周期表の歴史

アメリカの化学者グレン・T・シーボーグ（元素名シーボーギウムの由来）が周期表の前に立っている。1950年5月19日。
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周期表は、原子番号、電子配置、そして繰り返される化学的性質によって構造化された化学元素の配置です。基本形式では、元素は原子番号の昇順、つまり読み順で示されます。そして、新しい行を開始し、空白のセルを挿入することで行と列が作成され、行（周期）と列（グループ）は、繰り返される性質（周期性と呼ばれる）を持つ元素を示します。例えば、グループ（列）18のすべての元素は希ガスであり、完全にではないものの、大部分は反応しません。

周期表の歴史は、アントワーヌ＝ローラン・ド・ラボアジエ、ヨハン・ヴォルフガング・デーベライナー、ジョン・ニューランズ、ユリウス・ローター・マイヤー、ドミトリ・メンデレーエフ、グレン・T・シーボーグらによる主要な貢献により、元素の化学的・物理的性質の理解が2世紀以上にわたって進歩してきたことを反映している。 [1] [2]

初期の歴史

紀元前5世紀、レウキッポスとその弟子デモクリトスは、すべての物質は「原子」と呼ばれる小さな分割不可能な粒子で構成されていると提唱しました。デモクリトスは、原子は感覚で感知するには小さすぎると考えていました。原子は無限の数と無限の種類を持ち、永遠に存在し、これらの原子は真空中を絶えず運動していると考えていました。私たちが水、火、植物、あるいは人間として認識するものは、真空中の原子の組み合わせに過ぎません。

紀元前330年頃、ギリシャの哲学者 アリストテレスは、万物は一つ、あるいは複数の根源の混合物から成り立っていると提唱しました。この考えは、もともとシチリアの哲学者エンペドクレスによって提唱されたものです。アテネの哲学者プラトンが元素と呼んだ四つの根源とは、土、水、空気、火のことです。同様の考えは他の古代の伝統にも存在し、例えばインド哲学では、土、水、火、空気、エーテルの五元素が総称して「パンチャ・ブータ」と呼ばれていました。[3]

周期表に示された化学元素のうち、炭素、硫黄、鉄、銅、銀、錫、金、水銀、鉛の9つは、天然の形で発見され、原始的な道具で比較的簡単に採掘できるため、古代から知られています。 [4]錬金術の時代には、さらに亜鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマスの5つの元素が知られていました。 [引用が必要]プラチナはコロンブス以前の南米の人々に知られていましたが、その知識がヨーロッパに伝わったのは16世紀になってからでした。[引用が必要]

最初の分類

ヘニング・ブランド
ヘニング・ブランド、 『リンの発見の錬金術師』より

周期表の歴史は、化学元素の発見の歴史でもあります。1661年、ボイルは元素を「混合物が構成されているとされ、最終的にそれらが分解される、原始的で単純な物体」と定義しました。[5]

記録に残る歴史上初めて新元素を発見したのは、破産したドイツ人商人ヘニング・ブランドでした。ブランドは、安価な卑金属を金に変えるという伝説の物質「賢者の石」を発見しようと試みました。1669年かそれ以降、彼は人間の尿を蒸留した実験で白く輝く物質を生成し、「冷たい火」（kaltes Feuer）と名付けました。[6]彼はこの発見を秘密にしていましたが、1680年にイギリス系アイルランド人[7]の化学者ロバート・ボイルがリンを再発見し、その研究結果を発表しました。

リンの発見は、原子論が単なる推測にすぎず、その後物質の性質についての理解が可能になり始めたばかりの世界で、物質（あらゆる種類の物質）にとって元素であるということは何を意味するのかという疑問を提起するのに役立ちました。

1718年、エティエンヌ・フランソワ・ジョフロワの「親和性表」は、(1) 表によるグループ化と (2)化学的親和性との相関関係という、後に再び利用されることになるいくつかの側面を活用しました。

ジョフロワの1718年の親和性表：各列の先頭には、その下の全ての種が結合できる化学種が記載されている。一部の歴史家はこの表を化学革命の始まりと定義している。[8]

1789年、フランスの化学者アントワーヌ・ラボアジエは『化学初等論』を著しました。これは化学に関する最初の近代的な教科書と考えられています。ラボアジエは元素を、その最小単位がより単純な物質に分解できない物質と定義しました。[9]ラボアジエの著書には、それ以上分解できないとラボアジエが考えた「単純物質」のリストが掲載されており、酸素、窒素、水素、リン、水銀、亜鉛、硫黄が含まれていました。これは現代の元素リストの基礎となりました。ラボアジエのリストには、「光」と「熱量」も含まれていましたが、これらは当時物質であると考えられていました。彼はこれらの物質を金属と非金属に分類しました。多くの著名な化学者はラボアジエの新たな発見を信じようとしませんでしたが、『化学初等論』は若い世代を納得させるほどよく書かれていました。しかし、ラヴォアジエの元素の説明は、元素を金属と非金属に分類しただけであり、完全性に欠ける。

1806年のダルトンの原子量による既知元素のリスト

1808年から1810年にかけて、イギリスの自然哲学者ジョン・ドルトンは、化学量論的測定と合理的な推論に基づいて、当時知られていた元素の暫定的な原子量を算出する方法を発表しました。ドルトンの原子論は、1810年代から1820年代にかけて多くの化学者に採用されました。

1815年、イギリスの医師で化学者のウィリアム・プラウトは、原子の量が水素の量の倍数であるように見えることに気づきました。[10] [11]

1817年、ドイツの物理学者ヨハン・ヴォルフガング・デーベライナーは、元素の分類における最も初期の試みの一つを定式化し始めました。[12] 1829年、彼はいくつかの元素を3つずつのグループに分けることができ、各グループのメンバーは互いに関連する性質を持つことを発見しました。彼はこれらのグループを「三元素」と名付けました。 [ 13] 1843年、デーベライナーの研究を基に、レオポルド・グメリンは55の化学元素を共通の特性でグループ分けした現代の周期表の前身を作成し​​ました。[14]

トライアド法の定義

「化学的に類似した元素を原子量の昇順で並べると、三元素群と呼ばれる明確な3つのグループが形成され、中央の元素の原子量は、一般的に三元素群の他の2つの元素の原子量の算術平均であることが分かりました。

  1. 塩素、臭素、ヨウ素
  2. カルシウム、ストロンチウム、バリウム
  3. 硫黄、セレン、テルル
  4. リチウム、ナトリウム、カリウム

原子量で元素を分類するこれらの試みはすべて、質量の不正確な決定によって妨げられ、それもわずかではなく、炭素、酸素および他の多くの元素は、単原子気体のみが存在すると信じられていたため、実際の質量の半分であると信じられていました（上記のダルトンの図を参照） 。[15]アメデオ・アボガドロと、彼とは独立してアンドレ・マリー・アンペールは、すでに1810年代に二原子分子とアボガドロの法則の形で解決策を提案していましたが、理論が広く考慮されるようになったのは、1850年代後半のスタニスラオ・カニザロの出版物の後でした。

1860年、最初の国際化学会議であるカールスルーエ会議において、近代的な科学的コンセンサスが形成され、元素と原子量の改訂リストが採択されました。これは、より広範な体系の構築を促進するのに役立ちました。最初の体系は2年後に誕生しました。[16]

