Scurtă istorie a tabelului lui Mendeleev (6)

Iată-ne ajunși la capătul serialului nostru. Suntem în momentul în care chimiștii au acumulat suficiente cunoștințe pentru a se face pasul decisiv. Putea fi oricine, și chiar au fost încercări de a găsi ordinea în elementele chimice. Dar, pentru acest pas decisiv, era nevoie de ceva: o sclipire de geniu. Aceasta i-a aparținut rusului Dimitri Mendeleev.

Primii ani

Mendeleev s-a născut în 1834 în orașul siberian Tobolsk. Era cel de-al 14-lea (după alte surse era al 13-lea) copil al familiei Ivan Pavlovich Mendeleev al Mariei Dimitrievna Mendeleeva. În anii de gimnaziu, Dimitri a dovedit un talent remarcabil pentru matematică și științe, dar se arăta dezinteresat de studiul limbilor străine și al literaturii, pe care le considera că îi sunt inutile. Din nefericire, copilăria și adolescența lui nu au fost lipsite de mari dificultăți. La scurt timp după nașterea lui Dimitri, tatăl său a orbit, în urma unei cataracte, şi a fost obligat să renunţe la postul pe care îl ocupa la liceul din localitate. Pensia pe care o primea era cu totul insuficientă, așa că mama sa, Maria Dimitrievna, este nevoită să preia sarcina asigurării veniturilor familiei. Femeie de o energie exemplară, reușește să repună în funcțiune o fabrică de sticlă abandonată, pe care o moștenise de la tatăl ei. Lucrurile păreau să se liniștească pentru familia Mendeleev, dar în 1847, când Dimitri avea numai 13 ani, tatăl său moare. În anul următor, fabrica de sticlă, care asigura veniturile familiei, este complet distrusă în urma unui incendiu. Rămasă fără venituri, Maria Dimitrievna decide ca întreaga familie să se mute din Tobolsk.

Destinația inițială a fost Moscova, unde mama lui Dimitri spera să îl înscrie pe tânărul său fiu la prestigioasa Universitate din marele oraș. Din păcate, deși avea rezultate școlare bune, nu a fost admis. Motivele erau unele ce țineau de birocrație. Orășelul siberian Tobolsk, în care Dimitri se născuse și urmase cursurile primare și liceale, se afla într-o regiune școlară a Rusiei care avea propria sa universitate. Maria Dimitrievna dorea cu ardoare ca fiul său să urmeze cursurile unei universități de prestigiu, nu pe cele ale unei umile universități regionale, nu se dă bătută. În urma refuzului ferm al Universității din Moscova, decide să continue lupta pentru educația lui Dimitri, plecând la Sankt Petersburg.

Din nou planurile Mariei Dimitrievna sunt dejucate. Nu reușește să îl înscrie la una dintre universitățile importante din marele oraș. În 1850 Dimitri Mendeleev începe studiile superioare la Institutul Pedagogic Central din Sankt Petersburg, instituția de învățământ superior pe care o urmase tatăl său. În același an se confruntă cu o nouă tragedie: bolnavă de tuberculoză, mama sa moare. În ciuda acestei uriașe tragedii, Dimitri își continuă studiile și urmează cursuri de chimie, biologie, fizică și, desigur, de pedagogie.

