VOORDAT ER EEN PERIODIEK SYSTEEM WAS, WAS ER CHAOS - WETENSCHAP - 2020
elementen - periodiek systeem - naadloos patroon "
In het volgende fragment uit "Mendeleyev's Dream: The Quest for the Elements schrijver Paul Strathern beschrijft de staat van chemie in de jaren voorafgaand aan Dmitri Mendeleyev's uitvinding van het moderne periodieke systeem.
In de 18e en 19e eeuw werden bijna elk decennium verschillende elementen ontdekt. Deze overvloed aan nieuwe elementen met een steeds groter wordend scala aan eigenschappen begon al snel vragen op te roepen. Hoeveel elementen waren er precies? Waren de meeste al ontdekt? Of zouden er misschien ontelbare elementen blijken te zijn? Dit leidde al snel tot diepere speculaties. Op de een of andere manier moet er tussen al deze elementen een soort fundamentele orde zijn. Dalton had ontdekt dat de atomen van elk element verschillende gewichten hadden - maar er moest toch meer aan de hand zijn dan dit? Berzelius had gemerkt dat elementen verschillende elektrische affiniteiten leken te hebben. Evenzo bleken er groepen van verschillende soorten elementen met vergelijkbare eigenschappen te zijn - metalen die bestand waren tegen corrosie (zoals goud, zilver en platina), brandbare alkalimetalen (zoals kalium en natrium), kleurloze, reukloze gassen (zoals waterstof en zuurstof) enzovoort. Was het mogelijk dat hierachter een soort fundamenteel patroon zat?
Chemie had zijn wetenschappelijke status en aanhoudend succes grotendeels bereikt door middel van experimenten, en dergelijk theoretisch denken werd op zijn best gezien als louter speculatie. Waarom zou er een soort ordening tussen de elementen zijn? Er was tenslotte geen echt bewijs voor zoiets? Maar de woede voor orde is een fundamentele menselijke eigenschap, niet het minst onder wetenschappers. En deze speculaties begonnen uiteindelijk steun te vinden, al was het maar uit stukjes bewijs.
De eerste hiervan kwam van Johan Dobereiner, de professor in de scheikunde aan de Universiteit van Jena. Dobereiner was de zoon van een koetsier en was grotendeels autodidactisch. Hij slaagde erin om een ​​post als apotheker te krijgen en woonde gretig de reguliere lokale openbare lezingen over wetenschap bij. In 1829 merkte hij op dat het recent ontdekte element broom eigenschappen had die tussen de keuze van chloor en jodium leken te liggen. Niet alleen dat, het atoomgewicht lag precies halverwege tussen de keuze van deze twee elementen.
Dobereiner begon de lijst met bekende elementen te bestuderen, vastgelegd met hun eigenschappen en atoomgewichten, en ontdekte uiteindelijk nog twee groepen elementen met hetzelfde patroon.
Strontium lag halverwege (in atoomgewicht, kleur, eigenschappen en reactiviteit) tussen calcium en barium; en selenium zou op soortgelijke wijze tussen zwavel en tellurium kunnen worden geplaatst. Dobereiner noemde deze groepen triaden en begon een uitgebreide zoektocht naar de elementen voor verdere voorbeelden, maar kon er niets meer vinden. De 'wet van de triaden' van Dobereiner leek alleen van toepassing te zijn op negen van de vierenvijftig bekende elementen en werd door zijn tijdgenoten afgedaan als louter toeval.
En dat was het voorlopig. De scheikunde had genoeg geleden onder verkeerde theorieën (vier elementen, phlogiston, enz.). De weg vooruit lag nu in een experiment.
Het zou meer dan dertig jaar duren na Dobereiner's wet van triaden voordat een nieuwe belangrijke poging werd gedaan om een ​​patroon in de elementen te ontdekken. Helaas moest deze bijdrage komen van een wetenschapper wiens schittering alleen geëvenaard werd door zijn eigenzinnigheid.