包括的な形式化

元素の特性、およびそれによって形成される軽い物体と重い物体の特性は、原子量に周期的に依存します。

— ロシアの化学者ドミトリ・メンデレーエフは、1871年の論文「化学元素の周期律」で初めて周期律を定式化した[17]

フランスの地質学者アレクサンドル＝エミール・ベギエ・ド・シャンクルトワは、元素を原子量の順に並べると、一定の間隔で類似した特性を示すことに気づきました。1862年、彼は図の中心付近に位置するテルル元素にちなんで「テルル螺旋」と名付けた三次元図を考案しました。 [18] [19]原子量の順に円筒上に元素を螺旋状に並べると、シャンクルトワは類似した特性を持つ元素が垂直に並ぶことに気づきました。シャンクルトワが「科学アカデミーの連立方程式」に発表した最初の論文には図は含まれておらず、化学用語ではなく地質学用語が使用されていました。1863年、彼は図を追加し、イオンと化合物を追加することで研究を拡張しました。[20]

次の試みは1864年に行われた。イギリスの化学者ジョン・ニューランズは、ケミカル・ニュース[21]誌上で、既知の62元素の分類を発表した。ニューランズは、質量数の順に、元素の物理的性質が8の倍数で周期的に変化する傾向に気づき、[22]この観察に基づき、これらの元素を8つのグループに分類した。各グループは類似した変化を示しており、ニューランズはこの変化を音階における音の進行に例えた。[19] [23] [ 24] [25]ニューランズの表には、将来出現する可能性のある元素のための隙間がなく、場合によっては同じオクターブ内の同じ位置に2つの元素が存在した。ニューランズの表は、同時代の人々から無視されたり、嘲笑されたりした。[21]化学会は彼の研究の出版を拒否した。学会会長ウィリアム・オドリングは、このような「理論的な」話題は議論を呼ぶ可能性があるとして学会の決定を擁護した。[26]協会内部からはさらに厳しい反対があり、元素をアルファベット順に並べた方がよいと示唆した。[16]その年の後半、オドリングは独自の表を提案したが[27]、ニューランズの表に反対したため、認められなかった。[26]

ドイツの化学者ロータール・マイヤーもまた、周期的な間隔で繰り返される、類似した化学的・物理的性質の列に注目した。彼によれば、原子量を縦軸（すなわち垂直）、原子容を横軸（すなわち水平）にプロットすると、得られる曲線は最大値と最小値の連続となり、最も電気陽性度の高い元素は、原子量の順に曲線のピークに現れるという。1864年に彼の著書が出版された。そこには28元素を含む周期表の初期のバージョンが掲載され、元素を原子価によって6つの族に分類していた。元素が原子価によってグループ化されたのはこれが初めてだった。それまで、原子量による元素の整理作業は、原子量の測定が不正確であったために妨げられていた。[28] 1868年に彼は表を改訂したが、この改訂版が草稿として出版されたのは彼の死後であった。[4] 1869年12月付けの論文で、マイヤーは1870年初頭に発表された55元素からなる新しい周期表を発表した。この周期表では、アルカリ土類金属元素が周期の終点となっている。この論文には、元素の物理的特性の周期的関係を示す相対原子容の折れ線グラフも掲載されており、マイヤーが周期表のどの位置に元素を配置すべきかを決定する際に役立った。この頃には、彼は既にメンデレーエフの最初の周期表の出版を目にしていたが、彼の研究は概ね独立していたようである。[要出典]

1869年、ロシアの化学者ドミトリ・メンデレーエフは、63種の元素を原子量の順に並べ、複数の列にまたがって化学的性質の繰り返しを書き留めました。彼は長距離列車の旅で「化学ソリティア」をしていたと言われており、[29]既知の元素の記号、原子量、化学的性質が記されたカードを使っていました。[30]もう一つの可能​​性は、友人で言語学者のオットー・フォン・ベフリンクから指摘されたサンスクリット語のアルファベットの周期性に一部触発されたというものです。[31]メンデレーエフは、自分が観察した傾向から、一部の元素の原子量が間違っていると示唆し、それに応じて配置を変更しました。例えば、彼は自分の研究には原子量14の三価ベリリウムは含まれないと判断し、ベリリウムの原子量と原子価をそれぞれ3分の1に減らし、原子量9.4の二価元素であると示唆しました。メンデレーエフは、この表を印刷した大判の新聞紙をロシア国内外の様々な化学者に広く配布した。[32] [33] [34]メンデレーエフは1869年に、最も高い酸化物の種類は7つあると主張した。[35] [a]メンデレーエフは、この表の順序付けを改良し続け、1870年には表形式となり、各列に最も高い酸化物が割り当てられた。[36] 1871年には、これをさらに発展させ、「周期律」と名付けた法則を定式化した。[17]また、新たな改訂により、いくつかの変更が行われ、一部の元素の位置が入れ替わった。

  • 包括的な形式化を構築するための様々な試み
  • マイヤーの周期表、『現代の化学理論』、1864 年に出版 [28]
    マイヤーの周期表、『現代の化学理論』、1864 年に出版[28]
  • ニューランズのオクターブの法則、1866年
    ニューランズのオクターブの法則、1866年
  • メンデレーエフによる元素体系の最初の試み、1869年
    メンデレーエフによる元素体系の最初の試み、1869年
  • メンデレーエフの自然元素体系、1870年
    メンデレーエフの自然元素体系、1870年
  • メンデレーエフの周期表、1871年
    メンデレーエフの周期表、1871年

優先権紛争と承認

ある科学的思想の創造者と正しくみなされるのは、その哲学的側面だけでなく、その本質的な側面も理解し、その真理を誰もが確信できるよう、その本質を例証する人物である。そうして初めて、その思想は物質と同様に不滅のものとなる。

— メンデレーエフは1881年にイギリスの化学雑誌「ケミカル・ニュース」に、周期表の発明の優先権をめぐるマイヤーとの書簡論争の中でこう述べている[37]

メンデレーエフの予測と希土類金属を組み込むことができないこと

メンデレーエフの予言[38] [b]
名前原子量現代名
（発見年）
メンデレーエフモダンな
エーテル0.17——
コロニウム0.4——
エカボロン4444.6スカンジウム
エカセリウム54——
エカアルミニウム6869.2ガリウム
エカシリコン7272.0ゲルマニウム
エカマンガン10099テクネチウム（1937）
エカニオブ142——
エカモリブデン146——
エカカドミウム155——
エカヨウ素170——
三マンガン190186レニウム（1925）
エカセシウム175——
二テルル212210ポロニウム（1898）
ジビセシウム220223フランシウム（1939）
エカタンタル235231プロトアクチニウム（1913）

メンデレーエフはいくつかの元素の位置を修正したが、彼が周期表の大枠で見つけることができた関係のいくつかは、まだ発見されていない元素があるために見つけることができず、そのような未発見の元素の特性は他の元素との予想される関係から演繹できると考えた。 1870年に、彼は最初にまだ発見されていない元素の特徴付けを試み、エカ-ホウ素、エカ-アルミニウム、エカ-ケイ素と名付けた3つの元素について詳細な予測を与えた。[40]彼はまた、他のいくつかの予想についても簡単に述べた。[41]サンスクリット語でそれぞれ1、2、3を表す接頭辞eka、dvi、tri は、周期表のアルファベットを発明したパーニニや他の古代サンスクリット文法家へのオマージュであるという説がある。[31] 1871年、メンデレーエフは予測をさらに拡張した。