Cred că s-ar cuveni să vă mai ofer câteva detalii, mai degrabă anecdotice, despre studenția lui Mendeleev. I-au fost necesari doi ani pentru a absolvi primul an de facultate. În această perioadă rezultatele la examene erau mai degrabă modeste. Pe scara de notare rusească, de la 1 la 5, avea note cuprinse între 2 și 3,5. Numai la chimie avea un rezultat ceva mai bun: 3,5. La terminarea primului an se situa abia pe locul 25 din 28 de studenți. În 1853 Dimitri se îmbolnăvește. Era suspectat de tuberculoză și își petrece câteva luni în spital. Nu cred că are vreo legătură cu boala (un medic i-a spus că nu se va vindeca niciodată) dar, aproape miraculos, studentul Dimitri Mendeleev începe să studieze cu sârg. În 1854 ajunge pe locul 7 în seria sa, iar în 1855 absolvă Institutul cu medalia de aur pentru excelență. Miraculos progres, nu-i așa? Ca student a abordat teme extrem de diverse, cum ar fi ”Educația primară în China”, ”Rozătoarele din regiunea Sankt Petersburg”, ”Plante din vechime”, ”Analiza umbrei”, ”Analiza piroxenului” etc.

Aș îndrăzni să presupun că tocmai îndreptarea către o carieră pedagogică a avut darul de a aprinde scânteia de geniu a lui Mendeleev. Vă reamintesc că nevoia de a sistematiza cunoștințele cuprinse în manualul la care lucra l-au obligat să încerce o nouă abordare a prezentării elementelor chimice. Și mai era un aspect important legat de Institutul Pedagogic Central din Sankt Petersburg. El pregătea viitorii profesori în domeniul cercetării independente iar profesori de la Universitatea din Sankt Petersburg țineau adesea conferințe la Institut. Era o atmosferă foarte prielnică pentru a-l îndrepta pe tânărul Dimitri către cercetarea științifică.

Tinerețea

După absolvirea Institutului Pedagogic Central a fost recomandat de către profesori să urmeze cursuri de masterat. Având probleme cu sănătatea, Mendeleev își întrerupe studiile pentru a se muta într-o zonă cu o climă mai blândă. Obține un post de profesor în Odessa, dar dintr- greșeală birocratică este trimis în orașul Simferopol din peninsula Crimeea. Era un loc periculos în acele vremuri, în plin război al Crimeii. Dar, așa cum spune o vorbă din bătrâni, tot răul este spre bine. Spre norocul lui lui aici îl întâlnește pe faimosul medic Nicolai Pirogov, care îl consultă cu atenție și constată că tânărul Dimitri Mendeleev nu este bolnav de tuberculoză. În Simferopol stă numai două luni, după care, la sfârșitul lui octombrie 1855, rezolvă încurcătura din acte și se mută la Odessa. Aici predă matematica și științele naturale și începe să lucreze la teza pentru masterat.

În mai 1856, știind deja că nu este bolnav de tuberculoză, decide să părăsească clima blândă din Odessa și se întoarce la Sankt Petersburg. Aici, într-un interval de numai o lună, susține două masterate la Universitatea Imperială: în 9 septembrie, cu o teză despre izomorfism și volume specifice și, în 21 octombrie cu o teză despre structura compușilor siliciului. Din 1857 începe să susțină cursuri de teoria și istoria chimiei, mai târziu, și cursuri de chimie organică la Universitatea din Sankt Petersburg. Salariul său era insuficient iar Dimitri este constrâns să scrie scurte lucrări de popularizare pentru Jurnalul Ministerului Educației și să ofere lecții private (mai popular spus, a devenit meditator). Părea că viața lui intrase pe un făgaș oarecum banal, liniștit și plicticos.

Din fericire, în 1859, primește o bursă pentru a studia în străinătate timp de 22 de luni. După ce călătorește la Paris și München, Dimitri Mendeleev decide să lucreze în laboratorul lui Robert Bunsen de la Universitatea din Heidelberg. Pe perioada șederii în Germania a avut ocazia să participe la Congresul de Chimie de la Karlsruhe, la care au participat cei mai importanți chimiști ai vremii. Este foarte probabil ca acest eveniment să fi avut o contribuție importantă la viitoarea lui descoperire. Printre alte subiecte abordate în timpul congresului a fost și stabilirea cu precizie a maselor atomice pentru diferite elemente chimice.

