#069 · Mendeleev's Impossible Predictions

In 1869, a Russian chemist sketched a table of the elements with three deliberate blanks. He gave the missing entries names, atomic weights, and densities. Within sixteen years, all three were dug out of European ore.

On the first of March 1869, Dmitri Mendeleev missed a train. He was supposed to be touring cheese cooperatives in Tver province on behalf of the Russian government — a side job he took to pay debts — but instead he stayed at his desk in Saint Petersburg, shuffling a deck of paper cards. Each card had the name of an element, its atomic weight, and a list of the compounds it was known to form. There were sixty-three cards. He had been playing a game of patience with them for weeks.

That afternoon he wrote out a grid. Lithium, sodium, potassium, rubidium, caesium ran down one column — soft metals that burned water. Fluorine, chlorine, bromine, iodine ran down another — choking gases that ate metal. Read across the rows and the atomic weights climbed in steps. Read down the columns and the chemistry repeated. He sent the draft to the printer that evening under the title *An Attempt at a System of the Elements*. It had gaps.

Dmitri Mendeleev's second wife: Anna pixel17.com · BY 2.0

The gaps were the point. Where the pattern demanded an element nobody had yet found, Mendeleev left the square empty and labelled it with a placeholder name: *eka-aluminium*, *eka-boron*, *eka-silicon*, using the Sanskrit prefix *eka* — "one beyond." He was claiming, on the strength of a table he had drawn over a long weekend, that three specific substances existed, had specific weights, and would behave in specific ways when somebody got around to isolating them.

The three bets

For eka-aluminium he predicted an atomic weight near 68, a density of 5.9 grams per cubic centimetre, a melting point so low it would liquefy in a warm hand, and an oxide of the form M₂O₃. In August 1875, a French chemist named Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran noticed two new violet lines in the spectrum of a sphalerite sample from the Pyrenees. He isolated a few milligrams of a new metal, named it gallium after the Latin for France, and reported its density as 4.7. Mendeleev wrote back from Saint Petersburg, politely, to suggest he reweigh it. Lecoq de Boisbaudran did. The corrected density was 5.91.

A chemical bench in 1875 where silvery gallium beads sit in a shallow dish beside mineral Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

For eka-boron, Mendeleev predicted weight 44, an oxide of formula M₂O₃, and salts that would be colourless. In 1879 the Swedish chemist Lars Fredrik Nilson, working on rare-earth minerals from Scandinavia, isolated scandium: weight 44.6, oxide Sc₂O₃, salts colourless. Nilson had not been hunting for Mendeleev's element. When the match was pointed out by his colleague Per Teodor Cleve, Nilson conceded the table had got there first.

Dmitri Mendeleev in his old age https://pixel17.com · BY-SA 2.0

For eka-silicon, predicted weight 72, density 5.5, a dark-grey metal forming a white dioxide with a high melting point and a volatile tetrachloride boiling below 100 °C. In February 1886, Clemens Winkler of the Freiberg Mining Academy extracted a new element from a silver ore called argyrodite. He named it germanium. Weight: 72.6. Density: 5.47. Dioxide: white, refractory. Tetrachloride: boils at 86 °C. Winkler published a side-by-side table comparing prediction and measurement. The columns are almost indistinguishable.

A Swedish rare-earth laboratory with pale scandium salts crystallizing in small dishes Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

What the table was actually doing

Mendeleev was not the only person ordering elements by weight. The English chemist John Newlands had proposed a "law of octaves" in 1865 and been laughed out of the Chemical Society — one fellow asked whether he had tried arranging the elements alphabetically. The German Lothar Meyer had a nearly identical table in a drawer in Karlsruhe, ready for publication, when Mendeleev's appeared. Meyer's version was arguably cleaner. It had no gaps.

Dmitri Mendeleev (1834–1907) https://pixel17.com · BY-SA 2.0

That was the difference. Meyer treated his table as a summary of what was known. Mendeleev treated his as a constraint on what was possible. When the measured atomic weight of an element contradicted its place in the pattern, he assumed the weight had been measured wrong and said so in print. He was correct about beryllium (which had been assigned a weight of 14; the true value of 9 placed it cleanly above magnesium) and correct about uranium (which doubled from 120 to 240). He was wrong about tellurium and iodine, where the weights really do run the wrong way — a discrepancy that would not be explained until Henry Moseley reordered the table by nuclear charge in 1913.

None of this required a theory of the atom. Mendeleev had no idea what an electron was; J. J. Thomson would not isolate one for another twenty-eight years. The periodicity he saw was a pattern in measured numbers, and he trusted the pattern enough to bet against the measurements.

Liquid gallium melts in a warm human palm Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

What we still don't know

We do not fully know where periodicity ends. The table has been pushed to element 118, oganesson, synthesised atom by atom in heavy-ion colliders at Dubna and Livermore. Predictions for the next row — elements 119 and beyond — disagree about whether the familiar block structure survives, because relativistic effects on inner-shell electrons start to dominate the chemistry. Oganesson itself, by some calculations, may not behave like a noble gas at all.

Dmitri Mendeleev Original: Unknown authorUnknown author Upload: Germansociety · Public domain

We do not know whether an "island of stability" exists around element 114 or 126, where superheavy nuclei might live for seconds or years rather than milliseconds. The theoretical case for it has been argued since the 1960s. The experimental case is still a handful of atoms.

A modern chemistry storeroom with sealed element samples arranged in disciplined rows of g Illustration · AI-generated (FLUX.1-dev)

And we do not know what Mendeleev would have made of the modern table. He spent the last decades of his life resisting the discovery of the noble gases, which he initially insisted could not exist, and rejecting the electron, which he thought a fad. The man who bet on patterns was, near the end, unwilling to bet on the patterns he had not seen himself.

The cheese cooperatives never got their inspection.

1869年，一位俄国化学家勾勒出了一张元素周期表，其中特意留下了三处空白。他为这些缺失的元素命名，并预言了它们的原子量和密度。十六年内，这三种元素便从欧洲的矿石中被一一挖掘了出来。

1869年3月1日，Dmitri Mendeleev 错过了一班火车。他本应代表俄罗斯政府去特维尔省考察奶酪合作社——这是他为了还债而接的一份兼职——但他留在了圣彼得堡的办公桌前，洗着一副纸牌。每张纸牌上都写着一种元素的名字、它的原子量，以及它已知能形成的化合物列表。牌共有六十三张。他玩这种接龙游戏已经好几个星期了。

那天下午，他写下了一个表格。锂、钠、钾、铷、铯排在第一列——它们是会烧水的软金属。氟、氯、溴、碘排在另一列——它们是会腐蚀金属的窒息性气体。横向阅读，原子量呈阶梯状攀升；纵向阅读，化学性质则不断重复。那天晚上，他以《元素体系的尝试》为题，将草稿送往印刷厂。表格中留有空缺。

这些空缺才是重点。当模式要求某种尚未被发现的元素时，门捷列夫就把方格空着，并用占位符命名：*类铝* (eka-aluminium)、*类硼* (eka-boron)、*类硅* (eka-silicon)，使用了梵语前缀 *eka*——意为“超出一”。他凭借着一个在长周末画出的表格断言，这三种特定的物质存在，具有特定的重量，并且当有人设法将其分离出来时，它们将表现出特定的行为。

三场赌局

对于类铝，他预测原子量约为68，密度为每立方厘米5.9克，熔点极低，在温暖的手掌中就会融化，且氧化物形式为 M₂O₃。1875年8月，一位名叫 Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran 的法国化学家在来自比利牛斯山脉的闪锌矿样本光谱中，发现了两条新的紫色谱线。他分离出了几毫克的这种新金属，以拉丁文的法国名将其命名为 gallium，并报告其密度为4.7。门捷列夫从圣彼得堡礼貌地回信，建议他重新称重。勒考克·德·博伊鲍德兰照做了。修正后的密度为5.91。

对于类硼，门捷列夫预测重量为44，氧化物形式为 M₂O₃，盐类呈无色。1879年，瑞典化学家 Lars Fredrik Nilson 在研究斯堪的纳维亚的稀土矿物时，分离出了 scandium：重量44.6，氧化物 Sc₂O₃，盐类无色。尼尔森当时并非在搜寻门捷列夫所预言的元素。当他的同事佩尔·特奥多尔·克莱夫指出这种对应关系时，尼尔森承认，这个表格确实抢先了一步。

对于类硅，他预测重量为72，密度为5.5，是一种深灰色金属，能形成高熔点的白色二氧化物，其四氯化物在100摄氏度以下沸腾。1886年2月，弗莱贝格矿业学院的 Clemens Winkler 从一种名为砷银矿的银矿石中提取出一种新元素。他将其命名为 germanium。重量：72.6。密度：5.47。二氧化物：白色，耐火。四氯化物：在86摄氏度沸腾。温克勒发表了一张将预测值与测量值并列对比的表格。这些栏目几乎无法分辨。

表格的真正功用

门捷列夫并非唯一一个按重量排列元素的人。英国化学家 John Newlands 曾于1865年提出“八音律”，却被化学学会嘲笑——其中一位成员甚至问他是否尝试过按字母顺序排列元素。德国人 Lothar Meyer 在卡尔斯鲁厄的抽屉里也有一张几乎完全相同的表格，正准备发表，这时门捷列夫的表格出现了。迈耶的版本可以说更整洁。它没有空缺。

这就是差别所在。迈耶将他的表格视为对已知事物的总结。门捷列夫则将他的表格视为对可能性的约束。当某种元素的实测原子量与它在模式中的位置相矛盾时，他认定是重量测量错了，并以此见诸报端。他在铍元素上是对的（铍曾被定为14，其实际值为9，刚好位于镁之上），在铀元素上也对了（铀从120翻倍到了240）。他在碲和碘的问题上错了，这两者的权重确实呈现反序——这个差异直到1913年 Henry Moseley 按核电荷对表格重新排序后才得到解释。

这一切并不需要原子理论。门捷列夫根本不知道什么是电子；J. J. 汤姆森还要再过二十八年才会分离出电子。他所看到的周期性是实测数字中的一种模式，他足够信任这个模式，以至于敢拿它去挑战测量结果。

我们依然未知的事物

我们并不完全了解周期性在何处终结。元素周期表已经被推到了第118号元素 oganesson，这是在 Dubna 和利弗莫尔的重离子对撞机中原子对原子合成出来的。对于下一行——第119号及以后的元素——人们对熟悉的块状结构是否依然存在意见不一，因为相对论效应对内层电子的影响开始主导化学性质。根据某些计算，鿫元素本身可能根本不会表现得像惰性气体。

我们不知道在第114号或第126号元素附近是否存在一个“稳定岛”，在那里的超重核可能存在几秒钟甚至几年，而不是几毫秒。关于这一点的理论论据自20世纪60年代以来就一直存在。而实验证据仍仅限于寥寥几个原子。

我们也不知道门捷列夫会如何看待现代元素周期表。他生命的最后几十年里，一直在抵制惰性气体的发现（他最初坚持认为它们不可能存在），并拒绝承认电子，他认为那只是昙花一现。这位押注于规律的人，在晚年却不愿再押注于那些他自己未曾亲见的规律了。

那些奶酪合作社终究没能等到他的考察。

Em 1869, um químico russo esboçou uma tabela dos elementos com três lacunas deliberadas. Ele deu às entradas faltantes nomes, pesos atômicos e densidades. Em dezesseis anos, todas as três foram extraídas de minérios europeus.