1869年のメンデレーエフのリストは、他の研究と比べて、当時知られていた7つの元素、インジウム、トリウム、および5つの希土類金属、イットリウム、セリウム、ランタン、エルビウム、ジジムが記載されていない。最後の2つは後に、2つの異なる元素の混合物であることが判明した。これらを無視すれば、原子量が増加するという論理を復元できただろう。これらの元素（当時はすべて2価と考えられていた）は、一見すると重大な原子量であるにもかかわらず、原子価が規則的に増加しなかったため、メンデレーエフを困惑させた。[42]メンデレーエフは、これらを特別な種類の原子系列と考えてグループ化した。[c] 1870年の初め、彼はこれらの元素の原子量は間違っているに違いなく、希土類金属は3価であるべきである（したがって、予測される原子量は半分に増加する）と判断した。彼はインジウム、ウラン、セリウムの熱容量を測定し、それらの原子価が高いと仮定した（これはすぐにプロイセンの化学者ロバート・ブンゼンによって確認された）。[43]メンデレーエフは、各元素を一連の元素として扱うのではなく、各元素を彼の元素体系における個々の位置に評価することで、この変化を扱った。

メンデレーエフは、セリウムとタンタルの間には原子量に大きな差があり、その間に元素が挟まれていないことに気づいた。彼の考えでは、これらの2つの元素の間には、上または下に存在する元素と類似の特性を示す未発見の元素の列が存在する。例えば、エカモリブデンはモリブデンの重い同族体として、またタングステンの軽い同族体として振舞う（メンデレーエフはタングステンのことをこの名前で知っていた）。[44]この列は、3価のランタン、4価のセリウム、5価のジジムから始まる。しかし、ジジムのより高い原子価は確立されておらず、メンデレーエフは自らそれを試みた。[45]これに成功しなかったため、彼は1871年後半に希土類金属を取り込む試みを断念し、発光エーテルという壮大な構想に着手した。彼のアイデアはオーストリア・ハンガリー帝国の化学者ボフスラフ・ブラウナーに引き継がれ、彼は周期表に希土類金属のための場所を見つけようとした。[46]メンデレーエフは後に彼を「周期律の真の確立者の一人」と呼んだ。[d]

メンデレーエフが1871年に発表した表には、スカンジウム、ガリウム、ゲルマニウムといった元素の予測がすぐに実現したことに加え、未発見の元素のための欄がさらに多く残されていた。ただし、それらの詳細な性質予測は示されていなかった。彼は合計18種類の元素を予測したが、後に発見された元素と一致するのは半分だけだった。[48]

発見の優先順位

提案はどれもすぐには受け入れられず、当時の多くの化学者は、それらは抽象的すぎて意味のある価値がないと考えました。分類を提案した化学者の中で、メンデレーエフは自身の研究を裏付け、周期表のビジョンを広めようと尽力しましたが、マイヤーは自身の研究をあまり積極的に宣伝せず、ニューランズは海外で認知を得ようと一切努力しませんでした。[要出典]

メンデレーエフとマイヤーはどちらも教育上の必要性からそれぞれの表を作成した。この表の違いは、二人の化学者が異なる問題を解決するために形式化されたシステムを用いようとしたという事実によってうまく説明される。[49]メンデレーエフの意図は教科書「化学の基礎」の構成を助けることであったが、マイヤーは理論の提示に関心があった。[49]メンデレーエフの予測は教育の範囲外で科学雑誌の領域に現れたが、[50]マイヤーはまったく予測をせず、彼の表とそれが収録されている教科書「現代理論」は予測に使用すべきではないと明言し、純粋に理論的に構築された予測をあまり多く行わないよう学生たちに注意を促した。[51]

メンデレーエフとマイヤーは、少なくともそれぞれの研究の宣伝に関しては、気質が異なっていた。メンデレーエフの予測の大胆さは、当時の化学者の中にも、たとえ懐疑的であったとしても、注目されていた。[52]マイヤーは『現代理論』のある版でメンデレーエフの「大胆さ」に言及したのに対し、メンデレーエフは『化学の基礎』のある版で、予測に対するマイヤーの優柔不断さを嘲笑した。[52]

メンデレーエフの表の認識

最終的に、周期表はその記述力と、元素間の関係を最終的に体系化したことで高く評価されたが、[53]このような評価は普遍的ではなかった。[54] 1881年、メンデレーエフとマイヤーは、イギリスの雑誌「ケミカル・ニュース」で、メンデレーエフの記事、マイヤーの記事、周期性の概念に対する批判など、周期表の優先権をめぐって論文を交換し、論争を繰り広げた。[55] 1882年、ロンドン王立協会は、メンデレーエフとマイヤーの両者に、元素の分類に関する研究でデービー賞を授与した。メンデレーエフが予測した元素のうち2つは、当時すでに発見されていたが、メンデレーエフの予測は、賞の理由には全く触れられていなかった。

1879年から1886年にかけて教育目的で作成された、現存する最古の周期表。セント・アンドリュース大学ウォードロー博物館所蔵。ガリウムとスカンジウムは含まれていますが、ゲルマニウムは含まれていません。

メンデレーエフのエカアルミニウムは1875年に発見され、ガリウムとして知られるようになった。エカホウ素とエカケイ素はそれぞれ1879年と1886年に発見され、スカンジウムとゲルマニウムと名付けられた。[19]メンデレーエフは、エカアルミニウムとかなり近いが密度が異なるガリウムの最初の予測を含め、いくつかの初期の測定値を予測で修正することさえできた。メンデレーエフは、発見者であるフランスの化学者ポール・エミール・ルコック・ド・ボワボードランに密度を再度測定するよう助言した。ボワボードランは当初懐疑的だったが（特にメンデレーエフが自分の手柄を横取りしようとしていると思ったため）、最終的には予測の正しさを認めた。メンデレーエフは3人の発見者全員に連絡を取った。 3人とも発見した元素がメンデレーエフの予測と非常に似ていることを指摘したが、最後のドイツの化学者クレメンス・ヴィンクラーは、この示唆はメンデレーエフや彼とのやり取りの後で彼自身が最初にしたものではなく、別の人物、ドイツの化学者ヒエロニムス・テオドール・リヒターによってなされたものだことを認めた。[e]同時代の化学者の中にはこれらの発見に納得しない者もおり、新元素と予測の相違点を指摘したり、存在した類似点は偶然の一致だと主張したりした。[54]しかし、メンデレーエフの予測の成功は彼の周期表の評判を広める助けとなった。[57]後に化学者たちはメンデレーエフの予測の成功を利用して彼の周期表を正当化した。[16]

1890年までに、メンデレーエフの周期表は化学の基礎知識として広く認知されていました。[58]メンデレーエフ自身の正確な予測以外にも、原子量が誤っていると思われていた多くの元素を正しく配置したことなど、いくつかの側面がこれに貢献したと考えられます。[57]希土類金属の位置付けに関する議論も、周期表に関する議論を刺激しました。[57] [f] 1889年、メンデレーエフはロンドン王立研究所で行ったファラデー講演で、「周期律の正確さと一般性を証明するものとして、この発見を英国化学会に報告するほど長く生きられるとは思っていなかった」と述べています。[59]

