Lesen Sie englischsprachige Quellen zur Geschichte der Chemie und suchen Sie nach Verweisen auf das Periodensystem. Sie werden überrascht sein, aber stellen Sie trotzdem sicher, dass dieser Wortlaut sorgfältig vermieden wird. Beharrlich und irgendwie politisch korrekt schreiben sie über das "Periodensystem der Elemente". Mit der Erwähnung nicht nur der Zeitschrift, sondern aller Beteiligten, wobei die Rolle von Meyer , Dobereiner und Chancourtois mit nicht weniger Eifer betont wird als die entscheidende Rolle, eine zweite Front in der Endphase des Zweiten Weltkriegs zu eröffnen.
Wir würdigen die angesehenen westlichen Partner von Mendeleev und persönlich Robert Bunsen, bei dem Dmitry Ivanovich studierteIn den Jahren 1859-1861 stellen wir fest, dass Mendeleev nicht als Klassifikator des Bekannten wie Linnaeus in die Wissenschaftsgeschichte eingegangen ist, sondern als Visionär, der in der Lage war, noch nicht entdeckte Elemente vorherzusagen und, was im Kontext dieses Artikels noch wichtiger ist, Jod und Tellur trotz dieser Tatsache korrekt anzuordnen Dieses Tellur ist schwerer als Jod.
Gegenwärtig schließt Oganesson (Og) Nr. 118 das Periodensystem. Es befindet sich genau unter dem Radon (Nr. 86) und sollte nach Mendeleevs Logik ein Edelgas sein, da es die siebte Periode schließt. Aber mit dem Ende dieser erstaunlichsten, kurzlebigen und explosiven Periode, die Uran, Plutonium, Mendelevium, Flerovium und Oganesson enthält, werden die Fragen erneut aktualisiert: Wo endet das Periodensystem? Und wird das periodische Gesetz bis an seine Grenzen eingehalten? Überraschenderweise gab Richard Feynman die erste Antwort auf diese Frage recht zuversichtlich.
Dabei stützte er sich auf das von Bohr vorgeschlagene traditionelle Modell des Atoms. Bekanntlich ist in Bohrs Modell der Atomkern von einer Elektronenwolke umgeben, und die Elektronen drehen sich nur in genau definierten erlaubten Bahnen um den Kern. Ein Elektron kann keine Zwischenbahn einnehmen, aber es kann sich von einer erlaubten Bahn in eine andere bewegen. Dieser Übergang erfolgt sofort mit der Emission oder Absorption eines Energiequantums und wird als "Quantensprung" bezeichnet.
Die Geschwindigkeit eines Elektrons in einem bestimmten Quantenzustand wird nach der folgenden Formel berechnet
,
wobei
Z
die Ordnungszahl der Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms und dementsprechend der Anzahl der Elektronen entspricht, die ein neutrales Atom umkreisen. Hier
n
Ist der Quantenzustand des Elektrons und
ist die
Konstante der Feinstruktur . Die Feinstrukturkonstante wird nach der Formel berechnet
,
wobei e die Elementarladung ist, h die Plancksche Konstante ist und e0 die Dielektrizitätskonstante ist, die auch als freie Vakuumpermeabilität bezeichnet wird.
Je weiter die äußere Elektronenhülle des Atoms vom Kern entfernt ist, desto höher ist dementsprechend die Geschwindigkeit, mit der sich das Elektron entlang des Atoms bewegt. Richard Feynman berechnete, dass bei Z = 137 die Geschwindigkeit des Elektrons geringfügig niedriger ist als die Lichtgeschwindigkeit. Wenn Sie dieser Logik folgen, kann das Element mit der Ordnungszahl 138 nicht existieren. Andernfalls würde sein äußerstes Elektron die Lichtgeschwindigkeit überschreiten.