No primeiro dia de março de 1869, Dmitri Mendeleev perdeu um trem. Ele deveria estar visitando cooperativas de queijo na província de Tver em nome do governo russo — um bico que aceitou para pagar dívidas — mas, em vez disso, permaneceu em sua mesa em São Petersburgo, embaralhando um baralho de cartas de papel. Cada carta continha o nome de um elemento, seu peso atômico e uma lista dos compostos que ele era conhecido por formar. Eram sessenta e três cartas. Ele vinha jogando um jogo de paciência com elas havia semanas.

Naquela tarde, ele esboçou uma grade. Lítio, sódio, potássio, rubídio, césio em uma coluna — metais macios que incendiavam a água. Flúor, cloro, bromo, iodo em outra — gases asfixiantes que corroíam metal. Lendo as linhas, os pesos atômicos subiam em degraus. Lendo as colunas, a química se repetia. Ele enviou o rascunho para a gráfica naquela noite sob o título *Uma Tentativa de um Sistema dos Elementos*. Havia lacunas.

As lacunas eram o ponto central. Onde o padrão exigia um elemento que ninguém havia encontrado ainda, Mendeleev deixou o quadrado vazio e o rotulou com um nome provisório: *eka-alumínio*, *eka-boro*, *eka-silício*, usando o prefixo sânscrito *eka* — "um além". Ele estava alegando, com base em uma tabela que desenhou durante um longo fim de semana, que três substâncias específicas existiam, tinham pesos específicos e se comportariam de maneiras específicas quando alguém conseguisse isolá-las.

As três apostas

Para o eka-alumínio, ele previu um peso atômico próximo de 68, uma densidade de 5,9 gramas por centímetro cúbico, um ponto de fusão tão baixo que se liquefaria em uma mão quente, e um óxido da forma M₂O₃. Em agosto de 1875, um químico francês chamado Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran notou duas novas linhas violetas no espectro de uma amostra de esfalerita dos Pirenéus. Ele isolou alguns miligramas de um novo metal, nomeou-o gallium em homenagem ao latim para França, e relatou sua densidade como 4,7. Mendeleev respondeu de São Petersburgo, educadamente, sugerindo que ele pesasse novamente. Lecoq de Boisbaudran o fez. A densidade corrigida era 5,91.

Para o eka-boro, Mendeleev previu um peso de 44, um óxido de fórmula M₂O₃ e sais que seriam incolores. Em 1879, o químico sueco Lars Fredrik Nilson, trabalhando com minerais de terras raras da Escandinávia, isolou o scandium: peso 44,6, óxido Sc₂O₃, sais incolores. Nilson não estava caçando o elemento de Mendeleev. Quando a correspondência foi apontada por seu colega Per Teodor Cleve, Nilson admitiu que a tabela havia chegado lá primeiro.

Para o eka-silício, previu um peso de 72, densidade 5,5, um metal cinza-escuro formando um dióxido branco com um alto ponto de fusão e um tetracloreto volátil fervendo abaixo de 100 °C. Em fevereiro de 1886, Clemens Winkler, da Academia de Minas de Freiberg, extraiu um novo elemento de um minério de prata chamado argirodita. Ele o nomeou germanium. Peso: 72,6. Densidade: 5,47. Dióxido: branco, refratário. Tetracloreto: ferve a 86 °C. Winkler publicou uma tabela comparativa colocando lado a lado a previsão e a medição. As colunas são quase indistinguíveis.

O que a tabela estava realmente fazendo

Mendeleev não era a única pessoa a ordenar elementos por peso. O químico inglês John Newlands propôs uma "lei das oitavas" em 1865 e foi ridicularizado pela Sociedade Química — um colega perguntou se ele já tinha tentado organizar os elementos em ordem alfabética. O alemão Lothar Meyer tinha uma tabela quase idêntica em uma gaveta em Karlsruhe, pronta para publicação, quando a de Mendeleev apareceu. A versão de Meyer era, talvez, mais limpa. Não tinha lacunas.

Essa era a diferença. Meyer tratou sua tabela como um resumo do que era conhecido. Mendeleev tratou a sua como uma restrição sobre o que era possível. Quando o peso atômico medido de um elemento contradizia seu lugar no padrão, ele supunha que o peso havia sido medido erroneamente e escrevia isso. Ele estava certo sobre o berílio (que tinha um peso atribuído de 14; o valor real de 9 o colocava claramente acima do magnésio) e certo sobre o urânio (que dobrou de 120 para 240). Ele estava errado sobre o telúrio e o iodo, onde os pesos realmente seguem a ordem inversa — uma discrepância que não seria explicada até que Henry Moseley reordenasse a tabela pela carga nuclear em 1913.

Nada disso exigia uma teoria do átomo. Mendeleev não fazia ideia do que era um elétron; J. J. Thomson só o isolaria vinte e oito anos depois. A periodicidade que ele via era um padrão em números medidos, e ele confiava no padrão o suficiente para apostar contra as medições.

O que ainda não sabemos

Não sabemos totalmente onde termina a periodicidade. A tabela foi levada até o elemento 118, oganesson, sintetizado átomo por átomo em colisores de íons pesados em Dubna e Livermore. As previsões para a próxima linha — elementos 119 e além — divergem sobre se a estrutura de blocos familiar sobrevive, porque efeitos relativísticos nos elétrons das camadas internas começam a dominar a química. O próprio oganesson, segundo alguns cálculos, pode não se comportar como um gás nobre de forma alguma.

Não sabemos se existe uma "ilha de estabilidade" em torno do elemento 114 ou 126, onde núcleos superpesados poderiam viver por segundos ou anos em vez de milissegundos. O argumento teórico para isso existe desde a década de 1960. O argumento experimental ainda é um punhado de átomos.

E não sabemos o que Mendeleev pensaria da tabela moderna. Ele passou as últimas décadas de sua vida resistindo à descoberta dos gases nobres, que ele inicialmente insistia que não poderiam existir, e rejeitando o elétron, que ele considerava uma moda passageira. O homem que apostava em padrões estava, perto do fim, indisposto a apostar nos padrões que ele mesmo não tinha visto.

As cooperativas de queijo nunca receberam sua inspeção.

في عام 1869، رسم كيميائي روسي جدولاً للعناصر ترك فيه ثلاث خانات فارغة عن قصد. وقد أطلق على العناصر المفقودة أسماءً، وحدد أوزانها الذرية وكثافاتها. وفي غضون ستة عشر عاماً، تم استخراج العناصر الثلاثة جميعها من خامات أوروبية.

في الأول من مارس عام 1869، فات Dmitri Mendeleev قطار. كان من المفترض أن يقوم بجولة في تعاونيات الأجبان في مقاطعة تفير نيابة عن الحكومة الروسية -وهي وظيفة جانبية قبلها لسداد ديونه- لكنه بدلاً من ذلك بقي جالساً إلى مكتبه في سانت بطرسبرغ، يقلب كومة من البطاقات الورقية. كان على كل بطاقة اسم عنصر، ووزنه الذري، وقائمة بالمركبات التي عُرف بتكوينها. كانت هناك ثلاث وستون بطاقة. وقد كان يمارس بها لعبة الصبر لأسابيع.

في ذلك المساء، رسم شبكة. وفي أحد الأعمدة، وضع الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم والسيزيوم، وهي معادن لينة تتفاعل بعنف مع الماء. وفي عمود آخر، وضع الفلور والكلور والبروم واليود، وهي غازات خانقة تأكل المعادن. عند قراءة الصفوف عرضياً، كانت الأوزان الذرية تتصاعد في خطوات. وعند قراءة الأعمدة طولياً، كانت الخصائص الكيميائية تتكرر. أرسل المسودة إلى المطبعة في ذلك المساء تحت عنوان "محاولة لنظام العناصر". كانت هناك فجوات.

كانت الفجوات هي جوهر الأمر. فحيثما تطلبت الأنماط عنصراً لم يعثر عليه أحد بعد، ترك مندليف المربع فارغاً ووسمه باسم مؤقت: إيكا-ألومنيوم، إيكا-بورون، إيكا-سيليكون، مستخدماً البادئة السنسكريتية "إيكا" التي تعني "واحد بعد". لقد كان يدعي، بناءً على قوة جدول رسمه خلال عطلة نهاية أسبوع طويلة، أن ثلاث مواد محددة موجودة، ولها أوزان محددة، وستتصرف بطرق محددة حينما يتسنى لأحد ما عزلها.

الرهانات الثلاثة

بالنسبة للإيكا-ألومنيوم، تنبأ بوزن ذري يقارب 68، وكثافة تبلغ 5.9 جرام لكل سنتيمتر مكعب، ودرجة انصهار منخفضة جداً لدرجة أنها قد تسيل في يد دافئة، وأكسيد على صيغة M₂O₃. في أغسطس 1875، لاحظ كيميائي فرنسي يدعى Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran خطين بنفسجيين جديدين في طيف عينة من السفاليريت من جبال البرانس. عزل بضعة ملليجرامات من معدن جديد، وأطلق عليه اسم gallium تيمناً بفرنسا (Gallia باللاتينية)، وأبلغ عن كثافته بـ 4.7. رد مندليف من سانت بطرسبرغ بأدب ليقترح عليه إعادة وزنه. فعل ليكوك دو بوابودران ذلك، وكانت الكثافة المصححة 5.91.