不活性ガスとエーテル

ニューランド、メンデレーフ、そしてローター・マイヤーによる元素周期表として知られる一般化の大きな価値は、広く認められている。しかし、この配列の研究は、確かに、ある種の魅惑的な喜びを伴う。なぜなら、元素の性質は確かに質的に変化し、周期表における位置とほぼ定量的な関係を示すものの、規則性からの不可解な逸脱も存在し、それがより広範な一般化の発見への期待を抱かせるからである。その一般化が何であるかはまだ予見されていないが、それが既知のものの根底にあり、不規則性を説明する手がかりとなることは間違いない。

— 1900年にイギリスの化学者ウィリアム・ラムゼーとモリス・トラヴァースが新しい不活性ガスの研究について議論している[60]

不活性ガス

1766年に水素を発見したイギリスの化学者ヘンリー・キャベンディッシュは、空気が窒素と酸素よりも多くの気体で構成されていることを発見した。[61]彼はこれらの発見を1784年と1785年に記録し、その中に、当時未確認で窒素よりも反応性の低い気体を発見した。ヘリウムは1868年に初めて報告された。この報告は分光法という新しい技術に基づいており、太陽から放射される光のスペクトル線の一部は、既知の元素のいずれのスペクトル線とも一致しなかった。メンデレーエフはこの発見に納得しなかった。なぜなら、温度変化によってスペクトル線の強度とスペクトル上の位置が変化するからである。[62]この意見は当時の他の科学者にも支持されており、その中には、スペクトル線は太陽の大気中に存在する水素の特定の状態によるものだと考える者もいた。また、スペクトル線は太陽には存在するが地球には存在しない元素に由来する可能性があると考える者もいた。さらに、その元素は地球上ではまだ発見されていないと考える者もいた。[63]

1894年、イギリスの化学者ウィリアム・ラムゼーとイギリスの物理学者レイリー卿は、空気中からアルゴンを単離し、これが新元素であることを決定した。しかし、アルゴンはいかなる化学反応も起こさず、気体としては非常に珍しく単原子であった。[g]アルゴンは周期律に適合せず、周期律の概念そのものに疑問を投げかけた。すべての科学者がこの報告をすぐに受け入れたわけではなく、メンデレーエフは当初、アルゴンは独立した元素ではなく、窒素の三原子形態であると答えた。[65]ハロゲンとアルカリ金属のグループの間にグループが存在する可能性があるという考えは存在していたが（一部の科学者は、特に第8族のこの半分の場所が空いているため、ハロゲンとアルカリ金属の間にはいくつかの原子量が欠けていると考えていた）、[66]アルゴンの原子量は塩素とカリウムの両方を超えているため、塩素とカリウムの間に位置することは容易ではなかった。[67]他の説明も提案された。例えば、ラムゼーはアルゴンが異なるガスの混合物である可能性があると想定しました。[67]ラムゼーはしばらくの間、アルゴンは同様の原子量の3つのガスの混合物である可能性があると信じていました。この三元原子は鉄、コバルト、ニッケルの三元原子に似ており、同様に第8族に配置されます。[68]ラムゼーは、より短い周期の両端にガスの三元原子が含まれることを確信し、1898年に、ヘリウムとアルゴンの間に原子量20のガスが存在すると示唆しました。その年の後半にそれが発見された後（ネオンと命名されました）、ラムゼーはそれをその周期の両端の水平三元原子の一員として解釈し続けました。[69]

1896年、ラムゼーは、ウラン鉱のサンプルから非反応性のガス流を発見したアメリカの化学者ウィリアム・フランシス・ヒレブランドの報告を検証した。それが窒素であることを証明したいと、ラムゼーは別のウラン鉱物であるクレバイトを分析し、新しい元素を発見し、クリプトンと名付けた。この発見は、イギリスの化学者ウィリアム・クルックスによって訂正された。クルックスはそのスペクトルを太陽のヘリウムのスペクトルと一致した。[70]この発見に続いて、ラムゼーは、分留法を使用して空気の成分を分離し、1898年にさらにいくつかの同様のガスを発見した。[71]メタゴン、クリプトン、ネオン、キセノン。最初のガスを詳しく分光分析した結果、炭素ベースの不純物が混入したアルゴンであることがわかった。[72]ラムゼーは当初アルゴンより重い気体の存在に懐疑的であり、クリプトンとキセノンの発見は彼にとって驚きであった。しかし、ラムゼーは自身の発見を受け入れ、新たに発見された5つの不活性ガス（現在の希ガス）は周期表の1つの列に配置されました。[73]メンデレーエフの周期表はいくつかの未発見の元素を予測していましたが、そのような不活性ガスの存在を予測しておらず、メンデレーエフも当初これらの発見を否定しました。[74] [h]

周期表の変更

原子量の順序から、不活性ガスはハロゲンとアルカリ金属の間に位置するべきであることが示唆され、1895年には早くも第8族に入れるという提案があったが、[76]この配置はメンデレーエフの基本的な考察の一つ、すなわち最高位の酸化物と矛盾した。不活性ガスは酸化物を形成せず、他の化合物も全く形成しないため、四酸化物を形成する元素の属する族に不活性ガスを配置することは、単に補助的なものであって不自然であると見なされた。メンデレーエフはこれらの元素を第8族に含めることに疑問を呈した。[76]その後の展開、特にイギリスの科学者による展開では、不活性ガスとその左側のハロゲン、および右側のアルカリ金属との対応に焦点が当てられた。1898年、ヘリウム、アルゴン、クリプトンしか明確に知られていなかった当時、クルックスはこれらの元素を水素族とフッ素族の間の単一の列に配置することを提案した。[77] 1900年、プロイセン科学アカデミーで、ラムゼーとメンデレーエフは新しい不活性ガスとそれらの周期表での位置について議論した。ラムゼーはこれらの元素をハロゲンとアルカリ金属の間にある新しいグループに入れることを提案し、メンデレーエフはこれに同意した。[57]ラムゼーはメンデレーエフとの議論の後に論文を発表し、その中の表ではハロゲンを不活性ガスの左側に、アルカリ金属を右側に配置していた。[78]その議論の2週間前、ベルギーの植物学者レオ・エレラはベルギー王立科学文学芸術アカデミーにこれらの元素を新しい第0族に入れることを提案していた。1902年、メンデレーエフはこれらの元素を新しい第0族に入れるべきだと書き、この考えはラムゼーが自分に提案したことと一致していると述べ、この考えを提案した最初の人物としてエレラに言及した。[79]メンデレーエフ自身は1902年に周期表の基本的な概念を崩すことなく、これらの元素を第0族として表に追加した。[79] [80]

