Teoretyczne pierwiastki Mendelejewa

Teoretyczne pierwiastki Mendelejewa lub pierwiastki przewidziane przez Mendelejewa (potocznie pierwiastki Mendelejewa, pierwiastki „eka” lub eka-pierwiastki[1]) – cztery pierwiastki, w rzeczywistości nieistniejące, zaproponowane przez Mendelejewa w latach 1869–1871. Zostały one opracowane przez Dimitrija Mendelejewa, jako pierwiastki, które w tablicy okresowej tymczasowo zajmują miejsca nieodkrytych pierwiastków[2][3]. Mendelejew przewidywał, że każdy z eka-pierwiastków zostanie zastąpiony przez wykryty w przyszłości rzeczywisty pierwiastek.

Dla pierwszej wersji układu okresowego z 1869 roku Mendelejew wprowadził trzy pierwiastki teoretyczne:

  • eka-bor (eka-boron, oznaczenie Eb, pierwiastek 21, w 1897 został zastąpiony przez skand)[3][4],
  • eka-glin (eka-aluminium, oznaczenie Ea lub El, pierwiastek 31, w 1875 zastąpiony przez gal)[5],
  • eka-krzem (eka-silicon, oznaczenie Es, pierwiastek 32, w 1887 zastąpiony przez odkryty rok wcześniej german)[6][7].

Pomiędzy 1869 a 1871 wprowadzony został również czwarty pierwiastek teoretyczny:

  • eka-mangan (eka-manganese, oznaczenie Em, pierwiastek 43, który zastąpiony został początkowo pierwiastkiem o nazwie masurium a finalnie technetem[8]).

W pierwotnej wersji układu miejsce 43 mógł zajmować znany wówczas pierwiastek pelopium, fałszywie odkryty w 1847 przez w Henricha Rose, który okazał się być stopem niobu i tantalu. W dalszych wersjach w miejsce pelopium został wprowadzony eka-mangan. Następnie został on zastąpiony przez pierwiastek davyum, fałszywie odkryty przez Serge’a Kerna w 1877 roku, który okazał się być stopem irydu, rodu i żelaza[9][10].

Pozostałe pierwiastki przewidywane przez Mendelejewa

Niektóre źródła podają informację, że przewidzianych przez Mendelejewa pierwiastków było siedem[1] lub osiem[11][2], uwzględniając w zależności od źródła, puste miejsca dla pierwiastków 72, 75, 84, 85 i 91.

Mendelejew przewidywał istnienie pierwiastka 72, za który początkowo błędnie uznano odkryty w 1803 roku cer. Przewidywany pierwiastek 72 w 1909 roku fałszywie odkryto i nazwano celtium a w 1923 został ostatecznie zidentyfikowany jako hafn[12].

Mendelejew przewidywał również istnienie pierwiastka pomiędzy wolframem a osmem, który ostatecznie został w 1925 roku nazwany renem. Jednak w tym przypadku przewidywane właściwości były błędne lub niepełne ponieważ nieznany był pierwiastek 43[13]. Formalnie w układzie zaproponowanym przez Mendelejewa znalazło się miejsce na pierwiastki 6 okresu o liczbach atomowych 84 i 85[14], jednak odpowiadające im pierwiastki teoretyczne były określone błędnie, ze względu na błędy w samym układzie okresowym. W 1871 Mendelejew przewidywał istnienie pierwiastka pomiędzy torem a uranem, który został wykryty w 1918 i nazwany proaktynem[15].

Do roku 1915 zaproponowano kolejne eka-pierwiastki: eka-jod (astat) i eka-cez (frans), a także uznano, że istnieje nieodkryty pierwiastek pomiędzy neodymem a samarem (uzyskany w 1945 pierwiastek promet)[14].

W czasie gdy Mendelejew tworzył układ okresowy, znany był pierwiastek 57 (lantan). Mendelejew przewidywał jednak istnienie w jego miejsce pierwiastka o innych właściwościach, zgodnych z właściwościami pierwiastka 71, który został w 1907 roku zidentyfikowany jako cassiopeium (od 1909 roku znany jest pod nazwą lutet)[16]. Błąd wynikał z tego, że Mendelejew nie założył istnienia bloku f.

Nazewnictwo i stosowane przedrostki

Mendelejew zaproponował, aby teoretycznym pierwiastkom nadawać nazwy korzystając z nazwy znanego pierwiastka oraz z przedrostka eka-, dwi- (finalnie dvi-) lub tri-, w zależności od tego czy zaproponowany pierwiastek znajdował się w o jedno, dwa lub trzy miejsca poniżej znanego pierwiastka w tablicy jego autorstwa. W ten sposób na przykład w miejsce pierwiastka 32, przed jego wyizolowaniem w 1886 roku i nadaniem mu nazwy german, zajmował teoretyczny pierwiastek eka-krzem (łac. eka-silicon, oznaczenie Es)[11][7].