أما بالنسبة للإيكا-بورون، فقد تنبأ مندليف بوزن 44، وأكسيد بصيغة M₂O₃، وأملاح عديمة اللون. وفي عام 1879، قام الكيميائي السويدي Lars Fredrik Nilson، أثناء عمله على معادن الأتربة النادرة من إسكندنافيا، بعزل scandium: بوزن 44.6، وأكسيد Sc₂O₃، وأملاح عديمة اللون. لم يكن نيلسون يبحث عن عنصر مندليف، ولكن حين أشار زميله بير تيودور كليف إلى التطابق، أقر نيلسون بأن الجدول كان قد سبقهم إلى ذلك.

وبالنسبة للإيكا-سيليكون، تنبأ بوزن 72، وكثافة 5.5، ومعدن رمادي داكن يكون ثاني أكسيد أبيض بمرتفع درجة انصهار، ورابع كلوريد متطاير يغلي تحت 100 درجة مئوية. في فبراير 1886، استخلص Clemens Winkler من أكاديمية فرايبرغ للتعدين عنصراً جديداً من خام فضة يدعى الأرجيروديت، وأسماه germanium. الوزن: 72.6. الكثافة: 5.47. ثاني الأكسيد: أبيض ومقاوم للصهر. رابع الكلوريد: يغلي عند 86 درجة مئوية. نشر وينكلر جدولاً يقارن بين التنبؤ والقياس جنباً إلى جنب. كانت الأعمدة متطابقة تقريباً.

ما الذي كان يفعله الجدول فعلياً

لم يكن مندليف الشخص الوحيد الذي يرتب العناصر حسب الوزن. ففي عام 1865، اقترح الكيميائي الإنجليزي John Newlands "قانون الثمانيات" وتعرض للسخرية من قبل الجمعية الكيميائية، حتى إن أحدهم سأله عما إذا كان قد جرب ترتيب العناصر أبجدياً. وكان لدى الألماني Lothar Meyer جدول متطابق تقريباً في درج مكتبه في كارلسروه، جاهز للنشر، حين ظهر جدول مندليف. كانت نسخة ماير أكثر ترتيباً، لكنها خلت من الفجوات.

كان هذا هو الفرق. اعتبر ماير جدوله ملخصاً لما هو معروف، بينما اعتبره مندليف قيداً على ما هو ممكن. حين كان الوزن الذري المقاس لأي عنصر يتعارض مع مكانه في النمط، كان يفترض أن الوزن قد قيس بشكل خاطئ، ويصرح بذلك مطبوعاً. كان محقاً بشأن البيريليوم (الذي كانت قد أسندت إليه قيمة وزن 14؛ فوضعته قيمته الحقيقية 9 في مكانه الصحيح فوق المغنيسيوم)، وكان محقاً بشأن اليورانيوم (الذي تضاعف وزنه من 120 إلى 240). وكان مخطئاً بشأن التيلوريوم واليود، حيث تتبادل الأوزان مكانها فعلياً، وهو تفاوت لم يُفسر إلا حين قام Henry Moseley بإعادة ترتيب الجدول حسب الشحنة النووية في عام 1913.

لم يتطلب أي من هذا نظرية ذرية. لم يكن لدى مندليف أي فكرة عما هو الإلكترون؛ ولن يعزله جيه. جيه. طومسون إلا بعد ثمانية وعشرين عاماً أخرى. كانت الدورية التي رآها نمطاً في أرقام مقاسة، وقد وثق في هذا النمط بما يكفي ليراهن ضد القياسات المخبرية.

ما لا نزال نجهله

نحن لا نعرف تماماً أين تنتهي الدورية. لقد تم دفع الجدول حتى العنصر 118، oganesson، الذي تم تخليقه ذرة بذرة في مصادمات الأيونات الثقيلة في Dubna وليفرمور. تختلف التوقعات للصف التالي -العناصر 119 وما بعدها- حول ما إذا كانت بنية المجموعات المألوفة ستصمد، لأن التأثيرات النسبية على إلكترونات المدارات الداخلية تبدأ في الهيمنة على الخصائص الكيميائية. فحتى الأوجانيسون نفسه، وفقاً لبعض الحسابات، قد لا يتصرف كغاز نبيل على الإطلاق.

نحن لا نعرف ما إذا كانت هناك "جزيرة استقرار" موجودة حول العنصر 114 أو 126، حيث قد تعيش الأنوية فائقة الثقل لثوانٍ أو سنوات بدلاً من أجزاء من الألف من الثانية. لقد تم طرح الحجج النظرية لوجودها منذ الستينيات، أما الدليل التجريبي فلا يزال متمثلاً في بضع ذرات.

ولا نعرف ما الذي كان سيظنه مندليف في الجدول الحديث. فقد قضى العقود الأخيرة من حياته يقاوم اكتشاف الغازات النبيلة، التي أصر في البداية على أنها لا يمكن أن توجد، ويرفض الإلكترون الذي اعتبره مجرد موضة. وهكذا، فإن الرجل الذي راهن على الأنماط كان، في أواخر حياته، غير راغب في الرهان على الأنماط التي لم يرها بنفسه.

أما تعاونيات الأجبان، فلم تحصل على تفتيشها أبداً.

Pada tahun 1869, seorang kimiawan Rusia membuat sketsa tabel unsur dengan tiga kekosongan yang disengaja. Ia memberikan nama, berat atom, dan densitas pada entri-entri yang hilang tersebut. Dalam enam belas tahun, ketiganya berhasil ditemukan dari bijih Eropa.

Pada tanggal satu Maret 1869, Dmitri Mendeleev melewatkan jadwal kereta. Seharusnya ia berkeliling ke koperasi-koperasi keju di provinsi Tver atas nama pemerintah Rusia — pekerjaan sampingan yang ia ambil untuk melunasi utang — namun alih-alih pergi, ia tetap berada di mejanya di Saint Petersburg, mengocok setumpuk kartu kertas. Setiap kartu berisi nama unsur, berat atomnya, dan daftar senyawa yang diketahui dapat dibentuk oleh unsur tersebut. Ada enam puluh tiga kartu. Ia telah memainkan permainan kesabaran dengan kartu-kartu itu selama berminggu-minggu.

Sore itu ia menuliskan sebuah kisi-kisi. Litium, natrium, kalium, rubidium, sesium berbaris ke bawah di satu kolom — logam-logam lunak yang membakar air. Fluor, klor, brom, iodin berbaris ke bawah di kolom lain — gas-gas menyesakkan yang memakan logam. Jika dibaca mendatar di sepanjang baris, berat atomnya meningkat secara bertahap. Jika dibaca menurun di sepanjang kolom, sifat kimianya berulang. Malam itu, ia mengirimkan draf tersebut ke percetakan dengan judul *An Attempt at a System of the Elements* (Sebuah Upaya untuk Suatu Sistem Unsur). Draf itu memiliki celah.

Celah-celah itulah intinya. Di mana pola tersebut menuntut adanya unsur yang belum ditemukan oleh siapa pun, Mendeleev membiarkan kotak itu kosong dan melabelinya dengan nama sementara: *eka-aluminium*, *eka-boron*, *eka-silikon*, menggunakan awalan bahasa Sanskerta *eka* — "satu setelah." Berbekal tabel yang ia gambar selama akhir pekan yang panjang, ia mengklaim bahwa tiga zat spesifik memang ada, memiliki berat spesifik, dan akan berperilaku dengan cara spesifik begitu seseorang berhasil mengisolasinya.

Tiga pertaruhan

Untuk eka-aluminium, ia memprediksi berat atom mendekati 68, massa jenis 5,9 gram per sentimeter kubik, titik leleh yang sangat rendah sehingga akan mencair di telapak tangan yang hangat, dan oksida dengan bentuk M₂O₃. Pada bulan Agustus 1875, seorang kimiawan Prancis bernama Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran memperhatikan dua garis ungu baru dalam spektrum sampel sfalerit dari Pyrenees. Ia mengisolasi beberapa miligram logam baru, menamainya gallium berdasarkan nama Latin untuk Prancis, dan melaporkan massa jenisnya sebesar 4,7. Mendeleev membalas dari Saint Petersburg, dengan sopan, menyarankan agar ia menimbang ulang logam tersebut. Lecoq de Boisbaudran melakukannya. Massa jenis yang terkoreksi adalah 5,91.

Untuk eka-boron, Mendeleev memprediksi berat 44, oksida dengan rumus M₂O₃, dan garam-garam yang akan berwarna bening. Pada tahun 1879, kimiawan Swedia Lars Fredrik Nilson, yang sedang meneliti mineral tanah jarang dari Skandinavia, mengisolasi scandium: berat 44,6, oksida Sc₂O₃, garam-garam berwarna bening. Nilson tidak sedang memburu unsur milik Mendeleev. Ketika kecocokan itu ditunjukkan oleh rekannya Per Teodor Cleve, Nilson mengakui bahwa tabel itulah yang lebih dulu menemukannya.

Untuk eka-silikon, diprediksi berat 72, massa jenis 5,5, logam abu-abu gelap yang membentuk dioksida putih dengan titik leleh tinggi dan tetraklorida volatil yang mendidih di bawah 100 °C. Pada bulan Februari 1886, Clemens Winkler dari Akademi Pertambangan Freiberg mengekstraksi unsur baru dari bijih perak yang disebut argirodit. Ia menamainya germanium. Berat: 72,6. Massa jenis: 5,47. Dioksida: putih, tahan api. Tetraklorida: mendidih pada 86 °C. Winkler menerbitkan tabel bersandingan yang membandingkan prediksi dan pengukuran. Kolom-kolomnya hampir tidak dapat dibedakan.

Apa yang sebenarnya dilakukan tabel itu

Mendeleev bukanlah satu-satunya orang yang mengurutkan unsur berdasarkan berat. Kimiawan Inggris John Newlands telah mengusulkan "hukum oktaf" pada tahun 1865 dan ditertawakan hingga keluar dari Chemical Society — seorang rekan bertanya apakah ia sudah mencoba menyusun unsur-unsur tersebut menurut abjad. Kimiawan Jerman Lothar Meyer memiliki tabel yang hampir identik di laci di Karlsruhe, siap untuk dipublikasikan, ketika tabel Mendeleev muncul. Versi Meyer boleh dibilang lebih rapi. Versi itu tidak memiliki celah.