1905年、スイスの化学者アルフレッド・ヴェルナーはメンデレーエフの周期表のデッドゾーンを解明した。彼は、当時13種類が知られていた希土類元素（ランタノイド）がその隙間にあることを突き止めた。メンデレーエフはランタン、セリウム、エルビウムの存在を知っていたものの、それらの総数と正確な順序が不明であったため、周期表には記載されていなかった。メンデレーエフは1901年になってもこれらの元素を周期表に組み込むことができなかった。 [74]これは、それらの化学的性質が類似していることと、原子量の決定が不正確であることが一因であった。さらに、類似した元素のグループが知られていないため、ランタノイドを周期表に配置することは困難であった。[81]この発見により周期表は再構成され、32列形式が初めて登場した。[82]

エーテル

1904年までに、メンデレーエフの表はいくつかの元素の配置を変更し、新たに発見された他のほとんどの元素とともに希ガスを含めた。デッドゾーンはそのまま残され、水素とヘリウムの上にゼロ行が追加され、当時広く元素であると信じられていたコロニウムとエーテルが含まれた。 [82] 1887年のマイケルソン・モーリーの実験は、光を伝えるエーテルが空間を満たす媒体として存在する可能性に疑問を投げかけたが、物理学者たちはその特性に制約を設けた。 [83]メンデレーエフは、エーテルは非常に軽い気体であり、原子量は水素よりも数桁小さいと考えていた。彼はまた、ゼロ族の希ガスと同様に他の元素とほとんど相互作用せず、代わりに毎秒2,250キロメートル（1,400マイル）の速度で物質を透過すると仮定した。[i]

メンデレーエフは、この周期性の本質に関する理解が不足していることに満足せず、原子の構成を理解することでのみ可能になると考えた。しかし、メンデレーエフは、将来はこの概念に疑問を投げかけるのではなく、むしろ発展させるだろうと固く信じ、1902年の著作の中でその信念を再確認した。[84]

  • メンデレーエフの表の初期の発展
  • 1895年にオーストラリアの化学者デイヴィッド・オーム・マッソンによって出版された周期表の主要表
    1895年にオーストラリアの化学者デイヴィッド・オーム・マッソンによって出版された周期表の主要表
  • 1896年にラムゼイが出版した周期表の断片
    1896年にラムゼイが出版した周期表の断片
  • 1900年にラムゼイが出版した周期表の断片
    1900年にラムゼイが出版した周期表の断片
  • 1900年にエレラが出版した周期表
    1900年にエレラが出版した周期表
  • メンデレーエフの1904年の表。0族の希ガスを含み、コロニウムとエーテルのための2つの空隙が確保されている。
    メンデレーエフの1904年の表。0族の希ガスを含み、コロニウムとエーテルのための2つの空隙が確保されている。
  • ヴェルナーが1905年に作成した32列の表。この表には当時未知だった多くの元素のためのスペースが残されており、いくつかの元素は原子論の進歩に伴い位置が修正された。
    ヴェルナーが1905年に作成した32列の表。この表には当時未知だった多くの元素のためのスペースが残されており、いくつかの元素は原子論の進歩に伴い位置が修正された。

原子論と同位体

放射能と同位元素

原子番号20から29までの元素の特性X線輝線の写真記録（ヘンリー・モーズリーの著作より）

1907年、放射性崩壊生成物であるトリウムと放射性トリウムは物理的には異なるものの化学的には同一であることが発見されました。この発見を受け、フレデリック・ソディは1910年に、これらは同じ元素だが原子量が異なるという説を提唱しました。[85]ソディは後に、化学的に完全に同一であるこれらの元素を「同位体」と呼ぶことを提案しました。[86]

同位体を周期表に配置する問題は、1900年にラジウム、アクチニウム、トリウム、ウランの4つの放射性元素が知られていた頃に発生しました。これらの放射性元素（「放射性元素」と呼ばれる）は、安定元素よりも原子量が大きいことが知られていたため、周期表の末尾に配置されましたが、正確な順序は不明でした。研究者たちは、まだ発見されていない放射性元素がまだあると考え、その後10年間でトリウムとウランの崩壊系列が広範囲に研究されました。希ガスのラドンを含む多くの新しい放射性物質が発見され、それらの化学的性質が調査されました。[19] 1912年までに、トリウムとウランの崩壊系列には約50種類の放射性物質が発見されました。アメリカの化学者バートラム・ボルトウッドは、これらの放射性元素をウランと鉛の間に結びつけるいくつかの崩壊系列を提唱しました。これらは当時、新しい化学元素と考えられており、既知の「元素」の数を大幅に増加させ、これらの発見が、長らく八重項則に従うと確立されてきた周期表の概念を覆すのではないかという憶測につながりました。[48]例えば、鉛とウランの間には、たとえ一部の発見が重複していたり​​、誤った同定であったとしても、これらの発見を収容するのに十分な空間がありませんでした。また、放射性崩壊は、周期表の中心的な原則の一つ、すなわち化学元素は変化せず、常に固有の性質を持つという原則に違反すると考えられていました。[19]

これらの発展を追っていたソディとカジミエシュ・ファヤンスは1913年に、これらの物質は異なる放射線を放出するものの、 [87]多くの物質は化学的性質が同一であるため、周期表で同じ位置を占めていると発表しました。[88] [89]これらはギリシャ語のisos topos（「同じ場所」）に由来し、同位体として知られるようになりました。 [19] [90]オーストリアの化学者フリードリヒ・パネートは、「実在する元素」（元素）と「単純な物質」（同位体）の違いを挙げ、異なる同位体の存在は化学的性質の決定にはほとんど無関係であると判断しました。[48]

1906年にイギリスの物理学者チャールズ・グローバー・バークラが金属から放射される特性X線を発見した後、イギリスの物理学者ヘンリー・モーズリーは、X線放射と元素の物理的性質との間に相関関係がある可能性を検討した。モーズリーは、チャールズ・ゴルトン・ダーウィン、ニールス・ボーア、ジョージ・ド・ヘベシーとともに、原子核の電荷（Z ）が物理的性質と数学的に関連している可能性があると提唱した。[91]これらの原子特性の重要性は、1908年から1913年にかけて行われたガイガー・マースデンの実験で決定され、原子核とその電荷が発見された。[92]

ラザフォード模型と原子番号

1913年、オランダのアマチュア物理学者アントニウス・ファン・デン・ブルックは、原子番号（原子核の電荷）が周期表における元素の配置を決定するという説を初めて提唱した。彼は原子番号50（スズ）までのすべての元素の原子番号を正しく決定したが、それより重い元素についてはいくつかの誤りを犯した。しかし、ファン・デン・ブルックは元素の原子番号を実験的に検証する方法を持っていなかったため、原子番号は依然として原子量に基づくものと考えられ、元素の順序付けに用いられ続けた。[91]

モーズリーはファン・デン・ブルックの仮説を検証しようと決心した。[91]様々な元素の特性X線を1年間調査した後、彼は元素のX線波長と原子番号の間に関係があることを発見した。 [93]これにより、モーズリーは初めて原子番号の正確な測定値を取得し、元素の絶対的な順序を決定して周期表を再構成することができた。モーズリーの研究は、原子量と化学的性質の食い違いを直ちに解決した。原子量で厳密に順序付けると化学的性質が矛盾するグループが生じることになる問題である。例えば、X線波長の測定により、周期表の傾向に沿って、アルゴン( Z  = 18)をカリウム( Z  = 19) の前に、コバルト( Z  = 27)をニッケル( Z  = 28) の前に、テルル( Z  = 52)をヨウ素( Z  = 53) の前に正しく配置することができた。原子番号の決定により、化学的に類似した希土類元素の順序も明らかになった。この方法は、ジョルジュ・アーバンが主張した新しい希土類元素（セルチウム）の発見が無効であることを確認するためにも使用され、モーズリーはこの技術を称賛された。[91]

