周期表は化学の最も重要な進歩でした

デニス・ルヴレー著

1994 年 2 月 12 日、2019 年 1 月 10 日更新

フランスの小説家バルザックが「数字がなければ、私たちの文明の建物全体が崩壊するだろう」と書いたとき、彼はロシアの化学者ドミトリ・メンデレーエフによる洞察を期待していたのかもしれない。 1869 年 2 月 17 日、メンデレーエフは元素の記号を原子量に従って並べて書き留めました。彼は、既知の行動の規則性または「周期性」に従ってページ上にグループ化されるような方法でシーケンスを書き留めました。それはおそらく化学史上最大の進歩でした。

メンデレーエフのアイデアは、化学者たちの専門分野に対する見方を完全に変えました。各化学元素には表内の番号と固定位置があり、そこからその化学元素の挙動、つまり他の元素とどのように反応するか、どのような化合物を形成するか、どのような物理的性質を持つかを予測することが可能になりました。。

間もなく、メンデレーエフは、当時まだ発見されていなかった 3 つの元素 (ガリウム、スカンジウム、ゲルマニウム) の特性を予測しました。彼は周期法則が健全であると強く確信していたので、表にこれらの要素の隙間を残しました。 20 年以内に 3 つすべてが発見され、その性質は彼の予測をほぼ正確に裏付けました。

メンデレーエフ自身も、自分のアイデアがどれほど早く確認されたかに驚いていました。 1889年にロンドンの王立研究所で行った名誉あるファラデー講演の中で、彼は「周期律の正確さと一般性の確認として英国化学会に彼らの発見について言及するほど」長生きできるとは予想していなかった、と認めた。。彼の目覚ましい業績のニュースが広まり始めると、メンデレーエフは一種の英雄となり、周期表への関心が高まりました。

メンデレーエフは合計 10 個の新しい元素を予測しましたが、そのうち 2 個を除いてすべてが存在することが判明しました。彼は後に、隣接する要素のいくつかのペアの位置を反転して、それらの特性を周期的パターンに適合させることを提案しました。彼は、コバルトをニッケルと、アルゴンをカリウムと交換することを提案したが、それらの真の原子量が化学者が決定した値と異なるため、それらは間違って配置されたと考えた。この曖昧さが解消されるのは、メンデレーエフの死後約6年後の1913年までかかった。その時までに化学者は原子についての理解をさらに深めており、その年、マンチェスターで研究していた物理学者ヘンリー・モーズリーは、表内の元素の位置は原子量ではなく原子番号によって決まることを示した。

元素の原子番号は、その原子核内の陽子の数を定義します。中性原子では、陽子の数はその周囲の電子の数に等しくなります。モーズリーは、特定の元素によって発生する X 線の固有周波数がその原子番号に直接関係していることを証明しました。メンデレーエフにとって混乱の原因の 1 つは、化学者が測定する原子量が、元素のすべての異なる同位体のわずかに異なる重量の平均であることでした。 (同位体は陽子の数は同じですが、中性子の数が異なります。)

しかし、メンデレーエフの直観は正しかったので、原子番号を使用して、1890 年代に発見された希ガス (ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、ラドン、キセノン) の拡張表内での位置を割り当てることに成功しました。これらの元素は非常に非反応性であるため、発見当時は他の元素と結合させることができなかったため、その化学的性質を知ることは問題外でした。

より重い要素も同様の方法で配置されました。これらは主に、1840 年代以降に発見され、元素 57 番のランタンから始まる 15 種類のランタニド系列と、今世紀に発見された元素 89 のアクチニウムから始まる 15 種類の放射性アクチニドで構成されています。これらの元素の各系列の化学原子番号が増加してもほんのわずかに変化するだけなので、それらを周期表に載せるには大きな問題があったでしょう。