Sciencemag.cz
Doporučujeme
Hypergrafy a sekundární periodicita. Periodické tabulce je letos 150 let, takže toto téma letos logicky budí větší zájem než obvykle. Nestálo by třeba za to prvky uspořádat i trochu jinak, aby se tím staly názornější jejich jiné vlastnosti?
Na Lipské univerzitě a místním Ústavu Maxe Plancka pro matematiku a vědu se podívali na takové pokusy obecně. Klasická tabulka prostě řadí prvky podle jejich atomového čísla. To by se však jednalo o řádku, nikoliv tabulku. Sloupce proto mají za kritérium chemickou podobnost. Třeba ale dodat, že za těchto podmínek bychom mohli zvažovat třeba i posud vodíku nad halogeny ze sloupečku alkalických kovů (za normálních plynné, dvouatomové molekuly…). Nakonec z různými variantami umístění lanthanoidů a aktinoidů se i setkáváme, byť tady jde spíše o přehlednost.
To jsou samozřejmě detaily na okraj, důležité je, že můžeme vytvořit i úplné jiné uspořádání prvků, třeba s přihlédnutím k jejich elektronegativitě; a to přitom půjde stále o vlastnosti „chemické“, také bychom mohli uspořádání čistě podle teplot skupenských přeměn apod.
Guillermo Restrepo a Wilmer Leal se soustředili na to, jaké vlastnosti mají všechny různé formy těchto tabulek ve formě obecných matematických struktur (hypergrafů). Všechny sdílí určité obecné matematické vlastnosti. Pro uspořádání prvků do tabulky si stačí vzít dvě pokud možno jednoznačná kritéria – v klasickém případě je to atomové číslo a chemická podobnost. Nebo si můžeme vzít těchto kritérii víc a vytvářet z prvků struktury o více rozměrech (a dále je znázorňovat ve 2D třeba pouze přidání barvy pro vyjádření třetího rozměru apod.).
A nakonec dole pod článkem tedy jednu alternativní tabulku ukazuje obrázek. Má se jednat o tabulku vytvořenou na základě podobnosti chemických vazeb. O poloze prvku rozhoduje způsob vazby prvku s organickým zbytkem. Šipky vyjadřují, nakolik je v takovém případě vazba polarizována – tam, kde jsou si vazby natolik podobné, aby je bylo možné jednoduše srovnávat. Zde vidíme, že struktury tedy připomínají klasické uspořádání prvků ve skupinách (sloupečcích), fluor nad chlorem a bromem, dole nad sebou několik alkalických kovů (poznámka: důležitá je nejenom polárnost vazby R-X, ale i to, jak se náboje budou distribuovat, alkalické kovy tedy dole, halogeny nahoře). I tam, kde to možné není, se ale k nějakému srovnání dostat pomocí řetězce více šipek. Barva má vyjadřovat vazebné chování (protože zde platí rozdělení do 44 tříd, není to tak, že by šlo jednoduše o to, kolikavazný prvek je). Dalším kritériem má být atomový poloměr. V tabulce je vidět, jak dusík a kyslík jsou kvůli elektronegativitě vedle halogenů… jinak si toto zvláštní uspořádání může každý pro radost zkoumat, eventuálně i nějak modifikovat, jistě sám.
Wilmer Leal et al. Formal structure of periodic system of elements, Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences (2019). DOI: 10.1098/rspa.2018.0581
https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.2018.0581
Zdroj: Phys.org
Poznámky PH: Stávající tabulka je nejen zažitá, ale i natolik logická, že skoro nikdo asi nebude navrhovat, abychom se primárně učili jiné uspořádání, do značné míry jde v případě nových tabulek o hraní. Nicméně nějaké jiné uspořádání může lépe demonstrovat určitý aspekt.
Např. dle relativně nové VŠ učebnice anorganické chemie (Jiří Kameníček, Zdeněk Šindelář, Richard Pastorek a František Kašpárek: Anorganická chemie, Olomouc 2006, Univerzita Palackého v Olomouci) jsou si podobnější sloučeniny prvků, které jsou ve sloupečcích nad sebou „ob jeden“:
„Konečně pozorujeme, že prvky z periody n + 2, jsou chemicky velmi podobné prvkům z periody n. Tento jev bývá označován jako sekundární periodicita. Například pozorujeme u N(V) a As(V) oxidační vlastnosti, zatímco P(V) oxidační vlastnosti nemá. Obdobně jsou si podobné prvky P a Sb, v oxidačním stupni (V) svou schopností tvořit PCl5 a SbCl5, zatímco NCl5 a AsCl5 neznáme. Podobná situace se opakuje u VII.A skupiny v oxidačním stupni (VII). Dlouho jsou známé a stálé soli a kyseliny obsahující ClO4− a IO4−, ale soli kyseliny bromisté byly připraveny teprve nedávno pomocí extrémně silných oxidačních činidel.“
Nyní konečně slíbené nové uspořádání
Tabulka dle vazeb prvků s organickým zbytkem
Credit: Guillermo Restrepo, MPI for Mathematics in the Sciences
Jsem chemik, a býval jsem docela dobrej. Ale tohle vypadá jako sen šíleného Alaricha… 🙂 Neumím si představit, že bych se to musel učit. 🙂
(původně přidal Ladislav Strnad, ručně přeneseno z disqus)
amozrejme by se pritom zkousejici ptal take na barvy. no a protoze zde nejsou presne radky aa sloupce, tak by do hry vstupovaly i otazky typu „je vyse Ta nebo Nb“
(ručně přeneseno z disqus)