Drumul către descoperire

După terminarea bursei de studii, Mendeleev revine la Sankt Petersburg. Din nefericire nu reușește să își găsească o slujbă, iar datoriile către creditori încep să crească într-un ritm alarmant. Pentru a putea obține banii necesari decide că ar fi bine dacă ar obține un premiu pentru o lucrare științifică. Sub presiunea generată de lipsurile în care trăia, într-un interval foarte scurt de timp (24 februarie – 18 iunie 1861) reușește să scrie un manual de chimie organică în care nu face doar o compilație a altor manuale, ci vine cu multe idei  îndrăznețe și originale. Manualul, prima carte de acest gen scrisă de un rus, s-a bucurat de o apreciere extraordinară. Prima ediție se epuizează rapid obligând editura să este tipărească o nouă ediție, numai după câteva luni. Valoroasa sa lucrare primește Premiul Demidov. Cu banii obținuți reușește să scape de datorii. Pentru a obține venituri se avântă în diferite activități cum ar fi cele de translator, editor și consultant pentru industria chimică. Părea că Dimitri părăsise cercetarea științifică.

Din fericire, în cele din urmă, se întoarce la cercetare, obține doctoratul în 1865 cu teza ”Despre combinațiile de apă și alcool” și este numit profesor de chimie anorganică la Universitatea din Sankt Petersburg. Domeniul chimiei anorganice nu îi era foarte familiar lui Dimitri Mendeleev și din acest motiv caută manuale în limba rusă care să îl ajute la cursuri. Nu găsește nici unul care să îl mulțumească așa că decide să scrie el unul. Acesta a fost pasul decisiv. Așa cum am remarcat la începutul acestui text, pregătirea pedagogică din tinerețe a avut o contribuție fundamentală la descoperirea de către Mendeleev a tabelului periodic al elementelor. Pur și simplu ea l-a făcut să înțeleagă importanța didactică a manualelor scrise cu claritate și bine structurate.

Acum, pentru că sunt îndrăgostit de ”Odiseea umană” a lui Leonard Mlodinow (publicată și în limba română la Editura Herald), vă rog să mă îngăduiți cu câteva citat din această carte. Vă rog să mă credeți, nu o fac din comoditate. Pur și simplu acest Mlodinow m-a fascinat.

”Prima provocare cu care s-a confruntat Mendeleev în scrierea cărții a fost cum să o organizeze. El a decis să trateze elementele și compușii lor pe grupe, sau familii, definite de proprietățile lor. După sarcina relativ ușoară de a descrie halogenii și metalele alcaline, el și-a pus întrebarea despre ce grup să scrie în continuare. Ordinea poate să fie arbitrară sau există un principiu organizator care să o dicteze?

Mendeleev s-a luptat cu problema aceasta examinând adânc vastele sale cunoștințe de chimie, în căutarea unor indicii despre cum ar putea fi corelate diversele grupe. Într-o zi de sâmbătă s-a concentrat atât de tare, încât a lucrat toată noaptea, până dimineața târziu. Nu a ajuns la nici un rezultat, dar apoi ceva l-a îndemnat irezistibil să scrie elementele din grupele oxigenului, azotului și halogenilor – douăsprezece elemente cu totul – pe spatele unui plic în ordinea crescătoare a greutății atomice.

Atunci a remarcat brusc un tipar frapant: lista începea cu azot, oxigen și fluor – membrii cei mai ușori din grupă – după care continua cu următorul element din fiecare grupă în ordinea greutății și așa mai departe. Cu alte cuvinte, lista a format un tipar repetitiv, sau «periodic». Numai în cazul a două elemente tiparul nu a funcționat.

Mendeleev și-a făcut descoperirea mai vizibilă aranjând elementele din fecare grupă în linii, pe care le-a pus una peste cealaltă, așa încât să formeze un tabel. (În prezent, scriem grupele pe coloană.) Oare era pe cale să facă o descoperire? Și dacă cele  douăsprezece elemente formau un tipar semnificativ, celelalte 51 de elemente cunoscute pe atunci se potriveau și ele în schemă?”