Rutherfordium und Gesetzlosigkeit
In der Praxis sind die Dinge jedoch komplizierter. Erstens treten relativistische Effekte in den Kernen schwerer und superschwerer Elemente auf. Berechnungen, die vorhersagen, wo das Periodensystem enden könnte, basieren auf der Relativitätstheorie. Mit zunehmender Vergrößerung des Kerns werden immer mehr Protonen darin, was bedeutet, dass auch die auf die Elektronen wirkende Anziehungskraft zunimmt. Dementsprechend wächst die Geschwindigkeit der äußersten Elektronen und nähert sich zunehmend der Lichtgeschwindigkeit. Bei solchen Geschwindigkeiten werden die Elektronen "relativistisch", und die Eigenschaften dieser Elemente können nicht vollständig durch die Position des Elements in der Tabelle allein erklärt werden. Einige dieser Effekte sind mit bloßem Auge sichtbar. In Goldatomen drehen sich Elektronen mit etwa der halben Lichtgeschwindigkeit um den Kern. Aus diesem Grund ändern sich die Umrisse der Orbitale soDieses Gold absorbiert den blauen Teil des sichtbaren Spektrums und der Rest der Photonen wird von ihm reflektiert. Wir beobachten weißes Licht abzüglich der blau-violetten Komponente, und als Ergebnis erhält Gold einen charakteristischen gelb-roten Schimmer, der sich vor dem Hintergrund der ihn umgebenden Silbermetalle abhebt.
Bereits in den 1990er Jahren wurden die ersten Experimente durchgeführt, die zeigten, dass Rutherfordium (104) und Dubnium (105) andere Eigenschaften aufweisen als die ihnen gemäß den Positionen im Periodensystem zugewiesenen. Nach dem periodischen Gesetz sollten sie in ihren Eigenschaften den Elementen ähneln, die sich direkt über ihnen befinden, Hafnium bzw. Tantal. Tatsächlich reagiert Rutherfordium wie ziemlich weit entferntes Plutonium und Dubnium-ähnliches Protactinium. Andererseits folgen Seborgium (106) und Borium (107) dem von Mendeleev abgeleiteten Gesetz.
Außerdem. Es stellt sich heraus, dass sich Röntgen (111) in Eigenschaften mit Astatin und nicht mit Gold nähert und Copernicium (112) in Eigenschaften zu Edelgasen gravitiert, sogar mehr als Oganesson (118). Wahrscheinlich ist Tennessin (117) in seinen Eigenschaften Gallium ähnlicher, und Nichonium (113) ist mit Alkalimetallen vergleichbar. All diese Anomalien sind mit einer zunehmend ausgeprägten Manifestation relativistischer Effekte in übergroßen Atomen verbunden.
Ein wenig über den Teilchenwellen-Dualismus
Bohrs Modell des Atoms in dieser Interpretation, nach dem die Tabelle durch Element Nr. 137 geschlossen werden sollte, entspricht ebenfalls nicht vollständig dem tatsächlichen Sachverhalt. Das Fach der Quantenphysik ist viel komplexer als das Fach der klassischen Physik; Quantenphänomene haben auf Makroebene in der Regel kein visuelles Analogon. Zum Beispiel müssen gemäß den Gesetzen der klassischen Physik Elektronen, die sich um den Kern drehen, auf den Kern fallen und die Atome müssen kollabieren.
Es scheint, dass die Existenz des Atoms eine Widerlegung der Gesetze der Physik ist. In Wirklichkeit ist alles anders. Die klassischen Gesetze sind unerschütterlich, aber Elektronen fallen nicht auf den Kern, da ein Elektron streng genommen kein Teilchen ist. Das Elektron gehorcht dem Teilchenwellen-Dualismus, dh es weist gleichzeitig die Merkmale eines Teilchens und einer Welle auf und fällt daher nicht auf den Kern. Trotzdem kann die Geschwindigkeit eines Elektrons selbst unter Berücksichtigung der Welle-Teilchen-Dualität die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum nicht überschreiten.