スウェーデンの物理学者カール・ジークバーンは、金より重い元素（ Z = 79）についてモーズリーの研究を引き継ぎ 、当時知られている最も重い元素であるウランの原子番号が92であることを発見した。特定された最大の原子番号を決定する際に、原子番号に対応する元素が知られていない原子番号のシーケンスの空白が決定的に決定され、その空白は原子番号43（テクネチウム）、61（プロメチウム）、72（ハフニウム）、75（レニウム）、85（アスタチン）、および87（フランシウム）で発生した。[91]

電子殻と量子力学

1914 年、スウェーデンの物理学者ヨハネス・リュードベリは、希ガスの原子番号が単純な数の二乗の和の 2 倍に等しいことに気づきました: 2 = 2·1 2、10 = 2(1 2 + 2 2 )、18 = 2(1 2 + 2 2 + 2 2 )、36 = 2(1 2 + 2 2 + 2 2 + 3 2 )、54 = 2(1 2 + 2 2 + 2 2 + 3 2 + 3 2 )、86 = 2(1 2 + 2 2 + 2 2 + 3 2 + 3 2 + 4 2 )。この発見は、周期の長さが固定されていることの説明として受け入れられ、最終的に、表の左端の 0 族から右端の VIII 族へと希ガスの位置を変更する道を開いた。[79]希ガスが化学反応を起こしにくいことは、希ガスの閉じた電子配置の前述の安定性で説明され、この概念から、もともと 1904 年のアベッグの規則と呼ばれていたオクテット則が生まれた。 [94] 8 周期の重要性を確立した注目すべき研究の中には、1916 年にアメリカの化学者ギルバート N. ルイスによって発表された原子価結合理論[95]と、1919 年にアメリカの化学者アーヴィング ラングミュアによって発表された化学結合のオクテット理論がある。[96] [97]旧量子論（1913年から1925年）の時代における化学者のアプローチは、現在の量子力学における電子殻と軌道の理解に組み込まれました。1919年の論文で、ラングミュアは「セル」（現在では原子軌道と呼ばれています）の存在を仮定し、それらは「等間隔の層」（現在では電子殻と呼ばれています）に配置されていると提唱しました。これらの仮定は、ニールス・ボーアが化学ではなく物理学において原子核の周りの電子の軌道に適用したリュードベリの法則に基づいて導入されました。ラングミュアの論文では、この法則を2N 2（Nは正の整数）として導入しました。[98]

イギリスの化学者チャールズ・ルージリー・ベリーは1921年、殻電子が8個と18個であれば安定な配置を形成することを示唆し、現代理論への大きな一歩を踏み出しました。ベリーの理論は、それ以前の化学者たちの理論を基盤とした化学モデルでした。ベリーは、遷移元素の電子配置は外殻の価電子に依存すると提唱しました。[99]初期の論文では、このモデルは「ボーア＝ベリー原子」と呼ばれていました。ベリーは、現在遷移金属または遷移元素として知られている元素を表すために「遷移」という言葉を導入しました。 [100]

1910年代と1920年代には、量子力学の先駆的な研究が原子理論の新たな発展と周期表の小さな変更をもたらしました。19世紀には、メンデレーエフはすでに8周期に固定されていると主張し、原子番号と化学的性質の間に数学的な相関関係があると予想していました。[101]ボーア模型は1913年から発展し、電子配置が化学的性質を決定するという考えを支持しました。ボーアは、同じ族の元素は類似した電子配置を持つため、同様の挙動を示すと提唱し、希ガスは価電子殻を満たしていると主張しました。[102]これは現代の八重項則の基礎となっています。ボーアの分光学と化学の研究は、理論原子物理学者の間では一般的ではありませんでした。ラザフォードでさえ、ボーアに「どのようにして結論に至ったのか、理解するのに苦労している」と語っています。[103]これは、量子力学の方程式のどれもが、殻と軌道あたりの電子数を記述していないためです。ボーアは、1916年に量子原子と周期表との重要な関連性を初めて確立したヴァルター・コッセルの研究に影響を受けたことを認めている。コッセルは、最初の3つの希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン）の原子番号2、10、18の差が8であることに着目し、これらの原子の電子は「閉殻」を周回していると主張した。最初の原子には電子が2個しかなく、2番目と3番目にはそれぞれ8個あった。[104] [105]ボーアの研究は、1924年にオーストリアの物理学者ヴォルフガング・パウリが周期表の周期の長さを調べるきっかけとなった。パウリは、周期表の周期の長さが事実ではないことを証明した。代わりに、数学的な根拠ではなく、化学と連携した先行研究の発展に基づいて、パウリの排他原理が発展した。[106]この規則は、同じ量子状態で電子が共存できないことを述べており、経験的観察と併せて、4つの量子数の存在と、それが殻の充填順序に与える影響を示した。[102]これは、電子殻が充填される順序を決定し、周期表の周期性を説明する。

イギリスの化学者チャールズ・ベリーは、1921年に主族元素のII族とIII族の間にある元素を指す用語として「遷移金属」を初めて使用したとされています。彼は遷移元素の化学的性質を、価電子殻ではなく内殻が満たされることの結果として説明しました。この命題は、アメリカの化学者ギルバート・N・ルイスの研究に基づいており、周期表の4周期目にd殻、6周期目にf殻が出現することを示唆し、周期を8元素から18元素、そして18元素から32元素へと延長しました。これにより、周期表におけるランタノイドの位置が説明されました。[107]

陽子と中性子

陽子と中性子の発見は、原子が分割可能であることを実証し、ラボアジエによる元素の定義を時代遅れにしました。今日では、元素は一定数の陽子を持つ原子種と定義されており[108] 、その数は元素の原子番号と正確に一致することが知られています。この発見は、アルファ崩壊などのいくつかの種類の放射性崩壊のメカニズムも説明しました。

最終的に、陽子と中性子はクォークと呼ばれるさらに小さな粒子でできているという説が提唱され、その発見によってベータ崩壊で中性子が陽子に変化する現象が説明されました。

短縮形から長文へ（-Aグループと-Bグループへ）

ドイツのミュンヘンにある化学講堂の壁に掲げられた周期表（1909年）

1925年頃、周期表はいくつかの系列（Reihen）を右に移動し、追加の列（グループ）のセットとして追加することで変更されました。元のI～VII族は繰り返され、「A」と「B」を追加して区別されました。VIII族（3列）は単一のままでした。