Zaproponowane przedrostki zostały zaczerpnięte z sanskrytu, gdzie oznaczają liczebniki, kolejno: jeden, dwa i trzy. Do momentu śmierci Mendelejewa, on i inni naukowcy w porozumieniu z nim zaproponowali inne pierwiastki teoretyczne (dziesięć pierwiastków, licząc eka-mangan), z których dziewięć posiadało nazwy z przedrostkiem „eka”. Oprócz tych zaproponowanych w 1871 były to odpowiedniki pozostałych pierwiastków, przewidywanych przez Mendelejewa: eka-cyrkon (hafn), eka-tantal (proaktyn), eka-tellur, eka-jod i eka-cez (frans). Jeden posiadał w nazwie „dvi”, był to dvi-mangan, zastąpiony w 1925 przez ren[11][1].

Prefiks „eka” był lub jest nadal używany w odniesieniu do nowych pierwiastków, choć zatwierdzona przez IUPAC metoda nazewnictwa tymczasowego opiera się na liczbie atomowej pierwiastka. Za niepoprawne lub nieobowiązujące zostały również uznane oryginalne nazwy pierwiastków teoretycznych zaproponowane przez Mendelejewa, ponieważ w innym przypadku wystąpiłby konflikt oznaczenia: oznaczenie „Es” byłoby zastosowane zarówno dla eka-krzemu jak i dla einsteinu (pierwiastka 99)[7].

W oryginalnej pisowni Mendelejew zaproponował zapis przedrostków łącznie z nazwami czyli ekabor, oryginalnie ros. экаборъ. Analogicznie zostały nazwane pozostałe pierwiastki teoretyczne: экаалюминій, экамарганецъ, oraz экасилицій (zapis łączny)[3]. Obecnie w większości materiałów znajduje się zaczerpnięty z publikacji zachodnioeuropejskich zapis z dywizem/łącznikiem (eka-bor).

Właściwości pierwiastków teoretycznych

Dla trzech pierwotnie opracowanych przez siebie pierwiastków teoretycznych Mendelejew przewidział szereg właściwości, określił ich masę cząsteczką, wynoszącą odpowiednio 44 (lub 45), 68 i 72 (w przypadku czwartego, eka-manganu doszło do fałszywego odkrycia pierwiastka i błędnego eksperymentalnego określenia jego właściwości, a informacje co do przewidywanych właściwości są sprzeczne lub niewiarygodne)[10].

Mendelejew zakładał istnienie tlenku eka-boru o wzorze Eb2O3. Faktycznie w 1879 Lars Nilson odkrył tlenek nieznanego wówczas pierwiastka. Obecnie wiadomo, że odkrytym związkiem był tlenek skandu Sc2O3[4]. Dla eka-boru zakładał on początkowo (w latach 1869–1871) masę atomową wynoszącą 44 (lub 45). W 1879 roku, już pod odkryciu tlenku skandu, masa eka-boru została ustalona na 45, przez Pera Teodora Clevepoda[17]. Zgodnie z przewidywaniem pierwiastek był metalem. Pozostałe właściwości eka-boru i skandu nie są zbieżne. Masa skandu, który ostatecznie zastąpił eka-bor, wynosi 44,955908[18].

Dla eka-glinu Mendelejew w latach 1871–1875 założył szereg właściwości, które były zbieżne z właściwościowi galu.

Porównanie właściwości eka-glinu i galu[6]
Właściwośćeka-glingal
Masa atomowaok. 6869,723
Gęstośćok. 6,0 g/cm35,904 g/cm3
Temperatura topnienianiska29,767 °C
Wzór podstawowego tlenkuEa2O3Ga2O3
Gęstość podstawowego tlenku5,5 g/cm35,88 g/cm3
Typ tlenkuamfoterycznyamfoteryczny

Analogicznie Mendelejew w latach 1871–1885 określił właściwości eka-krzemu, spośród których szereg okazało się zbieżnymi z właściwościami germanu, jakie wykazał Clemens Winkler (odkrywca germanu),

Porównanie właściwości eka-krzemu i germanu[19][20]
Właściwośćeka-krzem

(1871-1885)

german
(1887)
Masa atomowaok. 72,5 (72,64)72,59
Gęstośćok. 5,5 g/cm35,35 g/cm3
Temperatura topnieniawysoka947 °C
Barwaszaraszara
Wzór podstawowego tlenkuEsO2GeO2
Gęstość podstawowego tlenku4,7 g/cm34,25 g/cm3
Typ tlenkusłabo zasadowysłabo zasadowy
Temperatura topnienia chlorkuponiżej 100 °C86 °C (GeCl4)
Gęstość chlorku1,9  g/cm31,88 g/cm3