Itulah perbedaannya. Meyer memperlakukan tabelnya sebagai ringkasan dari apa yang sudah diketahui. Mendeleev memperlakukan tabelnya sebagai batasan atas apa yang mungkin terjadi. Ketika berat atom yang terukur dari suatu unsur bertentangan dengan posisinya dalam pola tersebut, ia berasumsi bahwa berat tersebut telah diukur dengan salah dan menyatakannya dalam bentuk tulisan. Ia benar mengenai berilium (yang sebelumnya ditetapkan memiliki berat 14; nilai sebenarnya 9 menempatkannya dengan tepat di atas magnesium) dan benar mengenai uranium (yang digandakan dari 120 menjadi 240). Ia salah mengenai telurium dan iodin, di mana beratnya memang urutannya terbalik — suatu ketidaksesuaian yang baru akan dijelaskan ketika Henry Moseley menyusun ulang tabel berdasarkan muatan inti pada tahun 1913.

Tidak satu pun dari hal ini memerlukan teori tentang atom. Mendeleev tidak tahu apa itu elektron; J. J. Thomson baru akan mengisolasinya dua puluh delapan tahun kemudian. Periodisitas yang ia lihat adalah pola dalam angka-angka yang terukur, dan ia cukup memercayai pola tersebut untuk bertaruh melawan hasil pengukuran.

Apa yang masih belum kita ketahui

Kita tidak sepenuhnya tahu di mana periodisitas berakhir. Tabel tersebut telah didorong hingga unsur 118, oganesson, yang disintesis atom demi atom dalam pemercepat ion berat di Dubna dan Livermore. Prediksi untuk baris berikutnya — unsur 119 dan seterusnya — berbeda pendapat mengenai apakah struktur blok yang sudah dikenal akan bertahan, karena efek relativistik pada elektron kulit dalam mulai mendominasi kimia. Menurut beberapa perhitungan, oganesson sendiri mungkin sama sekali tidak berperilaku seperti gas mulia.

Kita tidak tahu apakah "pulau stabilitas" (island of stability) ada di sekitar unsur 114 atau 126, di mana inti superberat mungkin hidup selama detik atau tahun, alih-alih milidetik. Argumen teoretis untuk hal ini telah diperdebatkan sejak tahun 1960-an. Bukti eksperimentalnya masih sebatas segelintir atom.

Dan kita tidak tahu apa pendapat Mendeleev tentang tabel modern. Ia menghabiskan dekade-dekade terakhir hidupnya dengan menentang penemuan gas mulia, yang awalnya ia tegaskan tidak mungkin ada, serta menolak elektron, yang ia anggap sebagai tren sesaat. Pria yang bertaruh pada pola-pola itu, di akhir hayatnya, justru tidak mau bertaruh pada pola-pola yang belum pernah ia lihat sendiri.

Koperasi-koperasi keju itu tidak pernah mendapatkan inspeksinya.

१८६९ में, एक रूसी रसायनशास्त्री ने तत्वों की एक सारणी तैयार की जिसमें तीन जानबूझकर रिक्त स्थान छोड़े गए थे। उन्होंने उन लुप्त प्रविष्टियों के नाम, परमाणु भार और घनत्व भी निर्धारित किए थे। सोलह वर्षों के भीतर, वे तीनों ही यूरोपीय अयस्कों से खोज निकाले गए।

1 मार्च 1869 को, Dmitri Mendeleev की एक ट्रेन छूट गई। उन्हें रूसी सरकार की ओर से तेवर प्रांत में पनीर सहकारी समितियों का दौरा करना था — एक ऐसा अतिरिक्त काम जिसे उन्होंने कर्ज चुकाने के लिए स्वीकार किया था — लेकिन इसके बजाय वे सेंट पीटर्सबर्ग में अपनी मेज पर बैठे रहे और कागज के कार्डों की एक गड्डी को उलट-पलट करते रहे। प्रत्येक कार्ड पर एक तत्व का नाम, उसका परमाणु भार और उन यौगिकों की सूची थी जिन्हें बनाने के लिए वह जाना जाता था। कुल त्रेसठ कार्ड थे। वे हफ्तों से उनके साथ धैर्य का खेल खेल रहे थे।

उस दोपहर उन्होंने एक ग्रिड लिखा। लिथियम, सोडियम, पोटैशियम, रूबिडियम, सीज़ियम एक स्तंभ में थे — नरम धातुएँ जो पानी में जल उठती थीं। फ्लोरीन, क्लोरीन, ब्रोमीन, आयोडीन दूसरे स्तंभ में थे — दम घोंटने वाली गैसें जो धातु को खा जाती थीं। पंक्तियों में बाएं से दाएं पढ़ने पर परमाणु भार चरणबद्ध तरीके से बढ़ता था। स्तंभों में ऊपर से नीचे पढ़ने पर रसायन विज्ञान दोहराया जाता था। उन्होंने उस शाम *एन अटेम्प्ट एट अ सिस्टम ऑफ़ द एलीमेंट्स* (तत्वों की प्रणाली का एक प्रयास) शीर्षक के तहत ड्राफ्ट प्रिंटर को भेज दिया। इसमें अंतराल थे।

अंतराल ही मुख्य बात थी। जहाँ पैटर्न एक ऐसे तत्व की मांग करता था जो अभी तक किसी को नहीं मिला था, मेंडेलीव ने उस खाने को खाली छोड़ दिया और उसे एक प्लेसहोल्डर नाम दिया: *एका-एल्युमिनियम*, *एका-बोरोन*, *एका-सिलिकॉन*, जिसमें संस्कृत के उपसर्ग *एका* — "एक से आगे" — का उपयोग किया गया था। वे उस तालिका के दम पर दावा कर रहे थे जिसे उन्होंने एक लंबे सप्ताहांत में तैयार किया था, कि तीन विशिष्ट पदार्थ अस्तित्व में हैं, उनका विशिष्ट वजन है, और जब कोई उन्हें अलग करने की कोशिश करेगा तो वे विशिष्ट तरीके से व्यवहार करेंगे।

तीन शर्तें

एका-एल्युमिनियम के लिए उन्होंने 68 के करीब परमाणु भार, 5.9 ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर का घनत्व, इतना कम गलनांक कि वह गर्म हाथ में पिघल जाए, और M₂O₃ रूप का एक ऑक्साइड होने की भविष्यवाणी की थी। अगस्त 1875 में, Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran नामक एक फ्रांसीसी रसायनज्ञ ने पाइरेनीस से लिए गए स्फेलेराइट के नमूने के स्पेक्ट्रम में दो नई बैंगनी रेखाएं देखीं। उन्होंने एक नई धातु के कुछ मिलीग्राम को अलग किया, फ्रांस के लैटिन नाम के आधार पर इसका नाम gallium रखा, और इसका घनत्व 4.7 बताया। मेंडेलीव ने सेंट पीटर्सबर्ग से विनम्रतापूर्वक उत्तर लिखा और सुझाव दिया कि वे इसे दोबारा तौलें। लेकोक डी बोइसबॉड्रान ने ऐसा ही किया। संशोधित घनत्व 5.91 था।

एका-बोरोन के लिए, मेंडेलीव ने 44 भार, M₂O₃ सूत्र का ऑक्साइड, और ऐसे लवणों की भविष्यवाणी की थी जो रंगहीन होंगे। 1879 में स्वीडिश रसायनज्ञ Lars Fredrik Nilson, जो स्कैंडिनेविया से प्राप्त दुर्लभ-पृथ्वी खनिजों पर काम कर रहे थे, ने scandium को अलग किया: भार 44.6, ऑक्साइड Sc₂O₃, लवण रंगहीन। निल्सन मेंडेलीव के तत्व की तलाश में नहीं थे। जब उनके सहयोगी पर थियोडोर क्लेव ने इस समानता की ओर इशारा किया, तो निल्सन ने माना कि तालिका पहले ही वहां पहुंच चुकी थी।

एका-सिलिकॉन के लिए, अनुमानित भार 72, घनत्व 5.5, एक गहरा-ग्रे धातु जो उच्च गलनांक वाले सफेद डाइऑक्साइड और 100 डिग्री सेल्सियस से नीचे उबलने वाले वाष्पशील टेट्राक्लोराइड का निर्माण करती है। फरवरी 1886 में, फ़्रीबर्ग माइनिंग अकादमी के Clemens Winkler ने अर्गियोडाइट नामक चांदी के अयस्क से एक नया तत्व निकाला। उन्होंने इसका नाम germanium रखा। भार: 72.6। घनत्व: 5.47। डाइऑक्साइड: सफेद, दुर्दम्य। टेट्राक्लोराइड: 86 डिग्री सेल्सियस पर उबलता है। विंकलर ने भविष्यवाणी और माप की तुलना करते हुए एक आमने-सामने की तालिका प्रकाशित की। कॉलम लगभग एक जैसे थे।

तालिका असल में क्या कर रही थी

मेंडेलीव वजन के अनुसार तत्वों को क्रमबद्ध करने वाले एकमात्र व्यक्ति नहीं थे। अंग्रेजी रसायनज्ञ John Newlands ने 1865 में "अष्टक नियम" प्रस्तावित किया था और केमिकल सोसाइटी ने उनका मजाक उड़ाया था — एक साथी ने पूछा कि क्या उन्होंने तत्वों को वर्णानुक्रम में व्यवस्थित करने की कोशिश की है। जर्मन Lothar Meyer की दराज में कार्लस्रूहे में एक लगभग समान तालिका थी, जो प्रकाशन के लिए तैयार थी, तभी मेंडेलीव की तालिका सामने आई। मेयर का संस्करण यकीनन अधिक साफ-सुथरा था। उसमें कोई अंतराल नहीं था।

