Rychlokurz chemie
Rychlokurz chemie (4/43) · 10:33

Periodická tabulka prvků Hank nás provede nejdůležitější tabulkou na světě a dozvíme se také něco o jejím tvůrci, Dmitriji Mendělejovi. Zmíněnou cylindrickou tabulku prvků lze najít zde: http://www.av8n.com/physics/periodic-table.htm

Ahoj, jmenuji se Hank Green a vítám vás v rychlokurzu chemie. Dnes se budeme zabývat tou nejdůležitější tabulkou vůbec. Nemám ale na mysli malou tabuli, na kterou píšeme ve škole. Není to ani malá okenní tabulka, ani maličký stůl ani Aslanův stůl. NE! Budeme se zabývat periodickou tabulkou prvků. Je to stručný, informacemi nabitý přehled veškerých druhů atomů na světě. Dnes budu hovořit o vzniku tabulky, která je, aby bylo jasno, jedním z vrcholných úspěchů lidského přemýšlení. Na začátek zavřeme oči a zasněme se. Představte si, že jste na Sibiři. A jste třináctiletý kluk. A váš otec, bývalý profesor, který oslepl a právě zemřel, nechal vás a vašich více než deset sourozenců bez prostředků. Smutné, že? Vaše matka znovu otevřela rodinnou továrnu na sklo v místě vašeho bydliště, aby uživila rodinu a vydělala peníze na vaše vzdělání. O rok později továrna lehne popelem. Ale vaše matka ve vás vidí vědecký potenciál, ví, že máte talent a nechce, abyste ho promarnili. Když se vaši sourozenci osamostatní, vezme vaše věci, osedlá koně a jede s vámi 1200 mil přes pohoří Ural až na univerzitu v Moskvě. Tam se za vás přimlouvá a prosí, jen aby vás posléze mohli odmítnout. Takže spolu jedete dalších 400 mil do Petrohradu, kde studoval i váš otec. A díky štěstí, nebo urputné, typicky ruské vytrvalosti, vás a vaše přesezené pozadí přijmou za studenta. Vaše matka krátce nato umírá s vědomím, že dokončila svoje poslání. Pokud si to představujete tak, jak vám říkám, cítíte vůči své matce ohromný dluh a touhu něco dokázat, abyste učinili za dost tomu, co pro vás obětovala. A možná právě to je ten důvod, proč se Dmitrij Ivanovič Mendělejev stal vrcholným představitelem ruské vědy a teoretikem, který změnil naše vnímání světa. Mendělejev trávil jako student mnoho času v laboratořích, kde se zabýval novou vzkvétající vědou — chemií. Pracoval se všemi prvky, se kterými se v té době pracovat dalo a jeho vědomosti mu umožňovaly nahlédnout do jejich vlastností. A právě tyhle znalosti se mu později velmi hodily. Znovu si představme, že jsme Dmitrij a že toho o chemii víme spousty. Což zatím nevíme...zatím! Je to jen představa. Takže jsme v 60. letech 18. století a lidstvo zná okolo šedesáti prvků. Přičemž u většiny zná i jejich atomovou hmotnost. Tím nejjednodušším bylo je seřadit podle atomové hmotnosti. Ale protože jsme mazaní, tak si uvědomujeme, že ty nejdůležitější vztahy nemají s touto hmotností nic společného. Lithium, sodík, draslík a rubidium byly náchylné k reakci s chlorem, fluorem, jodem a bromem. Beryllium, hořčík, vápník a stroncium byly podobné, ale méně reaktivní. Teď už si možná vy a i někteří další chemici uvědomíte, že vztah mezi atomovými hmotnostmi existuje, ale je periodický. Nejprve se vlastnosti prvků opakují u každých sedmi prvků. Dnes už víme, že je to každých osm prvků, ale v 60. letech 18. století se prvky studovaly na základě reaktivity. Nereaktivní vzácné plyny ještě nebyly známy a k opakování docházelo pro každých sedm. Jakmile se zvýší hmotnost prvku, k opakování dochází sice méně často, ale dochází k němu stále. Pouze