Pentru a încerca să găsească un răspuns la aceste întrebări Mendelev a luat niște cartonașe pe care a scris proprietățile chimice principale și masa atomică. Apoi, ca într-un joc de cărți, a încercat să găsească o noimă grupându-le în fel și chip. Astăzi ne pare chiar o joacă ceea ce a făcut Mendeleev.  De fapt se afla în fața unei mari provocări. Mlodinow ne explică: ”Abordarea lui Mendeleev ridica probleme serioase. În primul rând nu a fost clar din ce grupă trebuiau să facă parte unele elemente. Proprietățile altora nu earu bine înțelese. Existau, de asemenea, dezacorduri în privința greutății atomice a câtorva elemente și, după cum știm acum, greutățile atribuite unora dintre ele erau greșite. Poate cel mai grav, existau elemente încă nedescoperite, cu efectul că succesiunea nu părea să funcționeze. […] Mendeleev a investit cu siguranță timp. Iar când un element nu s-a potrivit așa cum ar fi vrut, a refuzat să accepte că schema era greșită. El nu a depus armele și a conchis că greșeala este a celor care au măsurat masa atomică, după care a tăiat cu mult curaj masa măsurată și a completat în loc valoarea care să facă elementul să se potrivească. Cele mai îndrăznețe declarații ale sale au venit când în tabel era pe undeva un gol – un loc în care nu exista nici un element cu proprietățile necesare. În loc să abandoneze ideile sau să încerce să își modifice principiile de de organizare, el a insistat cu fermitate că acele locuri goale reprezintă elemente nedescoperite. El chiar a prezis proprietățile noilor elemente – caracteristicile fizice, masa atomică și proprietățile chimice – doar pe baza locului în care ele apăreau în tabel.”  Vă voi da doar două exemple pentru a ilustra citatul de mai devreme.

Primul exemplu: beriliul părea să nu își găsească locul în tabel. La acea vreme, masa atomică a beriliului era calculată considerându-se că oxidul de beriliu este format din doi atomi de beriliu și trei atomi de oxigen. Mendeleev a decis că, de fapt, acest oxid este compus dintr-un atom de beriliu și unul de oxigen, ceea ce ducea la scăderea greutății atomice a beriliului la o valoarea ce se încadra foarte bine în tabelul său.

Al doilea exemplu: chimistul francez Paul Lecoq de Boisbaudran desoperă în 1875 un nou element chimic, care va primi numele galiu. Supus testelor, toate proprietățile sale chimice se suprapun cu cu predicțiile lui Mendeleev, mai puțin densitatea. Mendeleev prezisese valoarea de 5,9 grame pe centimetru cub. Valoarea măsurată era de 4,7 grame pe centimetru cub. Primind vestea, Mendeleev se  grăbește să îi trimită o scrisoare lui Lecoq sugerându-i că s-a strecurat o eroare în măsurarea densității noului element. Chimistul francez ia în seamă obiecția lui Mendeleev, folosește metode mai perfecționate de purificare a eșantionului de galiu și obține o nouă valoare a densității care, de această dată, coincide cu valoarea prezisă de chimistul rus.

Pe 1 martie 1869 Mendeleev construiește prima sa versiune a tabelului periodic al elementelor, care va fi prezentată într-o sesiune a Societății Ruse de Chimie. În același an, în jurnalul Societății apare o versiune completată a tabelului, care va fi însoțită și de un scurt rezumat în limba germană. Revista rusească având o prea slabă răspândire în Occident, rezultatul lui Mendeleev avea să treacă aproape neobservat. Din fericire, în același an, reușește să publice în prestigioasa ”Zeitschrift für Chemie” articolul intitulat ”Despre relația dintre proprietățile chimice și greutățile lor atomice”. Alături de căsuța goală care va fi ocupată de galiu, în tabelul lui Mendeleev mai erau trei căsuțe libere pentru elemente chimice necunoscute la acea vreme. Este vorba despre scandiu, germaniu și tehnețiu. Ultimul dintre ele, tehnețiul, avea să fie descoperit abia în 1937, la treizeci de ani după decesul lui Mendeleev…