Herr Feynman selbst,
Richard Feynman glaubte, dass mit einer Ordnungszahl von mehr als
Z
= 137 kein neutrales Atom existieren kann. Der Punkt ist, dass nach der relativistischen Dirac-Gleichung für große Werte
Z
Der Grundenergiezustand des dem Kern am nächsten gelegenen Elektrons wird als imaginäre Zahl ausgedrückt. Diese Überlegung setzt jedoch voraus, dass der Kernel punktweise ist. Wenn wir annehmen, dass der Kern eine physikalische Größe hat, auch wenn das Minimum, aber nicht Null ist, sollte das Periodensystem bis
Z
≈173 fortgesetzt werden.
Was weiter
Es wird angenommen, dass für
Z
≈ 173 die 1s-Unterschale unter Einwirkung des elektrischen Feldes des Kerns in das negative Kontinuum ( Dirac-Meer ) „eintaucht“ , was zur spontanen Bildung von Elektron-Positron-Paaren und infolgedessen zur Abwesenheit neutraler Atome über dem Element Ust (Unseptrium) mit führt
Z
= 173. Atome mit
Z > Zcr
173 werden überkritische Atome genannt. Es wird auch angenommen, dass Elemente mit
Z > Zcr
nur als Ionen existieren können.
Überkritische Atome können nicht vollständig ionisiert werden, da auf ihrer ersten Elektronenhülle, in der ein Elektron und ein Positron aus dem Dirac-Meer austreten, heftig spontane Paare entstehen. Außerdem wird das Elektron in das Atom eingewebt und das Positron fliegt weg. Das Feld der starken Wechselwirkung, das den Atomkern umgibt, ist zwar sehr kurzreichweitig, so dass das Pauli-Ausschlussprinzip keine weitere spontane Paarbildung nach dem Füllen der in das Diracmeer eingetauchten Schalen zulässt. Die Elemente 173-184 werden als schwach überkritische Atome bezeichnet , da sie nur eine Schale haben, die in das Dirac-Meer eingetaucht ist
1s
. Es wird angenommen, dass sich die Schale
2p1/2
um Punkt 185 und die Schale vollständig füllt
2s
- über Element 245. Bisher war es nicht möglich, experimentell eine spontane Paarproduktion zu erreichen, indem versucht wurde, überkritische Ladungen durch Kollision schwerer Kerne zu sammeln (z. B. Blei mit Uran, das
Z
= 174 ergeben könnte, Uran mit Uran, das
Z
= 184 ergibt , und Uran mit Kalifornium, das = 184 ergibt ergibt
Z
= 190). Vielleicht spielt die nukleare Instabilität im Finale des Periodensystems eine Schlüsselrolle und nicht die Instabilität der Elektronenhüllen.
Schließlich wird angenommen, dass ein
Z
ganzer Kontinent der Stabilität , der aus hypothetischer Quarkmaterie besteht, in der Region > 300 verborgen sein kann (Es ist auch quantenchromodynamische Materie). Solche Materie kann aus freien Auf- und Ab-Quarks bestehen und nicht aus Quarks, die an Protonen und Neutronen gebunden sind. Es wird angenommen, dass dies der Grundzustand der baryonischen Materie ist , die eine höhere Bindungsenergie pro Baryon aufweist als die Kernmaterie. Wenn ein solcher Materiezustand real ist, kann er möglicherweise im Verlauf thermonuklearer Reaktionen gewöhnlicher superschwerer Kerne synthetisiert werden. Die Produkte solcher Reaktionen müssen aufgrund der hohen Bindungsenergie die Coulomb-Barriere vollständig überwinden.
Bisher ist dies alles Theorie, und wir haben es, wie wir wiederholen, geschafft, bis zum 150. Jahrestag der Entdeckung des Periodengesetzes (1869-2019) nur die 7. Periode des Periodensystems zu füllen. In beiden Fällen nimmt die Halbwertszeit neuer schwerer Elemente rapide ab. Wenn es für Rutherfordium-267 ungefähr 1,3 Stunden sind, dann für Röntgen-282 sind es nur 2,1 Minuten, und für Oganesson wird es in Hunderten von Mikrosekunden berechnet. Somit ist das Ende nah und danach kann sich eine Fortsetzung oder eine Regisseurversion der materiellen Welt öffnen. Der Weg dorthin führt durch die Feynmania-Sublight-Orbitale.