nepravidelně. Vaši kolegové tvrdí: "No, to je život." Na začátku je opakování perfektní, později a dál už prostě ne. Ale vy jejich názor nesdílíte a periodicita se stane vaší posedlostí. Píšete si názvy a hmotnosti prvků na kartičky, rozkládáte je na stůl, mícháte, trháte je zoufalstvím na kousky a jednoho dne si uvědomíte, že vám zcela jednoduše nějaké kartičky chybí. Vaše úvaha není špatná, jen zkrátka nějaké prvky ještě nikdo neobjevil. S tímto vědomím do tabulky vložíte mezery a najednou do sebe všechno zapadá. Sedmiprvková opakování na prvních dvou řádcích, vodík samostatně, osmnáctiprvková opakování na následujících dvou řádcích. Jste si natolik jisti, že předpovíte vlastnosti těchto neznámých prvků. Když se objeví francouzský vědec tvrdící, že jeden z nich objevil, tak tvrdíte, že jste ho objevil vy jako první ve své hlavě. A když vidíte jeho záznamy a s vašimi nesouhlasí, vydáváte článek o tom, že jsou jeho poznatky nesprávné. Tak moc si jste jisti sami sebou a svou novou teorií. A víte, co je na tom nejšílenější? To, že máte pravdu! Ten francouz se vážně spletl! A vy o tom prvku víte víc, než on, aniž byste ho nějak studovali. Právě proto jste to vy, Mendělejev. Pán všech prvků. Končíme s představami, i když to byla zábava. Skupiny, které Mendělejev indentifikoval jsou vesměs ty, které zkoumáme dnes. Nalevo máme měkké, lesklé, extrémně reaktivní alkalické kovy. Jsou tak reaktivní, že aby nereagovaly s atmosférou, musí být skladovány ve vzácných plynech nebo v oleji. Alkalické kovy nechtějí nic jiného, než se zbavit elektronu a vytvořit kladný iont, neboli kationt. Nejradějí se párují s prvky z druhé strany tabulky. Když jsou takto reaktivní, je jasné, že se jich v přírodě nepovalují kvanta. Namísto toho je chemici musí extrahovat ze sloučenin, ve kterých se nacházejí. Dále máme kovy alkalických zemin, ty jsou o něco méně reaktivní, než ty alkalické. Tvoří kationty s dvojitě kladnými náboji. Vápník, který vidíme tady, prochází velmi podobnou reakcí se sodíkem a vodou. Reakce probíhá pomalu a produkuje o něco méně tepla. Prostřední část tabulky tvoří pěkný obdélník přechodných kovů. Jsou to kovy které vás asi napadnou jako první: železo, nikl, zlato, nebo platina. Většinu prvků tvoří kovy - jsou poměrně nereaktivní, skvěle vodí teplo a co je pro nás nejdůležitější, skvěle vodí i elektřinu. Jsou také kujné a mohou být ohýbány a stloukány do plátů. V chemii jsou velmi důležité a překvapivě se jeden druhému velmi podobají. Úplně vpravo, hned za vzácnými plyny, jsou extrémně reaktivní halogeny. Ty tvoří záporné ionty, neboli anionty a ochotně reagují s alkalickými kovy a kovy alkalických zemin. Obdélník mezi halogeny a přechodnými kovy obsahuje zajímavou směsici kovů, polokovů, plynů a nekovů. Tihle chlapíci neskončí jako ionty, dokud se nestřetnou s ostatními ionty. To je sice nuda tady, ale už ne tak v rámci kovalentní organické chemie. K tomu se taky dostaneme. Tam dole mají svůj ostrůvek lanthanoidy a aktinoidy. Za Mendělejeva jich ještě většina nebyla objevena. Protože si jsou tak podobné, že je skoro nemožné je oddělit. A na závěr, úplně vpravo jsou nereaktivní vzácné plyny. Ty za Mendělejeva také nikdo neznal. Stejně jako řada dalších nadšených vědců, Mendělejev s tabulkou nebyl nikdy hotov, a tak její vydání zdržoval. Zveřejnil ji jako součást své nové učebnice chemie jen proto, aby si vydělal