját, ha sikerül felhívnom a kutatók figyelmét az egymáshoz nem hasonló elemek atomsúlyai közötti azonos kapcsolatokra is, amit tudomásom szerint eddig teljesen figyelmen kívül hagytak. Feltételezésem szerint tudományunk egyik legfontosabb kérdése az ilyen típusú problémák megoldásában rejlik, ezért amint idõm engedi, magam is a lítium, a berillium és a bór összehasonlító vizsgálatába fogok.


Vissza http://www.kfki.hu/chemonet/ 
http://www.ch.bme.hu/chemonet/