यही अंतर था। मेयर ने अपनी तालिका को ज्ञात तथ्यों के सारांश के रूप में देखा। मेंडेलीव ने इसे संभावनाओं पर एक बाधा के रूप में देखा। जब किसी तत्व का मापा गया परमाणु भार पैटर्न में उसके स्थान के विपरीत होता था, तो उन्होंने मान लिया कि वजन गलत मापा गया था और प्रिंट में ऐसा कहा भी। वे बेरिलियम (जिसे 14 का वजन दिया गया था; 9 का वास्तविक मान इसे मैग्नीशियम से ऊपर स्पष्ट रूप से रखता है) के बारे में सही थे और यूरेनियम (जो 120 से बढ़कर 240 हो गया) के बारे में भी सही थे। वे टेल्यूरियम और आयोडीन के बारे में गलत थे, जहाँ वजन वास्तव में गलत दिशा में चलते हैं — एक विसंगति जिसे तब तक नहीं समझाया जा सका जब तक कि Henry Moseley ने 1913 में परमाणु आवेश के आधार पर तालिका को पुनर्व्यवस्थित नहीं किया।

इसमें से किसी के लिए भी परमाणु के सिद्धांत की आवश्यकता नहीं थी। मेंडेलीव को यह नहीं पता था कि इलेक्ट्रॉन क्या होता है; जे. जे. थॉमसन को इसे अलग करने में अट्ठाइस साल और लगने थे। उन्होंने जो आवर्तता देखी वह मापी गई संख्याओं का एक पैटर्न था, और उन्होंने पैटर्न पर इतना भरोसा किया कि वे मापों के खिलाफ दांव लगाने को तैयार थे।

जो हम अभी भी नहीं जानते

हम पूरी तरह से नहीं जानते कि आवर्तता कहाँ समाप्त होती है। तालिका को तत्व 118, oganesson, तक पहुंचा दिया गया है, जिसे Dubna और लिवरमोर में भारी-आयन कोलाइडर्स में परमाणु-दर-परमाणु संश्लेषित किया गया है। अगली पंक्ति के लिए भविष्यवाणियां — तत्व 119 और उससे आगे — इस बात पर असहमत हैं कि क्या परिचित ब्लॉक संरचना बची रहती है, क्योंकि आंतरिक-कोश इलेक्ट्रॉनों पर सापेक्षवादी प्रभाव रसायन विज्ञान पर हावी होने लगते हैं। ओगानेसन स्वयं, कुछ गणनाओं के अनुसार, बिल्कुल भी एक उत्कृष्ट गैस की तरह व्यवहार नहीं कर सकता है।

हम नहीं जानते कि क्या तत्व 114 या 126 के आसपास "स्थायित्व का द्वीप" मौजूद है, जहाँ सुपरहेवी नाभिक मिलीसेकंड के बजाय सेकंड या वर्षों तक जीवित रह सकते हैं। इसके लिए सैद्धांतिक तर्क 1960 के दशक से दिए जा रहे हैं। प्रयोगात्मक प्रमाण अभी भी मुट्ठी भर परमाणु ही हैं।

और हम नहीं जानते कि मेंडेलीव आधुनिक तालिका को देखकर क्या सोचते। उन्होंने अपने जीवन के अंतिम दशक उत्कृष्ट गैसों की खोज का विरोध करते हुए बिताए, जिनके बारे में उन्होंने शुरू में जोर देकर कहा था कि उनका अस्तित्व नहीं हो सकता, और इलेक्ट्रॉन को अस्वीकार कर दिया, जिसे वे एक सनक मानते थे। वह व्यक्ति जिसने पैटर्न पर दांव लगाया था, अंत के करीब, उन पैटर्नों पर दांव लगाने को तैयार नहीं था जिन्हें उसने स्वयं नहीं देखा था।

पनीर सहकारी समितियों को कभी अपना निरीक्षण नहीं मिला।

En 1869, un chimiste russe esquissa un tableau des éléments avec trois cases délibérément laissées vides. Il attribua aux entrées manquantes des noms, des poids atomiques et des densités. En l'espace de seize ans, toutes trois furent extraites du minerai européen.

Le premier mars 1869, Dmitri Mendeleev manqua un train. Il était censé visiter des coopératives fromagères dans la province de Tver pour le compte du gouvernement russe — un emploi secondaire qu'il avait accepté pour payer ses dettes — mais il resta plutôt à son bureau de Saint-Pétersbourg, à battre un jeu de cartes en papier. Chaque carte portait le nom d'un élément, son poids atomique et une liste des composés qu'il était connu pour former. Il y avait soixante-trois cartes. Il faisait une patience avec celles-ci depuis des semaines.

Cet après-midi-là, il traça une grille. Le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium, le césium descendaient une colonne — des métaux mous qui enflammaient l'eau. Le fluor, le chlore, le brome, l'iode descendaient une autre — des gaz suffocants qui rongeaient le métal. Lisez les lignes et les poids atomiques grimpaient par paliers. Lisez les colonnes et la chimie se répétait. Il envoya le brouillon à l'imprimeur ce soir-là sous le titre *Essai d'un système des éléments*. Il y avait des lacunes.

Les lacunes étaient l'essentiel. Là où le modèle exigeait un élément que personne n'avait encore trouvé, Mendeleev laissa la case vide et l'étiqueta avec un nom provisoire : *eka-aluminium*, *eka-bore*, *eka-silicium*, utilisant le préfixe sanskrit *eka* — « un au-delà ». Il affirmait, sur la foi d'un tableau qu'il avait dessiné au cours d'un long week-end, que trois substances spécifiques existaient, avaient des poids spécifiques et se comporteraient de manières spécifiques lorsque quelqu'un prendrait la peine de les isoler.

Les trois paris

Pour l'eka-aluminium, il prédit un poids atomique proche de 68, une densité de 5,9 grammes par centimètre cube, un point de fusion si bas qu'il se liquéfierait dans une main chaude, et un oxyde de forme M₂O₃. En août 1875, un chimiste français nommé Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran remarqua deux nouvelles raies violettes dans le spectre d'un échantillon de blende provenant des Pyrénées. Il isola quelques milligrammes d'un nouveau métal, le nomma gallium d'après le latin pour la France, et rapporta sa densité à 4,7. Mendeleev répondit depuis Saint-Pétersbourg, poliment, pour lui suggérer de le peser à nouveau. Lecoq de Boisbaudran le fit. La densité corrigée était de 5,91.

Pour l'eka-bore, Mendeleev prédit un poids de 44, un oxyde de formule M₂O₃, et des sels qui seraient incolores. En 1879, le chimiste suédois Lars Fredrik Nilson, travaillant sur des minéraux de terres rares de Scandinavie, isola le scandium : poids 44,6, oxyde Sc₂O₃, sels incolores. Nilson n'avait pas cherché l'élément de Mendeleev. Lorsque la correspondance fut soulignée par son collègue Per Teodor Cleve, Nilson admit que le tableau y était arrivé en premier.

Pour l'eka-silicium, il prédit un poids de 72, une densité de 5,5, un métal gris foncé formant un dioxyde blanc avec un point de fusion élevé et un tétrachlorure volatil bouillant au-dessous de 100 °C. En février 1886, Clemens Winkler de l'Académie des mines de Freiberg extraya un nouvel élément d'un minerai d'argent appelé argyrodite. Il le nomma germanium. Poids : 72,6. Densité : 5,47. Dioxyde : blanc, réfractaire. Tétrachlorure : bout à 86 °C. Winkler publia un tableau comparatif mettant en regard prédiction et mesure. Les colonnes sont presque indiscernables.

Ce que le tableau faisait réellement

Mendeleev n'était pas la seule personne à classer les éléments par poids. Le chimiste anglais John Newlands avait proposé une « loi des octaves » en 1865 et avait été tourné en dérision par la Chemical Society — un membre demanda s'il avait essayé d'organiser les éléments par ordre alphabétique. L'Allemand Lothar Meyer avait un tableau presque identique dans un tiroir à Karlsruhe, prêt à être publié, lorsque celui de Mendeleev apparut. La version de Meyer était sans doute plus propre. Elle n'avait pas de lacunes.

C'était là la différence. Meyer traitait son tableau comme un résumé de ce qui était connu. Mendeleev traitait le sien comme une contrainte sur ce qui était possible. Lorsque le poids atomique mesuré d'un élément contredisait sa place dans le modèle, il supposait que le poids avait été mal mesuré et l'écrivait tel quel. Il avait raison au sujet du béryllium (auquel on avait attribué un poids de 14 ; la valeur réelle de 9 le plaçait proprement au-dessus du magnésium) et raison au sujet de l'uranium (qui doubla de 120 à 240). Il avait tort au sujet du tellure et de l'iode, où les poids se comportent effectivement à l'inverse — une anomalie qui ne serait expliquée que lorsque Henry Moseley réordonna le tableau par charge nucléaire en 1913.

Rien de tout cela ne nécessitait une théorie de l'atome. Mendeleev n'avait aucune idée de ce qu'était un électron ; J. J. Thomson ne l'isolerait que vingt-huit ans plus tard. La périodicité qu'il voyait était un modèle dans des nombres mesurés, et il faisait suffisamment confiance au modèle pour parier contre les mesures.

Ce que nous ignorons encore

Nous ne savons pas complètement où s'arrête la périodicité. Le tableau a été poussé jusqu'à l'élément 118, l'oganesson, synthétisé atome par atome dans des collisionneurs d'ions lourds à Dubna et à Livermore. Les prédictions pour la rangée suivante — les éléments 119 et au-delà — divergent sur la question de savoir si la structure familière par blocs subsiste, car les effets relativistes sur les électrons des couches internes commencent à dominer la chimie. L'oganesson lui-même, selon certains calculs, pourrait ne pas se comporter du tout comme un gaz rare.

Nous ne savons pas s'il existe une « île de stabilité » autour de l'élément 114 ou 126, où des noyaux super-lourds pourraient vivre pendant des secondes ou des années plutôt que des millisecondes. Les arguments théoriques en sa faveur sont avancés depuis les années 1960. Les preuves expérimentales ne sont encore qu'une poignée d'atomes.

Et nous ne savons pas ce que Mendeleev aurait pensé du tableau moderne. Il passa les dernières décennies de sa vie à résister à la découverte des gaz rares, dont il insista initialement pour dire qu'ils ne pouvaient exister, et à rejeter l'électron, qu'il considérait comme une lubie. L'homme qui pariait sur les modèles n'était, vers la fin, plus disposé à parier sur les modèles qu'il n'avait pas vus lui-même.