したがって、レイヘン4と5はシフトされ、グループIA〜VIIA、VIII、IB〜VIIBとともに 新しい期間4を形成しました。


周期表におけるReihen /periodsとGruppen /groupsの発展 1871年から現代まで
現代（長文）:IUPACグループ12番号なし345678910×1112131415161718
1900+（長い）:旧IUPAC （A～B、ヨーロッパ）IAIIAIIIAIVAVA経由VIIA8B​IBIIBIIIBIVBVBVIBVIIB0
CAS  （A–B–A、米国）IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIBIBIIBIIIAIVAVA経由VIIAVIIIA
1871年（短編）→グループ私AII A[ ]III BIV BVB​VI BVII B8B​
I B
II B
III B
IV B
VB​
VI B
VII B		0
期間 1レイヘ1H彼
期間 ②レイヘ2李なれBC北おFね
期間 ③レイヘ3ナマグネシウムアルシPS塩素アル
期間 ④レイヘ4Kカルシウム– ScティVCrマン鉄共同ニCu （1位）
レイヘ5（Cu）（2番目）亜鉛– ガ– ゲとしてセBrクル
期間 ⑤レイヘ6RbシニアYt [=Y]Zr注記モ–([Tc])ルロジウムパッドAg （1位）
レイヘ7（Ag）（2番目）CDでスンSBテJ [=I]ゼ
期間 ⑥レイヘ8Csバ[ラ・ル]?Di [ La ]?Ce [ Ce ]——————— （1位）
レイヘ9（—）（2位）——————
期間 ⑥レイヘ10——?Er Yb ([Lu])?ラ – ([Hf])タW–([再])オスイルPtAu （1位）
レイヘ11（Au）（2番目）水銀テル鉛バイ—[ポー]-[で][Rn]
期間 ⑦レイヘ12—[Fr]— Rd [=Ra][Ac–Lr]— [Ac]Th— [パパ]あなた—————
太字テキスト周期表1871
斜体テキスト周期表 1906年（メンデレーエフによる最後の）
通常のテキスト（太字ではない）1906年以降に追加された
     1871年初頭から1872年初頭まで
– ガメンデレーエフの生涯で予測され、後に正しいことが証明され、メンデレーエフによって追加された元素
–  （Tc）予測された要素は、後に死後に正しいことが証明された
–要素は投影されているが予測されていない
取り消し線予測された元素だが、後に
元素ではない（「？Di」）、または個別の希土類元素系列が認識されなかったために
位置が間違っている（「[Ac] 」）ため、誤りであることが判明した。
[ ]1871年以降に追加または変更された
Cu (1番目) ×  / (Cu) (2番目)要素は2回言及されています: Gruppe VIIIとI。2回目の言及は生き残り、Gruppe/group VIIIは4列から3列に削減されました（×）
1871年出版。英語版：「Reihen」は「Series」（つまり、単なる列ではなく規則性のある配列）と訳されている。Scerri (2007)、111ページに転載。


その後の拡張と周期表の終焉

私たちはすでに、この[周期的な]法則が変化し始め、しかも急速に変化する瞬間が近づいていると感じています。

— ロシアの物理学者ユーリ・オガネシアン、いくつかの超重元素の共同発見者、2019年[109]

アクチニド

1913年には早くも、ボーアの電子構造に関する研究は、ヨハネス・リュードベリをはじめとする物理学者たちに、ウランより重い未発見元素の特性を外挿するきっかけを与えた。ラドンに次ぐ希ガスは原子番号118である可能性が高いという意見で多くの研究者が一致し、そこから第7周期の遷移系列は第6周期の遷移系列に類似するはずであると結論づけられた。これらの遷移系列には、5f殻を満たすことを特徴とする希土類元素に類似した系列が含まれると考えられていたものの、この系列がどこから始まるのかは不明であった。予測は原子番号90（トリウム）から99までの範囲にわたり、その多くは既知の元素（原子番号93以降）を超えたところから始まると示唆していた。アクチニウムからウランまでの元素は、高い酸化数を持つことから、第4遷移金属系列の一部を形成すると考えられ、したがって第3族から第6族に分類された。[110]

1940年、ネプツニウムとプルトニウムが初めて発見された超ウラン元素であり、それぞれレニウムとオスミウムの下の順序に配置された。しかし、それらの化学的性質の予備調査では、より軽い遷移金属よりもウランとの類似性が高いことが示唆され、周期表におけるそれらの位置付けに疑問が投げかけられた。[111] 1943年のマンハッタン計画の研究中、アメリカの化学者グレン・T・シーボーグは、アメリシウムとキュリウムの元素を単離する際に予期せぬ困難に遭遇した。これらの元素は遷移金属の第4系列の一部であると考えられていたためである。シーボーグは、これらの元素が異なる系列に属しているのではないかと考え、その化学的性質、特に高酸化状態の不安定性が予測と異なる理由を説明できるのではないかと考えた。[111] 1945年、同僚の反対を押し切って、彼はメンデレーエフの周期表に大幅な変更を加え、アクチノイド系列を提案した。[110] [112]

シーボーグの重元素の電子構造に関するアクチニド概念は、アクチニドがランタノイド元素の希土類元素系列に類似した内部遷移系列を形成すると提唱した。すなわち、アクチニドはfブロックの第二列（5f系列）を構成し、ランタノイドはその中で4f系列を形成する。この概念はアメリシウムとキュリウムの化学的同定を容易にし、[112]さらなる実験によってシーボーグの仮説が裏付けられた。ロスアラモス国立研究所で、アメリカの物理学者エドウィン・マクミラン率いるグループが行った分光学的研究では、6d軌道ではなく5f軌道が実際に満たされていることが示された。しかし、これらの研究では5f電子を持つ最初の元素、ひいてはアクチニド系列の最初の元素を明確に特定することはできなかった。[111]そのため、後にアクチニウムから始まる系列であることが判明するまでは、「トライド」系列または「ウラン化物」系列とも呼ばれていた。[110] [113]

これらの観察結果と超ウラン元素の化学に対する明らかな説明を踏まえ、同僚の間ではそれが過激なアイデアであり彼の評判を落とすのではないかとの懸念があったにもかかわらず、シーボーグはそれをケミカル・アンド・エンジニアリング・ニュース誌に提出し、広く受け入れられた。こうして新しい周期表ではアクチノイドがランタノイドの下に位置づけられた。[112]アクチノイドの概念は、 1949年のバークリウムのようなより重い元素の発見の基礎を築く上で極めて重要であることが証明された。[114]また、アクチノイドは、アメリシウムを超える元素において+3の酸化状態に向かう傾向を示す実験結果を裏付けた。これは類似の4f系列で観測された傾向である。[110]

相対論的効果と第7周期における周期律の破綻

第7期以降の拡大

シーボーグはその後、アクチニド概念を詳細に論じ、104番から121番の元素からなる超アクチニド系列と、122番から153番の元素からなる超アクチニド系列の一連の超重元素を理論化した。[111]彼は、50個の元素を追加した周期表（したがって、元素168に達する）を提案した。この8番目の周期は、アウフバウ原理の外挿から導かれ、121番から138番の元素をgブロックに配置し、そこに新しいgサブシェルが満たされる。[115]しかし、シーボーグのモデルは、高い原子番号と電子の軌道速度から生じる相対論的効果を考慮していなかった。1971年にブルクハルト・フリッケ[116]、2010年にペッカ・ピュイッコ[117]は、コンピュータモデリングを用いてZ = 172までの元素の位置を計算し 、いくつかの元素の位置がシーボーグの予測と異なることを発見した。ピュイッコとフリッケのモデルでは、一般的に172番元素が次に希ガスとなる位置にあるとされているが、120番を超える元素の電子配置、ひいては拡張周期表における位置については明確なコンセンサスが得られていない。現在では、相対論的効果により、このような拡張周期表には既存の元素の周期性を破る元素が含まれると考えられており、将来の周期表構築に新たな障害となる。[117]

