元素周期表的艺术

不需要一个天才给互联网的科学。所有你需要的是一个厨房和一个元素周期表的副本。还有烤的小事,糖衣和系统标签118个蛋糕,一个为每个元素。你“蛋糕周期表”几乎肯定会被喜欢的雪崩,回报问题,meme社会货币或任何你喜欢的。把什么变成蛋糕更美味,当然,但事实上,其中的一个诱人的表,由一个化学工程的学生叫雷切尔在2012年,被观看了超过一百万次说一些关于元素周期表,它象征着什么。

说这是成为文化偶像,化学哲学家Eric Scerri加州大学洛杉矶分校在美国,曾写过几本书关于元素周期表。他指出,其最著名的配置——一个我们熟悉的化学教科书——被用来分类水果和蔬菜,脏话,甚至爵士音乐家。“你愿意提及的一切,”他说。同时,作为组织化学元素的系统,科学家仍在争论的布局。构建一个元素周期表,满足一个化学家的敏锐的眼睛作为科学一样是一门艺术。

当然,它的概念是归因于门捷列夫,俄国化学家的天才150年前我们正在庆祝的时刻与国际元素周期表。但在过去的一个半世纪,偶尔看到一些奇怪的和美丽的畅想。甚至在门捷列夫匆匆写下初稿早在1868年,法国地质学家Alexandre-Emile Beguyer de Chancourtois制定他的vis tellurique或陆上的螺钉,一个图表元素碲的中心,他显示在一个圆柱体。图看起来更像一个海图而不是表的元素,但它与门捷列夫的版本有很多共同之处。De Chancourtois中的元素顺序排列的原子质量和承认某些属性在定期复发——镜像的周期性门捷列夫的行显示在他的桌子上。包装在一个圆柱体产生垂直列表类似的类似于门捷列夫的元素组。de Chancourtois很伤心,需要查看他的系统在3 d和发表在地质学杂志意味着它永远不会被化学家之一。

还是早些时候,德国化学家约翰·Dobereiner分组元素“成三”规律,基于他们的原子质量。每组三个,中间元素的重量大约是其他两个的平均值。Scerri解释说,使用原子量意味着这些“三合会”并不确切,但Dobereiner仍能之间的氯和溴碘,早在1829年在锂和钠和钾。与原子序数,现在订购原则,这些三合会准确,“Scerri说。原子序数直到门捷列夫死后,才发现,所以他的第一个表显示一些基于原子质量元素的顺序弄错了。他纠正这些,但只有基于它们的属性中他看到的模式。

门捷列夫在大约在同一时间,德国化学家朱利叶斯·迈耶和英国化学家约翰·纽兰兹都是试图组织元素表。纽兰兹提出了他的“八度定律”,想象的元素安排在一个音阶,与第八注意重复的属性,就像回到顶部的C主要规模。然而,他的想法是重复了。

会糊涂

这是门捷列夫的第一和最后的草稿,element-arranging真正起飞。de Chancourtois的脚步后,许多化学家试图完善螺旋配置。根据彼得Wothers化学研究主任圣凯瑟琳学院剑桥,英国是“特别的”的化学家看到螺旋构象中的元素,因为它使他们的原子序数,在一个完整的字符串。尽管在门捷列夫的时代,只有原子量。

今天,我们很少看到那么秩序井然的元素在一个螺旋,因为除了阅读从左至右,再在元素周期表,现代化学教科书一般凝聚一种18日的专栏文章形式,凡镧系和锕系元素的浮动框底部。根据Scerri 32-column版本,让他们过渡金属之间的一个明确的改善。”在其应有的地位,每一个元素的原子序数,”他说。这是哲学上的声音。的教科书和墙显示,但他承认,18日的专栏文章的更实用。

螺旋配置,如德国化学家和矿物学家海因里希Baumhauer 1870的努力,是一个更紧凑的方式让为了甚至门捷列夫的元素一致认为,这是一个更优雅的解决方案。,在现实中元素的系列是不间断和对应,在某种程度上,一个螺旋形函数,”他写道。他只是不喜欢这个事实没有方程基础螺旋的形状。Baumhauer,瑞典地质学家Axel Erdmann(1902年)创建cobweb-like设计元素从一个中心旋转的氢。但是当他们试图在连续的线圈排列相似的元素,他们没有把它完全正确。Baumhauer意识到这和诉诸于画箭头在他试图解决这个问题。

随着原子序数的出现在1913年,由英国物理学家亨利·莫斯利和丹麦物理学家尼尔斯·波尔的理论在原子的结构,元素周期表了新的意义有更准确的试图spiralise它。现在,化学家们知道,每个元素都有自己的独特的质子数的中心原子,但周围这些中央质子,所有元素有相同的,标准体型的“壳”与电子填充。原来组相似的元素表中有相同数量的电子在最外层。长度不同的块内的行来表示可用空间的数量及其子壳层的贝壳。因此,在某种意义上,周期性螺旋了原子的形式本身。

随着美国化学家Ingo Hackh于1914年首次显示,不同大小的时期可能占与不同大小的线圈。1926年,C J梦露和W D特纳在美国密苏里州学校的矿山开发了一个更复杂的圆形元素周期表基于电子构型。螺旋式上升的越来越大的循环氢从中央,每个电路包括一个电子壳层或一组子壳层,回到中心在惰性气体和返回另一个循环与碱金属。的优点是获得一个周期之前,另一个在连续发展没有任何人工不连续的必要性,”他们在相应的论文中写道。无可否认,它确实有点繁琐镧系和锕系元素的开始,但至关重要的是正确和完整的秩序是维持对原子序数。

走的太远?