Les coopératives fromagères n'eurent jamais leur inspection.

В 1869 году русский химик набросал таблицу элементов с тремя намеренными пропусками. Он дал отсутствующим записям названия, атомные веса и плотность. В течение шестнадцати лет все три были обнаружены в европейской руде.

Первого марта 1869 года Dmitri Mendeleev опоздал на поезд. Он должен был отправиться в Тверскую губернию для осмотра сыроваренных кооперативов по поручению российского правительства — подработка, за которую он взялся, чтобы расплатиться с долгами, — но вместо этого остался за своим столом в Санкт-Петербурге, перекладывая колоду бумажных карточек. На каждой карточке было написано название элемента, его атомный вес и перечень соединений, которые он, как известно, образует. Карточек было шестьдесят три. Он играл ими в пасьянс уже несколько недель.

В тот день после обеда он набросал таблицу. Литий, натрий, калий, рубидий, цезий выстроились в одну колонку — мягкие металлы, сжигающие воду. Фтор, хлор, бром, йод — в другую, удушливые газы, разъедающие металл. Читаешь по горизонтали — атомные веса растут ступенями. Читаешь по вертикали — химические свойства повторяются. Вечером того же дня он отправил черновик в печать под названием «Опыт системы элементов». В ней были пропуски.

В пропусках-то всё и дело. Там, где закономерность требовала элемента, который еще никто не нашел, Менделеев оставлял клетку пустой и помечал ее временным названием: *экаалюминий*, *экабор*, *экасилиций*, используя санскритскую приставку *эка* — «один», «первый после». Он утверждал, опираясь лишь на таблицу, составленную за долгие выходные, что три конкретных вещества существуют, обладают определенным весом и будут вести себя определенным образом, когда кто-нибудь их наконец выделит.

Три ставки

Для экаалюминия он предсказал атомный вес около 68, плотность 5,9 грамма на кубический сантиметр, температуру плавления настолько низкую, что металл плавился бы в теплой руке, и оксид состава M₂O₃. В августе 1875 года французский химик Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran заметил две новые фиолетовые линии в спектре образца сфалерита из Пиренеев. Он выделил несколько миллиграммов нового металла, назвал его gallium (галлий) в честь латинского названия Франции и сообщил, что его плотность равна 4,7. Менделеев вежливо ответил из Санкт-Петербурга, предложив перевзвесить образец. Лекок де Буабодран так и сделал. Скорректированная плотность составила 5,91.

Для экабора Менделеев предсказал вес 44, оксид с формулой M₂O₃ и бесцветные соли. В 1879 году шведский химик Lars Fredrik Nilson, работая с редкоземельными минералами из Скандинавии, выделил scandium (скандий): вес 44,6, оксид Sc₂O₃, соли бесцветные. Нильсон не искал элемент Менделеева. Когда его коллега Пер Теодор Клеве указал на совпадение, Нильсон признал, что таблица опередила его.

Для экасилиция предсказывался вес 72, плотность 5,5, темно-серый металл, образующий белый диоксид с высокой температурой плавления и летучий тетрахлорид, кипящий ниже 100 °C. В феврале 1886 года Clemens Winkler из Фрайбергской горной академии извлек новый элемент из серебряной руды, называемой аргиродитом. Он назвал его germanium (германий). Вес: 72,6. Плотность: 5,47. Диоксид: белый, тугоплавкий. Тетрахлорид: кипит при 86 °C. Винклер опубликовал таблицу, сопоставив предсказания и измерения. Колонки практически идентичны.

Чем на самом деле была таблица

Менделеев был не единственным, кто упорядочивал элементы по весу. Английский химик John Newlands предложил «закон октав» в 1865 году и был высмеян Химическим обществом — один коллега даже спросил, не пробовал ли он расположить элементы в алфавитном порядке. У немца Lothar Meyer в ящике стола в Карлсруэ лежала почти такая же таблица, готовая к публикации, когда появилась работа Менделеева. Версия Мейера, возможно, была даже стройнее. В ней не было пропусков.

В этом и заключалась разница. Мейер рассматривал свою таблицу как сводку известного. Менделеев рассматривал свою как ограничение того, что возможно. Когда измеренный атомный вес элемента противоречил его месту в системе, он предполагал, что вес измерен неверно, и писал об этом в печати. Он оказался прав насчет бериллия (которому приписывали вес 14; истинное значение 9 идеально поставило его над магнием) и прав насчет урана (который «удвоился» со 120 до 240). Он ошибся насчет теллура и йода, где атомные веса действительно идут «не в ту сторону», — несоответствие, которое не могли объяснить, пока в 1913 году Henry Moseley не выстроил таблицу по величине ядерного заряда.

Ничто из этого не требовало теории атома. Менделеев понятия не имел, что такое электрон; Дж. Дж. Томсон откроет его только через двадцать восемь лет. Периодичность, которую он увидел, была закономерностью в измеренных числах, и он доверял этой закономерности настолько, что ставил её выше самих измерений.

Чего мы до сих пор не знаем

Мы не до конца понимаем, где заканчивается периодичность. Таблица была расширена до 118-го элемента, oganesson (оганесона), синтезированного атом за атомом на ускорителях тяжелых ионов в Dubna (Дубне) и Ливерморе. Предсказания для следующего ряда — 119-го элемента и далее — расходятся в вопросе о том, сохранится ли привычная блочная структура, поскольку на химию начинают влиять релятивистские эффекты, действующие на электроны внутренних оболочек. Сам оганесон, согласно некоторым расчетам, может вовсе не вести себя как благородный газ.

Мы не знаем, существует ли «остров стабильности» в районе 114-го или 126-го элемента, где сверхтяжелые ядра могли бы существовать не миллисекунды, а секунды или даже годы. Теоретические доводы в пользу этого приводятся с 1960-х годов. Экспериментальное подтверждение — это по-прежнему лишь горстка атомов.

И мы не знаем, что Менделеев сказал бы о современной таблице. Последние десятилетия жизни он сопротивлялся открытию благородных газов, в существовании которых поначалу отказывался верить, и отвергал электрон, считая его модой. Человек, который делал ставки на закономерности, под конец жизни не желал делать ставку на закономерности, которые не видел своими глазами.

Сыроваренные кооперативы так и не дождались его инспекции.

1869년, 한 러시아 화학자가 세 개의 의도적인 빈칸을 둔 원소 주기율표를 그려냈다. 그는 그 빠진 항목들에 이름과 원자량, 밀도까지 부여했다. 16년이 채 지나지 않아, 그 세 원소 모두 유럽의 광석 속에서 발굴되었다.

1869년 3월 1일, Dmitri Mendeleev는 기차를 놓쳤다. 그는 빚을 갚기 위해 부업으로 맡았던 러시아 정부의 요청에 따라 트베리 지방의 치즈 협동조합들을 시찰하러 가야 했지만, 대신 상트페테르부르크의 책상에 앉아 종이 카드 뭉치를 섞고 있었다. 각 카드에는 원소의 이름과 원자량, 그리고 그 원소가 형성한다고 알려진 화합물 목록이 적혀 있었다. 카드는 총 63장이었다. 그는 몇 주째 이 카드들로 카드놀이를 하고 있었다.

그날 오후 그는 표 하나를 작성했다. 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘이 한 열에 나열되었다. 물속에서 불타오르는 연금속들이었다. 불소, 염소, 브롬, 요오드는 다른 열에 자리했다. 금속을 부식시키는 질식성 기체들이었다. 행을 따라 읽으면 원자량이 단계적으로 커졌고, 열을 따라 읽으면 화학적 성질이 반복되었다. 그는 그날 저녁 '원소 체계의 시도'라는 제목으로 초안을 인쇄소에 보냈다. 거기에는 빈칸이 있었다.

빈칸이야말로 핵심이었다. 패턴상 존재해야 하지만 아직 발견되지 않은 원소가 있는 자리에, 멘델레예프는 칸을 비워 두고 임시 이름을 붙였다. 산스크리트어 접두사 '에카(eka)', 즉 '그 너머의 하나'를 사용하여 '에카-알루미늄', '에카-붕소', '에카-규소'라고 명명한 것이다. 그는 긴 주말 동안 그려낸 표를 근거로, 세 가지 특정 물질이 실제로 존재하며, 특정 원자량을 지니고, 누군가 이를 분리해낼 때 특정 방식으로 행동할 것이라고 주장하고 있었다.

세 가지 내기

에카-알루미늄에 대해 그는 원자량 약 68, 밀도 5.9g/cm³, 따뜻한 손 위에서 액체로 변할 정도로 낮은 녹는점, 그리고 M₂O₃ 형태의 산화물을 예측했다. 1875년 8월, Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran이라는 프랑스 화학자가 피레네산맥에서 채취한 섬아연광 표본의 스펙트럼에서 새로운 보라색 선 두 개를 발견했다. 그는 새로운 금속 수 밀리그램을 분리해내어 프랑스의 라틴어 이름을 따서 gallium이라 명명하고, 그 밀도를 4.7이라고 보고했다. 멘델레예프는 상트페테르부르크에서 정중하게 편지를 보내 다시 측정해보라고 제안했다. 르코크 드 부아보드랑이 재측정한 결과, 보정된 밀도는 5.91이었다.

에카-붕소에 대해 멘델레예프는 원자량 44, M₂O₃ 형태의 산화물, 그리고 무색의 염을 예측했다. 1879년, 스칸디나비아의 희토류 광물을 연구하던 스웨덴 화학자 Lars Fredrik Nilson이 원자량 44.6, 산화물 Sc₂O₃, 무색의 염을 가진 scandium을 분리해냈다. 닐손은 멘델레예프의 원소를 찾고 있었던 것이 아니었다. 동료 페르 테오도르 클레베가 그 일치점을 지적하자, 닐손은 멘델레예프의 표가 먼저 그 자리에 도달했음을 인정했다.

