105 éves az elemek periódusos rendszere. Érdekes, hogy Dmitrij Ivánovics Mengyelejevvel egyidőben a német Lothar Mayer is megalkotta az elemek természetes rendszerét Azonban a kémiai elemeknek atomsúlyaik szerint való rendszerezésében, a periódusos rendszerben megnyilvánuló természeti törvényt teljes egészében csak Mengyelejev ismerte fel.
A XVIII. század közepe táján mindössze tizenöt elemet ismertek. Ugyanannak a századnak a végén már harminc elemet számláltak, míg a XIX. században (pontosabban 1860 körül) az ismert elemek száma elérte a hatvanhármat. Az ismert elemek első és egyben legegyszerűbb csoportosítását a svéd Berzelius végezte el a XIX. század elején. Berzelius az elemeket fémekre és nem fémekre osztotta.
Ez a csoportosítás azért nem bizonyult helyesnek, mert képtelen volt minden elemet átfogni, nem biztosított helyet azoknak az elemeknek, amelyek fokozatos átmenetet képeznek a fémek és a nem fémek között.
Az elemek tudományos alapon történő csoportosítását csupán az atom, még pontosabban az atomsúly fogalmának a bevezetése tette lehetővé, így már a múlt század közepe táján egyre több kutatót foglalkoztatott az a gondolat, hogy az elemek atomsúlya és vegyi sajátosságai között összefüggés van.
1829-ben a német Johann Wolfgang Döbereiner tett jelentős észrevételeket ebben a vonatkozásban. Felhívta a figyelmet, hogy az elemeket hármas csoportokba lehet sorolni, és e csoportok tagjainak tulajdonságai feltűnően hasonlítanak egymáshoz. Ezeket a hármas csoportokat triádoknak nevezte el.
Említésre méltó a Béguyer Chancourtois francia geológus által felállított csoportosítás. Véleménye szerint az elemeket – növekvő atomsúlyuk sorrendjében – emelkedő csavarmenet mentén egy hengerpalástra írva, általában hasonló elemek kerülnek egymás alá, a tulajdonságok pedig bizonyos számú elem után ismétlődnek. Mindezekből azonban téves következtetést vont le: „A testek tulajdonságai – a számok tulajdonságai”, ezért rendszere hamarosan feledésbe merült.
Később, 1864-ben Alexander Newlands az elemeket növekvő atomsúlyuk sorrendjében írta egymás mellé, s azt tapasztalta, hogy minden nyolcadik elem tulajdonságai igen hasonlóak. Észrevételét a következőképpen fogalmazta meg: „Egy és ugyanazon csoport tagjai ugyanolyan viszonyban vannak egymással, mint egy vagy több oktáv szélső hangjai a zenében.”
Az előbbiekből láthatjuk, hogy aránylag rövid idő (50-60 év) alatt a kémikusok többé-kevésbé jelentős összefüggéseket ismertek meg, azonban ezek közül egyik sem volt átfogó jellegű, s megbízhatóságuk kétséges volt. Összefoglaló, a gyakorlatban is alkalmazható rendszer vált szükségessé.
Mengyelejev az atomsúlyoknak és az elemek tulajdonságainak együttes figyelembe vételével nemcsak a periódusos törvényt fedezte fel, hanem a kémiai elemek zárt rendszerét is megalkotta. A fiatal egyetemi tanár kémiai tankönyvet szándékozott megírni, és azon gondolkozott, hogyan csoportosítsa benne az elemeket. Kis papírszeletekre felírta az egyes elemek atomsúlyát és nevét. (A legkisebb atomsúlyú elem kartonját egyelőre félretette.) A lítiumtól kezdve atomsúlyuk szerint egy sorba helyezte az elemeket, amíg eljutott a nátriumig. A nátrium a lítium alá került, s lám, a magnézium a berillium alá, amelyhez sok tulajdonságban hasonlít. Ezt az utat követve végigment az összes ismert elemen. Megtörtént, hogy a következő elem nem a közvetlenül felette lévőhöz, hanem az előző sor egy másik eleméhez hasonlított. Ilyenkor kihagyta azt a helyet, megsejtve, hogy oda egy, még ismeretlen elem kerül majd. A táblázatból számos következtetést vont le. Legjelentősebb az a megállapítása, hogy az elemek kémiai tulajdonságai atomsúlyaik periodikusan ismétlődő függvényei. Mengyelejev megfogalmazásában: „Az atomok sajátosságait legfőképpen tömegük vagy súlyuk határozza meg, és periodikusan függenek ettől. A tömegek gyarapodásának arányában a sajátosságok először következetesen váltakoznak, de utána visszatérnek az eredetiekhez, és ismét megkezdődik a sajátosságok változásának új, az előbbiekhez hasonló periódusa.”