În articol sunt prezentate și principiile carea au stat la baza grupării elementelor chimice în faimosul său tabel periodic. Cu îngăduința dv, vi le prezint în rândurile următoare:

”1. Elementele chimice, atunci când sunt ordonate în funcție de masa atomică, prezintă o periodicitate aparentă a proprietăților chimice și fizice.
2. Elementele chimice care sunt asemănătoare în ceea ce privește proprietățile chimice au maselor atomice apropiate (de exemplu, Pt, Ir, Os) sau care cresc regulat (de exemplu, K, Rb, Cs).
3. Aranjarea elementelor, sau a grupelor de elemente, în ordinea maselor atomice corespunde așa-numitelor valențe și într-o oarecare măsură proprietăților chimice distinctive după cum se poate vedea și în seria Li, Be, B, C, N, Oș i F.
4. Elementele chimice cele mai răspândite în natură au mase atomice mici.
5. Mărimea masei atomice determină caracterului unui element, la fel ca mărimea moleculei unui corp compus.
6. Trebuie să ne așteptăm la descoperirea a numeroase elemente chimice necunoscute în prezent. De exemplu, elemente chimice analoage aluminiului și a siliciului cu mase atomice care ar fi cuprinse între 65 și 75.
7. Masa atomică a unui element poate fi uneori corectată prin cunoașterea maselor atomice ale elementelor învecinate. Astfel masa atomică a telurului trebuie să se afle undeva între 123 și 126, nu poate avea valoarea 128.
8. Anumite proprietăți specifice ale elementelor pot fi prevăzute plecându-se de la masa lor atomică.”

În anii următori, Mendeleev a elaborat mai multe versiuni ale tabelului său, din ce în ce mai perfecționate. O vreme a fost întâmpinat cu un oarecare scepticism. Scepticismul a dispărut aproape dintr-o dată, din momentul în care descoperirea de noi elemente chimice (cum ar fi galiul, scandiul și germaniul) a venit să completeze căsuțele lăsate goale de Mendeleev.

Doar așa, ca o mică paranteză anecdotică, vreau să vă spun că Mendeleev nu a fost un om de știință infailibil. Până la sfârșitul vieții a susținut că eterul, mediul prin care se credea că se propagă lumina, este un element chimic, cel mai ușor gaz nobil, care ar fi trebuit să aibă masa atomică 0,17.

Încheiere

Mendeleev a plecat dintre noi în 1907. În 1906 fusese nominalizat pentru Premiul Nobel, dar propunerea a fost respinsă de către comisia de chimie pe motiv că descoperirea sa nu este suficient de nouă. Este foarte probabil ca decizia să fie fost influențată de către suedezul Svante Arrhenius cu care Mendeleev se certase în repetate rânduri. Nici lumea înaltă a științei nu este lipsită de micile meschinării umane. Din fericire, valoarea unei descoperiri științifice nu stă în numărul premiilor pe care le primește. Iar tabelul lui Mendeleev, chiar și fără Premiul Nobel, a reprezentat o adevărată revoluție în cunoașterea umană. Mendeleev este pentru chimie ceea ce a fost Darwin pentru biologie sau Newton și Einstein pentru fizică. El a găsit ordinea ascunsă în lumea elementelor chimice

Primul episod al serialului îl găsiți aici.
Al doilea episod al serialului îl găsiți aici.
Al treilea episod al serialului îl găsiți aici.
Al patrulea episod al serialului îl găsiți aici.
Al cincilea episod al serialului îl găsiți aici.