Przypisy

  1. ↑ a b c a, Encyklopedia Techniki - Chemia, Warszawa 1965.
  2. ↑ a b Oleg M Nefedov, 140 years to the D I Mendeleev Periodic System of Elements, „Russian Chemical Reviews”, 78 (12), 2009, s. 1075–1076, DOI: 10.1070/rc2009v078n12abeh004097, ISSN 0036-021X [dostęp 2019-09-04].
  3. ↑ a b c D. Mendeleev, The natural system of elements and its application to the indication of the properties of undiscovered elements., „Journal of the Russian Chemical Society”, 3, 1871, s. 25-56.
  4. ↑ a b Werner Fischer, The Chemistry of Yttrium and Scandium, Band II, vonR. C. Vickery. International Series of Monographs on Inorganic Chemistry, herausgeg. vonH. Taube undA. G. Maddock. Pergamon Press Inc., New York-Oxford-London-Paris 1960. 1. Aufl., VII, 123 S., zahlr. Abb., geb. £ 2.—.—, „Angewandte Chemie”, 75 (19), 1963, s. 946–946, DOI: 10.1002/ange.19630751940, ISSN 0044-8249 [dostęp 2019-09-04].
  5. ↑ Ball, Philip, 1962-, The ingredients : a guided tour of the elements, Oxford: Oxford University Press, 2002, s. 105, ISBN 0-19-284100-9, OCLC 50018007 [dostęp 2019-09-04].
  6. ↑ a b A. (Alan) Earnshaw, Chemistry of the elements, wyd. 2nd ed, Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3365-4, OCLC 37499934 [dostęp 2019-09-04].
  7. ↑ a b c Mary Elvira Weeks, The discovery of the elements. XV. Some elements predicted by Mendeleeff, „Journal of Chemical Education”, 9 (9), 1932, s. 1605, DOI: 10.1021/ed009p1605, ISSN 0021-9584 [dostęp 2019-09-04] (ang.).
  8. ↑ John T. Armstrong, TECHNETIUM, „Chemical & Engineering News”, 81 (36), 2003, s. 110, DOI: 10.1021/cen-v081n036.p110, ISSN 0009-2347 [dostęp 2019-09-04] (ang.).
  9. ↑ History of the Origin of the Chemical Elements and Their Discoverers, www.nndc.bnl.gov [dostęp 2019-09-04].
  10. ↑ a b Frederik A.A. de Jonge, Ernest K.J. Pauwels, Technetium, the missing element, „European Journal of Nuclear Medicine”, 23 (3), 1996, s. 336–344, DOI: 10.1007/BF00837634, ISSN 0340-6997 [dostęp 2019-09-04] (ang.).
  11. ↑ a b c Subhash Kak, Mendeleev and the Periodic Table of Elements, „arXiv [physics.hist-ph]”, 8 listopada 2004, arXiv:physics/0411080v2 [dostęp 2019-09-04] (ang.).
  12. ↑ Gschneidner i inni, Handbook on the physics and chemistry of rare earths. Vol. 41, Amsterdam: North Holland, 2010, ISBN 978-0-444-53590-0, OCLC 772910135 [dostęp 2019-09-08].
  13. ↑ Eric R. Scerri, A tale of seven elements, Oxford, ISBN 978-0-19-539131-2, OCLC 802324295 [dostęp 2019-09-08].
  14. ↑ a b Chemistry International -- Newsmagazine for IUPAC, publications.iupac.org [dostęp 2019-09-08].
  15. ↑ Morss i inni, The chemistry of the actinide and transactinide elements. Volumes 1-6, wyd. 4th ed, Dordrecht: Springer, 2010, s. 170-175, ISBN 978-94-007-0211-0, OCLC 682907473 [dostęp 2019-09-08].
  16. ↑ G. Urbain, Lutetium und Neoytterbium oder Cassiopeium und Aldebaranium: Erwiderung auf den Artikel des Herrn Auer v. Welsbach („Zur Zerlegung des Ytterbiums”. Monatshefte für Chemie, XXX, p. 695; Vorgelegt in der Sitzung am 14. Oktober 1909), „Monatshefte für Chemie”, 31 (10), 1910, I–VI, DOI: 10.1007/BF01530262, ISSN 0026-9247 [dostęp 2019-09-08] (niem.).
  17. ↑ Roy Kristiansen, Scandium-Mineraler, „Stein”, Norske Amatørgeologers Sammenslutning, 2003, s. 14-23.
  18. ↑ Juris Meija i inni, Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 88 (3), 2016, s. 265–291, DOI: 10.1515/pac-2015-0305, ISSN 1365-3075 [dostęp 2019-09-04].
  19. ↑ Clemens Winkler, Mittheilungen über das Germanium, „Journal für Praktische Chemie”, 36 (1), 1887, s. 177–209, DOI: 10.1002/prac.18870360119 [dostęp 2019-09-04] (ang.).
  20. ↑ Clemens Winkler, Germanium, Ge, ein neues, nichtmetallisches Element, „Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft”, 19 (1), 1886, s. 210–211, DOI: 10.1002/cber.18860190156 [dostęp 2019-09-04] (niem.).