2010年にテネシンが発見されたことで、第7周期に残っていた最後の空白が埋められました。したがって、新たに発見された元素は第8周期に配置されることになります。

第7周期が終了したにもかかわらず、一部の超アクチノイド元素の実験化学は周期律と矛盾することが示されている。1990年代、カリフォルニア大学バークレー校のケン・チャーウィンスキーは、ラザホージウムとプルトニウム、そしてドブニウムとプロトアクチニウムの間に類似点を観測したが、第4族と第5族の周期律は明確に連続していない。より最近のコペルニシウムとフレロビウムに関する実験では、矛盾した結果が得られており、その一部はこれらの元素が、同族元素である水銀や鉛よりも、希ガスであるラドンに似た挙動を示すことを示唆している。このように、多くの超重元素の化学は未だ十分に解明されておらず、周期律が未発見元素の特性を外挿するために依然として使用できるかどうかは不明である。[2] [118]


参照

注記

  1. ^ これらはR 2 O、R 2 O 2、R 2 O 3、R 2 O 4、R 2 O 5、R 2 O 6、R 2 O 7であった。後にR 2 O 8がリストに追加された。
  2. ^ シェッリは、この表には「メンデレーエフが予測に成功したものの命名しなかったアスタチンやアクチニウムといった元素は含まれていない。また、メンデレーエフの周期表ではダッシュでしか表されなかった予測も含まれていない。表に含まれていないその他の失敗例としては、バリウムとタンタルの間にある不活性ガス元素がある。これはエカキセノンと呼ばれていたが、メンデレーエフ自身はそう呼んでいなかった。」と指摘している。[39]
  3. ^ 彼は原子量が連続しているにもかかわらず類似性があることに気づき、そのような順序を（ハロゲンやアルカリ金属のような通常の第二族元素とは対照的に）第一族元素と名付けた。他の第一族元素には、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、イリジウム、オスミウム、白金などがある。
  4. ^ メンデレーエフがブラウナーに言及したのは、ブラウナーがテルルの原子量を測定し、125という値を得た後のことである。メンデレーエフは、テルルとヨウ素の性質から、ヨウ素の方が重いと考えていたが、当時のデータはそうではないことを示している（テルルは128、ヨウ素は127と評価されている）。しかし、ブラウナー自身による後の測定によって、当初の測定値が正しかったことが証明された。メンデレーエフは生涯、この測定値を疑った。[47]
  5. ^注目すべきことに、メンデレーエフはゲルマニウムを エカ-ケイ素であるとすぐには特定しなかった。ウィンクラーは次のように説明した。「しかしながら、今回の事例は、類推を用いることがいかに欺瞞的であるかを如実に示している。なぜなら、ゲルマニウムの四価定数は今や反駁の余地のない事実となり、この新元素が15年前にメンデレーエフによって予言された「エカ・シリコン」に他ならないことは疑いの余地がないからである。この同定は、私が冒頭で示し、V.V.リヒターによって初めて明確に宣言された、ゲルマニウムの短く、まだ非常に不完全な特性に基づくものである。ほぼ同時期に、周期表の創始者として名高いメンデレーエフは、私が述べたゲルマニウムの特性のいくつかはエカ・シリコンの特性を彷彿とさせるものの、この元素の流動性が観察されたことから、周期表の別の場所に位置づけられる可能性を示唆しているとコメントした。ローター・マイヤーは当初からゲルマニウムをエカ・シリコンであると宣言し、ゲルマニウムが作り出す原子容曲線によれば、メンデレーエフの仮定に反して、ゲルマニウムは容易に融解し、おそらくは蒸発しやすい。当時、ゲルマニウムはまだ通常の状態では存在していなかった。以下に示すように、ローター・マイヤーの条件が、ある程度、現実のものとなったことは、なおさら注目に値する。[56]
  6. ^ 対照的に、マイヤーの表ではそれらの要素を組み込む試みは全く行われなかった。[要出典]
  7. ^ 当時知られていた唯一の他の単原子ガスは気化した水銀であった。[64]
  8. ^ メンデレーエフは、既知の原子量の値の中には欠けているものもあるかもしれないと考えていた。しかし、メンデレーエフは、反応性の高い元素とその化学的性質について予測したのと同様の方法で、反応性のない気体のグループについて予測することはできなかっただろう。[75]
  9. ^ エーテルの概念は、1905年にドイツの物理学者アルベルト・アインシュタインの特殊相対性理論によって反証されました。エーテルが存在しないという考えは科学界でかなり早く受け入れられました。

参考文献

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  9. ^ ラヴォアジエ共編、ロバート・カー訳（1790年）『元素の化学』、エディンバラ、スコットランド：ウィリアム・クリーチ。24ページより：「したがって、この主題について付け加えておきたいのは、もし「元素」という用語を、物質を構成する単純で分割不可能な原子を指すのであれば、我々はそれらについて全く何も知らない可能性が非常に高いということである。しかし、「元素」、あるいは「物体の原理」という用語を、分析が到達し得る最終点という我々の考えを表すために用いるならば、我々は、いかなる手段を用いても、物体を分解することによって分解することができるすべての物質を、元素として認めなければならない。我々が単純と考えるこれらの物質が、2つ、あるいはそれ以上の数の原理から構成されることはないと断言する権利があるわけではない。しかし、これらの原理は分離できない、あるいはむしろこれまで分離する方法が発見されていないため、我々にとっては単純な物質として作用し、実験と観察によってそれらが複合していることが証明されるまでは、それらが複合していると決して考えるべきではない。」
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  • ティッセン、ピーター；ビンネマンス、コーエン（2015年）「メンデレーエフと希土類元素危機」化学の哲学（PDF）ボストン科学哲学史研究誌第306巻、pp.  155– 182. doi :10.1007/978-94-017-9364-3_11. ISBN 978-94-017-9363-6。

さらに読む

  • メンデレーエフ、DI (1902)。Попытка химического понимания мирового эфира [世界エーテルの化学的理解の試み]。470–517ページ 。。Mendeleev, D. (1905)から再出版。 Попытка химическаго пониманія мірового эѳира [世界エーテルの化学的理解の試み] (ロシア語)。 MP フロロバのタイポ リトグラフ。5～ 40ページ 。
  • メンデレーエフ、DI (1958)。ケドロフ、KM (編)。 Периодический закон [周期法] (ロシア語)。ソ連科学アカデミー。
  • トリフォノフ、DI、編。 （1981年）。Учение о периодичности: история и современность [周期性の教え: 歴史と現代] (ロシア語)。なうか。
  • 王立化学協会による周期表の開発（周期表と元素を探求するページのコレクションの一部）
  • Eric Sc​​erri 博士のウェブページ。周期表の歴史を含む周期体系のさまざまな側面に関するインタビュー、講義、記事が掲載されています。
  • 周期表のインターネット データベース – 周期表と周期体系の定式化の大規模なコレクション。
  • Stack Exchangeでメンデレーエフの元素周期表の歴史をデータ視覚化
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