Alexandre-Emile Beguyer de Chancourtois werd in 1820 in Parijs geboren. Zijn eerste liefde was geologie. De Chancourtois veranderde zijn aanzienlijke talenten niet in chemie voordat hij veertig was. In 1862 produceerde hij een papier met een beschrijving van zijn ingenieuze 'tellurische schroef die aantoonde dat er inderdaad een soort patroon tussen de elementen scheen te zijn. De' tellurische schroef 'van De Chancourtois bestond uit een cilinder waarop een dalende spiraallijn werd getrokken. regelmatige intervallen langs deze lijn tekende de Chancourtois elk van de elementen volgens hun atoomgewicht. Hij was geïntrigeerd om te ontdekken dat de eigenschappen van deze elementen de neiging hadden zich te herhalen wanneer de elementen in verticale kolommen langs de cilinder werden afgelezen. Het leek erop dat na elke zestien eenheden van atoomgewicht de eigenschappen van de bijpassende elementen hadden de neiging opvallende overeenkomsten te vertonen met die verticaal boven hen op de cilinder. Het papier van De Chancourtois werd behoorlijk gepubliceerd, maar helaas koos hij ervoor om terug te keren naar geologische termen bij het verwijzen naar bepaalde elementen, en op één fase introduceerde zelfs zijn eigen versie van numerologie (de alchemie van de wiskunde, waarin bepaalde getallen hun eigen esoterische s hebben ignificance). Tot overmaat van ramp hebben de uitgevers nagelaten de illustratie van de cilinder van De Chancourtois toe te voegen, waardoor het artikel vrijwel onbegrijpelijk werd voor iedereen behalve de meest volhardende en geïnformeerde lezer.
Dit onderwerp trok kennelijk een bepaald soort wetenschappelijke denker aan, die tot belachelijk gemaakt was. In 1864 bedacht de jonge Engelse chemicus John Newlands zijn eigen patroon van de elementen, onbewust van de cryptische onderzoeken van de Chancourtois. John Newlands werd geboren in Londen in 1837, de zoon van een Presbyteriaanse minister.
Newlands ontdekte dat als hij de elementen in oplopende volgorde van hun atoomgewichten opsomde, in verticale lijnen van zeven, de eigenschappen van de elementen langs de overeenkomstige horizontale lijnen opmerkelijk vergelijkbaar waren. Zoals hij het formuleerde: "Met andere woorden, het achtste element dat begint met een gegeven is een soort herhaling van de eerste, zoals de achtste noot in een octaaf van muziek." Hij noemde dit zijn "wet van octaven." In de tabellijst stond het alkalimetaalnatrium (het 6de zwaarste element) horizontaal naast het zeer vergelijkbare kalium (13de zwaarste). Evenzo lag magnesium (10e) in lijn naast het vergelijkbare calcium (17e). Toen Newlands zijn tabel uitbreidde met alle bekende elementen, ontdekte hij dat de halogenen, chloor (15e), broom (29e) en jodium (42e), die vergelijkbare eigenschappen hadden, allemaal in dezelfde horizontale kolom vielen. Terwijl het trio van magnesium (10e), silenium (12e) en zwavel (14e), die ook vergelijkbare eigenschappen hadden, in dezelfde verticale lijn viel. Met andere woorden, zijn wet van octaven leek ook de verspreide gelijkenissen op te nemen die zijn opgemerkt in de wet van de drieklanken van Dobereiner.
Helaas had Newlands 'wet van octaven in tabelvorm ook zijn fouten. De eigenschappen van sommige elementen, vooral die met een hoger atoomgewicht, klopten gewoon niet. Desondanks was de octaafwet van Newlands een duidelijke vooruitgang ten opzichte van eerdere ideeën. Velen beschouwen het nu inderdaad als het eerste solide bewijs dat de elementen inderdaad een volledig patroon hadden. In 1865 rapporteerde Newlands zijn bevindingen aan de Chemical Society in Londen, maar zijn ideeën bleken hun tijd ver vooruit. De verzamelde waardigen maakten alleen maar zijn octaafwet belachelijk. Te midden van de algemene vrolijkheid vroeg iemand hem zelfs sarcastisch of hij had geprobeerd de elementen in alfabetische volgorde te rangschikken. Het zou een kwart eeuw duren voordat de prestatie van Newlands eindelijk werd erkend, toen de Royal Society hem in 1887 de Davy Medal toekende.
Dobereiner had overeenkomsten opgemerkt tussen geïsoleerde groepen elementen. De Chancourtois had een bepaald patroon van terugkerende eigenschappen onderscheiden. Newlands had dit patroon uitgebreid en zelfs Dobereiner's groepen opgenomen. Maar toch werkte zijn wet van octaven over het algemeen niet. Dit was deels te wijten aan hedendaagse misberekeningen van verschillende atoomgewichten en deels omdat Newlands geen rekening hield met tot nu toe onontdekte elementen. Maar het was ook omdat de stijfheid van het octaafsysteem van Newlands gewoon niet paste.
Het werd steeds duidelijker dat de elementen een bepaald patroon hadden, maar het antwoord was duidelijk ingewikkelder. Chemie leek verleidelijk dicht in de buurt te komen van de blauwdruk van de elementen waarop het was gebaseerd. Euclid had de basis gelegd voor de geometrie, Newton's zwaartekracht had de wereld verklaard in termen van fysica en Darwin had de evolutie van alle soorten verklaard - kon de chemie nu het geheim ontdekken dat de diversiteit van de materie verklaart? Hier was mogelijk de spil die alle wetenschappelijke kennis kon verenigen.