当化学家冲昏头脑线圈,另一个分支element-arrangers追求不同的想法。物理学家,打算将新开发的量子理论纳入表更“正确”的电子构型。玻尔的版本可能是太多的背离传统的表最感兴趣。但是查尔斯·珍妮特,一个富裕的业余法国科学家就挣他的钱在他父亲的刷业务,拼凑的东西,至少在一些物理学家,证明略更受欢迎。Scerri也是一个球迷。“对我来说,是真正的真品。这是一个令人愉悦的形状,美学上令人满意的,但也更正确。在珍妮特的“left-step”表,组织都是关于电子壳,导致氦被放置,有争议的是,组2的顶部,它的基础上有两个电子在其外层。应对这样的异议,Scerri本人已经提供了自己的表包括left-step表的各个方面,但保留了氦的传统位置在18组,惰性气体。

自那时以来,物理学家们一直试图做一个理论上的形式更完整的元素周期表核素的图表,图表,不仅包括所有的元素,但他们所有的稳定同位素和放射性形式。那些认为32-column表是不切实际的墙图可能不是迷恋这个版本。

形式和功能

到1942年,格伦Seaborg加州大学,伯克利分校在美国建造了我们今天熟悉的元素周期表,扩大与钚之前加入曼哈顿原子弹计划。他后来发现大量的重元素完成锕系元素。对一些人来说,Seaborg的版本很简单是最好的。化学家马克里奇一直“收集”周期性表14年来在他的网站上meta-synthesis.com,就是其中之一。“我个人认为最好的配方是典型的一个,”他说。Leach的收藏扩展到数百,包括一些很疯狂的,不过看起来“很漂亮”。

然而,仍有大量的表,努力朝着一个良好的理论基础,经常通过更换螺旋配置。从战前时期,浸出的文物包括珍妮特的螺旋状的“双纽线”1929年制定,这是不同于梦露和特纳的循环图。继续同样的主题——看起来像一个跑道,克里斯托弗·诺兰的电影《盗梦空间》——有Romanoff 8字形制定于1934年,之后,一些引人注目的全色版本。美国科幻作家和化学家约翰·克拉克1933年设计精美复古1949返工生活杂志,而美国工业硅胶化学家富兰克林·海德的1975的元素周期的关系结婚柔滑光滑和丰富的信息。中央关注硅是海德的味道,如果不是其他人的。教育的目的,不过,德裔美国科学历史学家西奥多·Benfey 1960“周期性的蜗牛”提供了一个清晰的承担这一主题,甚至未被发现的“superactinides”留下空白。

在这一切的重新排列,功能被牺牲形式吗?也许在某些情况下,但Scerri思想,函数作为一个概念,而肮脏的,过于关注应用程序。相反,他建议,那些把自己的时间奉献给改善元素周期表争取对称和优雅——方面的美学——因为如果更加优雅,它可能更正确。“美学更相关的理解,深刻的理论和哲学的满意度,“Scerri说。“这不是一种功能——恰恰相反。”

到1957年,有足够的各种艺术的重新排列元素Latvian-born化学家爱德华mazur作者整本书的主题。类型的化学元素的周期系统的图形表示做了究竟是什么以及它在封面上说与700年左右周期hand-illustrated配方下146分类。像Scerri mazur青睐left-step表和设计多个自己的静脉。

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虽然大多数周期系统爱好者在两个维度呈现他们的设计很满意,别人觉得三个是必要的,和一些已经创建模型,挖空和艺术品。梦露和特纳的1926螺旋实际上是一个早期的例子——二维圆形设计实际上是一个相当丑陋的基地投影模型由搪瓷盘标签与元素,棒。更早的1898年,英国光谱学家威廉•克鲁克斯使用已知的元素的原子质量点他对母线,一个类似的概念,但整洁和有很多空白光盘。1911年,英国放射化学家弗雷德里克草皮的发现元素的同位素,画3 d泪滴形循环创建一个,而一个极不寻常的周期系统。

1948年,在Seaborg忙于发现大多数锕系元素,物理学家乔治·伽莫夫在他的书中发表了他的伤口丝带的配方一百二十三无限…。它显示了元素的圆柱形乐队或乐队,这可能是由若干的纸片。有问题的镧系元素组成了一个小乐队循环从主表,因此维护传统Seaborg看以及原子序数的滴水不漏。美国科学博物馆展览设计师罗伊·亚历山大的1965现在这种安排作为一个教具销售——或者书桌要保持整洁。

今年,150周年元素周期表,Wothers委托一个闪亮的,新周期螺旋雕塑陈列在圣凯瑟琳年代。根据1920年由乔治Schaltenbrand设计,它集成了一个five-metre长丝带的银和118块固定的原子序数,与元素在同一组整齐地排队。更重要的是,黄金的瓷砖是金子做的,钯的了,,在承认left-step争议氦,瓷砖占据了一个位置从组2和组18等距。“有趣的是,人都见过这个已表示,它是如此美丽——化学家和non-chemists,“Wothers说。其错综复杂,无疑会升值同样的元素周期表的蛋糕狂欢的人。

海莉班纳特是一个基于科学作家在布里斯托尔,英国。