에카-규소에 대해서는 원자량 72, 밀도 5.5, 높은 녹는점을 가진 흰색 이산화물을 형성하며 100°C 미만에서 끓는 휘발성 사염화물을 가진 짙은 회색 금속을 예측했다. 1886년 2월, 프라이베르크 광업 아카데미의 Clemens Winkler는 아르지로다이트라는 은광석에서 새로운 원소를 추출했다. 그는 이를 germanium이라 명명했다. 원자량 72.6. 밀도 5.47. 이산화물은 흰색이며 내화성이었다. 사염화물은 86°C에서 끓었다. 빙클러는 예측값과 측정값을 비교하는 대조표를 발표했다. 두 열은 거의 구별할 수 없을 정도였다.

그 표가 실제로 하고 있었던 일

원자량 순으로 원소를 배열한 사람은 멘델레예프뿐만이 아니었다. 영국 화학자 John Newlands는 1865년에 '옥타브의 법칙'을 제안했다가 화학회에서 조롱거리가 되었다. 한 회원은 그에게 원소를 알파벳 순으로 배열해보지 그랬냐고 묻기도 했다. 독일의 Lothar Meyer는 멘델레예프의 표가 등장했을 때 이미 출판을 위해 카를스루에의 서랍 속에 거의 동일한 표를 넣어두고 있었다. 마이어의 버전이 아마 더 깔끔했을 것이다. 그 표에는 빈칸이 없었으니까.

그것이 차이였다. 마이어는 자신의 표를 이미 알려진 사실의 요약으로 취급했다. 반면 멘델레예프는 자신의 표를 가능성의 제약 조건으로 다루었다. 원소의 측정된 원자량이 패턴 속의 위치와 모순될 때, 그는 측정치가 잘못되었다고 가정하고 이를 인쇄물에 명시했다. 그는 베릴륨(원자량 14로 할당되어 있었으나 실제 값인 9가 마그네슘 위에 깔끔하게 배치되었다)과 우라늄(120에서 240으로 두 배가 되었다)에 대해 정확했다. 텔루르와 요오드에 관해서는 틀렸는데, 실제 원자량이 거꾸로 배열되어 있었기 때문이다. 이 불일치는 1913년 Henry Moseley가 핵전하에 따라 표를 재배열할 때까지 설명되지 못했다.

이 모든 과정에서 원자 이론은 필요하지 않았다. 멘델레예프는 전자가 무엇인지 전혀 몰랐다. J. J. 톰슨이 전자를 분리해내기까지는 28년이라는 세월이 더 필요했다. 그가 본 주기성은 측정된 수치들 속의 패턴이었고, 그는 그 패턴을 너무나 신뢰한 나머지 측정값에 맞서 내기를 건 것이다.

우리가 여전히 모르는 것

우리는 주기성이 어디에서 끝나는지 완전히 알지 못한다. 주기율표는 Dubna와 리버모어의 중이온 가속기에서 원자 하나하나를 합성하여 118번 원소 oganesson까지 확장되었다. 다음 행인 119번 이후의 원소들에 대해서는 익숙한 블록 구조가 유지될지에 대해 의견이 엇갈리는데, 이는 내부 껍질 전자들에 대한 상대론적 효과가 화학적 성질을 지배하기 시작하기 때문이다. 계산 결과에 따르면 오가네손 자체는 비활성 기체처럼 행동하지 않을 수도 있다.

우리는 114번이나 126번 원소 주변에 초중핵이 밀리초가 아닌 초 단위나 년 단위로 존재할 수 있는 '안정성의 섬'이 존재하는지 모른다. 이에 대한 이론적 근거는 1960년대부터 논의되어 왔다. 실험적 근거는 여전히 소량의 원자들뿐이다.

또한 멘델레예프가 현대의 주기율표를 본다면 무엇이라 생각했을지 우리는 모른다. 그는 생애 마지막 수십 년을 비활성 기체의 발견에 저항하며 보냈다. 처음에는 비활성 기체가 존재할 수 없다고 고집했고, 전자를 유행에 불과하다고 여겨 거부했다. 패턴에 내기를 걸었던 그 남자는, 말년에 이르러서는 자신이 직접 보지 못한 패턴에 기꺼이 내기를 걸려 하지 않았던 것이다.

치즈 협동조합은 끝내 시찰을 받지 못했다.

Im Jahr 1869 skizzierte ein russischer Chemiker eine Tabelle der Elemente mit drei bewussten Lücken. Er gab den fehlenden Einträgen Namen, Atomgewichte und Dichten. Innerhalb von sechzehn Jahren wurden alle drei aus europäischem Erz gefördert.

Am ersten März 1869 verpasste Dmitri Mendeleev einen Zug. Er sollte eigentlich im Auftrag der russischen Regierung Käsereigenossenschaften in der Provinz Twer besuchen – ein Nebenjob, den er annahm, um seine Schulden zu begleichen –, doch stattdessen blieb er an seinem Schreibtisch in Sankt Petersburg und mischte einen Stapel Papierkarten. Auf jeder Karte standen der Name eines Elements, dessen Atomgewicht und eine Liste der Verbindungen, die es bekanntermaßen bildete. Es waren dreiundsechzig Karten. Er spielte schon seit Wochen eine Art Geduldsspiel mit ihnen.

An jenem Nachmittag zeichnete er ein Gitter auf. Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium verliefen in einer Spalte – weiche Metalle, die in Wasser brannten. Fluor, Chlor, Brom, Jod verliefen in einer anderen – erstickende Gase, die Metalle zerfraßen. Las man die Zeilen von links nach rechts, stiegen die Atomgewichte in Stufen an. Las man die Spalten von oben nach unten, wiederholte sich die Chemie. Noch am selben Abend schickte er den Entwurf unter dem Titel *Versuch eines Systems der Elemente* an den Drucker. Es gab Lücken.

Die Lücken waren der springende Punkt. Wo das Muster ein Element erforderte, das noch niemand gefunden hatte, ließ Mendeleev das Feld leer und versah es mit einem Platzhalter-Namen: *Eka-Aluminium*, *Eka-Bor*, *Eka-Silizium*, unter Verwendung des Sanskrit-Präfixes *Eka* – „eines darüber hinaus“. Allein auf der Grundlage einer Tabelle, die er über ein langes Wochenende entworfen hatte, behauptete er, dass drei bestimmte Substanzen existierten, bestimmte Gewichte hätten und sich auf bestimmte Weise verhalten würden, sobald sich jemand die Mühe machte, sie zu isolieren.

Die drei Wetten

Für Eka-Aluminium sagte er ein Atomgewicht von nahe 68 voraus, eine Dichte von 5,9 Gramm pro Kubikzentimeter, einen Schmelzpunkt, der so niedrig war, dass es in einer warmen Hand flüssig werden würde, und ein Oxid der Form M₂O₃. Im August 1875 bemerkte ein französischer Chemiker namens Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran zwei neue violette Linien im Spektrum einer Zinkblende-Probe aus den Pyrenäen. Er isolierte ein paar Milligramm eines neuen Metalls, benannte es nach dem lateinischen Namen für Frankreich gallium und gab seine Dichte mit 4,7 an. Mendeleev schrieb höflich aus Sankt Petersburg zurück und schlug vor, es noch einmal zu wiegen. Lecoq de Boisbaudran tat es. Die korrigierte Dichte betrug 5,91.

Für Eka-Bor sagte Mendeleev ein Gewicht von 44, ein Oxid der Formel M₂O₃ und farblose Salze voraus. 1879 isolierte der schwedische Chemiker Lars Fredrik Nilson, der an Seltenerdmineralien aus Skandinavien arbeitete, scandium: Gewicht 44,6, Oxid Sc₂O₃, die Salze farblos. Nilson hatte nicht nach Mendeleevs Element gesucht. Als sein Kollege Per Teodor Cleve ihn auf die Übereinstimmung hinwies, gab Nilson zu, dass die Tabelle die Nase vorn gehabt hatte.

Für Eka-Silizium sagte er ein Gewicht von 72 voraus, eine Dichte von 5,5, ein dunkelgraues Metall, das ein weißes Dioxid mit hohem Schmelzpunkt und ein flüchtiges Tetrachlorid bildete, das unter 100 °C siedete. Im Februar 1886 extrahierte Clemens Winkler von der Bergakademie Freiberg ein neues Element aus einem Silbererz namens Argyrodit. Er nannte es germanium. Gewicht: 72,6. Dichte: 5,47. Dioxid: weiß, feuerfest. Tetrachlorid: siedet bei 86 °C. Winkler veröffentlichte eine Vergleichstabelle, in der er Vorhersage und Messung nebeneinanderstellte. Die Spalten sind nahezu ununterscheidbar.

Was die Tabelle tatsächlich bewirkte

Mendeleev war nicht der Einzige, der Elemente nach Gewicht ordnete. Der englische Chemiker John Newlands hatte 1865 ein „Gesetz der Oktaven“ vorgeschlagen und war von der Chemical Society verlacht worden – ein Kollege fragte, ob er schon versucht habe, die Elemente alphabetisch zu ordnen. Der Deutsche Lothar Meyer hatte eine nahezu identische Tabelle in einer Schublade in Karlsruhe liegen, bereit zur Veröffentlichung, als Mendeleevs erschien. Meyers Version war wohl die sauberere. Sie hatte keine Lücken.

Das war der Unterschied. Meyer betrachtete seine Tabelle als Zusammenfassung des Bekannten. Mendeleev betrachtete seine als Beschränkung des Möglichen. Wenn das gemessene Atomgewicht eines Elements seinem Platz im Muster widersprach, nahm er an, dass das Gewicht falsch gemessen worden war, und schrieb dies auch so nieder. Er behielt recht mit Beryllium (dem ein Gewicht von 14 zugewiesen worden war; der wahre Wert von 9 platzierte es sauber über Magnesium) und er hatte recht mit Uran (dessen Wert sich von 120 auf 240 verdoppelte). Er irrte sich bei Tellur und Jod, wo die Gewichte tatsächlich in der falschen Reihenfolge liegen – eine Diskrepanz, die erst erklärt werden konnte, als Henry Moseley die Tabelle 1913 nach Kernladungszahlen neu ordnete.

Nichts davon erforderte eine Theorie des Atoms. Mendeleev hatte keine Ahnung, was ein Elektron war; J. J. Thomson sollte erst achtundzwanzig Jahre später eines isolieren. Die Periodizität, die er sah, war ein Muster in gemessenen Zahlen, und er vertraute dem Muster genug, um gegen die Messungen zu wetten.