trochu peněz navíc. A jak už to u vědeckých objevů bývá, ostatní vědci nezaháleli. Ve stejnou dobu jako Mendělejev zveřejnilo svou teorii o periodicitě prvků 6 dalších. Několik věcí ho od nich však odlišovalo. Zaprvé to byl vášnivý chemik. Znal všechny údaje lépe než ostatní, a strávil spousty času prací na teorii, která byla pro ostatní jen nedůležitým zpestřením. A za druhé si uvědomoval jako nikdo jiný, že celý koncept periodicity má obrovské důsledky. Jako kdyby měl obrovskou důvěru v nesmírou důležitost svého projektu. Mendělejev byl věřící, ale domníval se, že organizovaná náboženství nevedou k poznání boha. Vypadá to, jakoby ve svých tabulkách viděl nějaký božský vzorec a cítil, že poznává boha způsobem, jako nikdo před ním. Toto je pochopitelně pouze domněnka. Ale jak nyní víme, periodicita prvků je fyzikálním fenoménem. Je to funkce elektronů, které se chovají velmi zvláštně, ale určitě nijak mysticky. K těmto podivnostem se ale dostaneme v příštím díle. Periodická tabulka, tak, jak ji známe a máme rádi, alespoň já ano, znázorňuje realitu. Představuje způsob, jak porozumět utřídění světa v jeho základní podobě. Podoba tabulky ale není pevně daná, Mendělejevův současník si ji představoval jako šroub, nebo cylindr, kde se na sebe prvky vzájemně nabalují. Zatímco Mendělejevova tabulka vypadá spíš jako mapa, geolog de Chancourtois si jí představoval spíše jako kouli. Naneštěstí pro něj, žádný vydavatel nepřišel na to, jak vytisknout jeho válcovou 3D tabulku, a tak svůj článek musel vydat bez grafického znázornění periodického válce prvků a moc pozornosti se nedočkal. Asi neuměli skládat z papíru. Tenhle skládací model se mi moc líbí. Jestli chcete, můžete si udělat svůj, odkaz je v popisu videa. Také tam najdete spoustu dalších návrhů periodické tabulky, které mají často navrch nad tím, který všichni známe. Naše současná tabulka je opravdu trochu nešťastná sama se sebou. Lanthanoidy a aktinoidy by měly být její součástí, ale my je máme zvlášť. Je to kvůli tomu, že by se na papír špatně vešly: Mělo by to být nějak takhle. A opravdu by bylo lepší, kdyby se dala obmotat dokola, protože by tak fluor, neon a sodík byly vedle sebe a ne na úplně opačných částech mapy. Vždyť jsou od sebe pouhý proton daleko! Mendělejevův přínos je mnohem větší, než se na první pohled zdálo. Vytvořil totiž průvodce, který budoucím chemikům pomohl porozumět věcem, které byly objeveny až během dalších 25, 50, nebo 100 let. Jakmile byly jeho teorie zveřejněny a uznány, z vědecké komunity se ozývalo: "Proč? Proč? Proč?" A i když se o to Mendělejev moc nezajímal, osobně nevěřil na existenci atomů a všeho co nemohl spatřit na vlastní oči. Ukázalo se, že odpovědí na první "Proč" byl elektron. Kdyby Mendělejev žil, když byly objeveny tak záludné elektrony, nenáviděl by je. To ale nebude váš případ, protože se o nich dozvíte v dalším díle našeho Rychlokurzu chemie. Víte také některé základní vztahy v této tabulce a proč Mendělejev mezi svými kolegy tak vynikal. A nakonec také víte, jak by se dnešní podoba tabulky dala vylepšit. Autorem této epizody jsem já, natočila a režírovala Caitlin Hofmeister, editor Nick Jenkins, Scénář upravili Blake de Pastino a Dr. Heiko Langner, nazvučil Michael Aranda, grafický tým Thought Café. Pokud máte nějaké otázky, ptejte se prosím dole v komentářích. Děkujeme, že se učíte s naším rychlokurzem chemie.
video