A táblázat üres kockái kételkedést váltottak ki a kor tudósaiból. Mígnem – öt év múlva – felfedeztek egy új elemet, a galliumot, amely minden nehézség nélkül beilleszkedett a rendszerbe, pontosabban annak egyik üresen maradt helyére. Egyébként Mengyelejev a táblázat szabályszerűségeiből még a gallium felfedezése előtt meg merte jósolni a várható elemek főbb adatait. Négy évvel később felfedezték a szkandiumot, majd még később a germániumot, s ezek szintén harmonikusan illeszkedtek a rendszerbe. Ezek után mindenki belátta: a táblázat valóságos térkép, amely eligazítja a kémikusokat a vegyi elemek között.
Mengyelejev periódusos rendszerét először 1871-ben nyomtatták ki. A tudós az elemek rendszerezésénél elsődleges szerepet a szakaszosság törvényének tulajdonított. Ennek megfelelően egyes elemeket nem atomsúlyuknak megfelelő kockába helyezett el. E változtatás eredményeképpen felvetődött az atomsúlyok helyességének kérdése. Az ellenőrző számítások végül a legtöbb esetben kiküszöbölték a korábbi ellentmondásokat.
Sejthető volt, hogy a táblázat valamilyen belső törvényszerűséget rejteget. Mengyelejev nem tudta megmagyarázni a periodicitás törvényének az okát, de már láthatta a radioaktivitás felfedezéséből, hogy a titok megoldása az atom belsejében rejlik. Erről a következőket írta: „Mindeddig hiányoznak eszközeink, hogy ennek a törvénynek okát megértsük. Minden valószínűség szerint az atomok és molekulák belső mechanikájában keresendő.”
Erre a rejtett törvényszerűségre csak később, 1913-ban derült fény. Az angol H. G. J. Moseley kutatásai során arra a következtetésre jutott, hogy a rendszám sorrendjében felírt elemek sorában, a rokon tulajdonságú elemek periodikusan (szakaszosan) jelennek meg. Tehát nem az atomsúly, hanem a rendszám a periódusos rendszer alapja! Ezt támasztotta alá és egyben fejlesztette tovább 1922-ben Niels Bohr dán fizikus, aki megállapította, hogy az elemeknek a periódusos rendszerben elfoglalt helyét a megfelelő atom elektronburkának szerkezete szabja meg. Mert valóban a rendszám a periódusos rendszer alapja, a rendszám pedig a magban levő protonok számával (vagyis a magtöltéssel) egyenlő. Valamely semleges atomban a protonok száma megegyezik az elektronok számával, és ezeknek az elektronoknak az elhelyezkedése szabja meg az illető elem helyét a periódusos rendszerben.
Látható, hogy a periódusos rendszer mennyire összhangba hozható az atomfizika eredményeivel. Időszerűségét bizonyítja az is, hogy a később felfedezett vagy mesterségesen előállított elemek is mind beilleszkedtek a rendszerbe.
Az idő folyamán a periódusos rendszer állandó változásokon ment át. Új elemekkel gazdagodva, különböző formákat öltve tökéletesedett a maivá. Jelentősége felmérhetetlen. Rendet teremtett az akkor létező sok ezer vegyület között, új fejezeteket nyitott a kémia és fizika fejlődésében, alapja volt az atomfizika kialakulásának.
Jelenleg a 105 éves periódusos rendszer 105 elemet számlál.
(A cikk megírása és nyomdába adása után tudtuk meg: szovjet tudósok bejelentették, hogy sikerült előállítaniuk a periódusos rendszer 106. tagját, a tizennegyedik trauszurán elemet. – Szerk. megj.)
Megjelent A Hét V. évfolyama 32. számában, 1974. augusztus 9-én.