Was wir immer noch nicht wissen

Wir wissen nicht vollständig, wo die Periodizität endet. Die Tabelle wurde bis zum Element 118, oganesson, vorangetrieben, das Atom für Atom in Schwerionenbeschleunigern in Dubna und Livermore synthetisiert wurde. Vorhersagen für die nächste Reihe – die Elemente 119 und darüber hinaus – sind sich uneins, ob die vertraute Blockstruktur überlebt, da relativistische Effekte auf die inneren Elektronenschalen beginnen, die Chemie zu dominieren. Oganesson selbst verhält sich nach einigen Berechnungen möglicherweise überhaupt nicht wie ein Edelgas.

Wir wissen nicht, ob um Element 114 oder 126 eine „Insel der Stabilität“ existiert, auf der superschwere Kerne für Sekunden oder Jahre statt nur für Millisekunden überleben könnten. Die theoretischen Argumente dafür werden seit den 1960er Jahren vorgebracht. Die experimentelle Basis besteht bisher nur aus einer Handvoll Atomen.

Und wir wissen nicht, was Mendeleev von der modernen Tabelle gehalten hätte. Er verbrachte die letzten Jahrzehnte seines Lebens damit, sich gegen die Entdeckung der Edelgase zu wehren, von denen er anfangs behauptete, sie könnten nicht existieren, und das Elektron abzulehnen, das er für eine Modeerscheinung hielt. Der Mann, der auf Muster wettete, war gegen Ende nicht mehr bereit, auf die Muster zu wetten, die er nicht selbst gesehen hatte.

Die Käsereigenossenschaften bekamen ihre Inspektion nie.

1869年、ひとりのロシア人化学者が、3つの意図的な空欄を設けた元素周期表を書き上げた。彼はその未知の元素に名前と原子量、そして密度を与えた。それから16年もしないうちに、3つともがヨーロッパの鉱石の中から掘り出された。

1869年3月1日、Dmitri Mendeleevは列車に乗り遅れた。本来であれば、ロシア政府の依頼を受けてトヴェリ県のチーズ協同組合を視察するはずであった――借金返済のために引き受けた副業である。しかし、彼はサンクトペテルブルクの机に向かったまま、紙のカードを並べ替えていた。各カードには元素名、原子量、そしてその元素が形成することが知られている化合物のリストが記されていた。カードは63枚。彼は何週間も、それらを使って一人遊びを続けていたのだ。

その日の午後、彼は表を作成した。リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムが縦一列に並ぶ――水と激しく反応する軟らかい金属群だ。フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が別の列に並ぶ――金属を侵食する刺激性のガス群だ。横に行を読めば、原子量が段階的に上昇していく。縦に列を読めば、化学的性質が繰り返される。彼はその夜、「元素の体系に関する試論」と題して、この草稿を印刷所に送った。そこには空白があった。

その空白こそが重要であった。パターン上、まだ発見されていない元素が存在すべき場所に、メンデレーエフは空欄を残し、仮の名前を付けた。サンスクリット語で「その向こう」を意味する接頭辞「エカ」を用いて、エカアルミニウム、エカホウ素、エカケイ素と呼んだのである。彼は、長い週末の間に書き上げた表を根拠に、3つの特定の物質が実際に存在し、特定の重量を持ち、誰かがそれを分離する際には特定の振る舞いを示すはずだと断言したのである。

3つの賭け

エカアルミニウムについて、彼は原子量を68前後、密度を立方センチメートルあたり5.9グラム、融点は低く手の熱で溶けるほどであり、酸化物の形態はM₂O₃であると予測した。1875年8月、Paul-Émile Lecoq de Boisbaudranという名のフランスの化学者が、ピレネー山脈産の閃亜鉛鉱のスペクトルの中に、2本の新しい紫色の線があることに気づいた。彼は数ミリグラムの新しい金属を分離し、フランスを指すラテン語にちなんでgalliumと命名し、その密度を4.7と報告した。メンデレーエフはサンクトペテルブルクから丁寧に返信を送り、再測定を提案した。ルコック・ド・ボアボードランが再測定を行うと、修正後の密度は5.91であった。

エカホウ素について、メンデレーエフは原子量44、酸化物の式M₂O₃、そして塩は無色になるだろうと予測した。1879年、スカンジナビアの希土類鉱物を研究していたスウェーデンの化学者Lars Fredrik Nilsonが、scandiumを分離した。原子量は44.6、酸化物はSc₂O₃、塩は無色であった。ニルソンはメンデレーエフの元素を探していたわけではなかった。同僚のペール・テオドール・クレーベに一致を指摘されると、ニルソンはメンデレーエフの表が先んじていたことを認めた。

エカケイ素については、原子量72、密度5.5、暗灰色の金属で、高融点の白い二酸化物と、100℃以下で沸騰する揮発性の四塩化物を形成すると予測された。1886年2月、フライベルク鉱山アカデミーのClemens Winklerは、アルジロダイトと呼ばれる銀鉱石から新しい元素を抽出した。彼はそれをgermaniumと命名した。原子量：72.6。密度：5.47。二酸化物：白く、耐火性がある。四塩化物：86℃で沸騰する。ウィンクラーは予測と測定結果を比較する対照表を発表した。その列は、ほとんど見分けがつかないほどであった。

その表が実際にしていたこと

元素を原子量で順序付けたのは、メンデレーエフだけではなかった。イギリスの化学者John Newlandsは1865年に「オクターブの法則」を提唱したが、化学会で笑いものにされた――ある会員は、元素をアルファベット順に並べてみたらどうか、と皮肉ったほどである。ドイツのLothar Meyerもまた、メンデレーエフの表が現れたとき、カールスルーエの引き出しの中に、出版準備の整ったほぼ同一の表を持っていた。メイヤー版の方が、おそらく洗練されてさえいた。そこに空白はなかったからだ。

そこに違いがあった。メイヤーは自身の表を「既知のものの要約」として扱った。メンデレーエフは自身の表を「可能性への制約」として扱ったのだ。元素の測定された原子量がパターン上の位置と矛盾する場合、彼は重量測定が間違っていると仮定し、それを公に主張した。彼はベリリウムについて正しかった（ベリリウムには原子量14が割り当てられていたが、真の値である9はマグネシウムのすぐ上にきれいに収まった）。ウランについても正しかった（原子量は120から240へと倍になった）。テルルとヨウ素については誤っていたが、これらの元素の原子量は実際に逆順になっている。この矛盾は、1913年にHenry Moseleyが原子番号（核電荷）に基づいて表を並べ替えるまで説明されることはなかった。

これらすべてに、原子の理論は必要なかった。メンデレーエフは電子が何であるかを知る由もなかった――J.J.トムソンが電子を分離するのは、それから28年後のことである。彼が見出した周期性とは、測定された数値の中に見出されたパターンであり、彼は測定結果に対して賭けに出られるほど、そのパターンを信頼していたのである。

私たちがまだ知らないこと

周期性がどこで終わるのか、私たちは完全には知らない。周期表は、Dubnaやリバモアの重イオン加速器で原子を一つずつ合成する形で、oganesson（118番元素）まで拡張されてきた。次の行である119番元素以降については、相対論的効果が内殻電子に影響を与え始め、化学的性質を支配するようになるため、おなじみのブロック構造が維持されるかどうかで予測が分かれている。オガネソン自身も、計算によっては希ガスのように振る舞わない可能性さえある。

114番元素や126番元素の周辺に、超重原子核がミリ秒ではなく数秒、あるいは数年存在する「安定の島」が存在するのかどうかも、私たちは知らない。その理論的根拠は1960年代から議論されてきたが、実験的な証拠はわずか数個の原子のみである。

そして、メンデレーエフが現代の周期表を見たらどう思うかも、私たちは知らない。彼は人生の最後の数十年を、希ガス発見への抵抗に費やした。彼は当初、希ガスは存在し得ないと主張し、電子も一時の流行だと否定したのだ。パターンに賭けた男は、晩年になって、自分自身が見ていないパターンに賭けることを拒んだのである。

チーズ協同組合の視察が実現することはなかった。

En 1869, un químico ruso esbozó una tabla de los elementos con tres espacios en blanco deliberados. A las entradas ausentes les asignó nombres, pesos atómicos y densidades. En el plazo de dieciséis años, los tres fueron desenterrados de minerales europeos.

El primero de marzo de 1869, Dmitri Mendeleev perdió un tren. Se suponía que debía estar recorriendo cooperativas queseras en la provincia de Tver por encargo del gobierno ruso —un trabajo extra que había aceptado para pagar deudas—, pero en lugar de eso se quedó en su escritorio de San Petersburgo, barajando un mazo de tarjetas de papel. Cada tarjeta llevaba el nombre de un elemento, su peso atómico y una lista de los compuestos que se sabía que formaba. Había sesenta y tres tarjetas. Llevaba semanas jugando con ellas a una suerte de solitario.

Aquella tarde trazó una cuadrícula. Litio, sodio, potasio, rubidio, cesio recorrían una columna: metales blandos que ardían en el agua. Flúor, cloro, bromo, yodo recorrían otra: gases asfixiantes que devoraban el metal. Leídas en horizontal, las filas mostraban pesos atómicos que crecían a intervalos. Leídas en vertical, las columnas repetían la química. Envió el borrador a la imprenta esa misma noche con el título *Intento de un sistema de los elementos*. Tenía huecos.

Los huecos eran la clave. Allí donde el patrón exigía un elemento que nadie había encontrado aún, Mendeleev dejó la casilla vacía y la etiquetó con un nombre provisional: *eka-aluminio*, *eka-boro*, *eka-silicio*, usando el prefijo sánscrito *eka* —«uno más allá». Estaba afirmando, basándose en una tabla que había trazado durante un fin de semana largo, que existían tres sustancias concretas, con pesos concretos, y que se comportarían de maneras concretas cuando alguien se las arreglara para aislarlas.

Las tres apuestas

Para el eka-aluminio predijo un peso atómico cercano a 68, una densidad de 5,9 gramos por centímetro cúbico, un punto de fusión tan bajo que se licuaría en una mano caliente y un óxido de fórmula M₂O₃. En agosto de 1875, un químico francés llamado Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran advirtió dos nuevas líneas violetas en el espectro de una muestra de esfalerita procedente de los Pirineos. Aisló unos pocos miligramos de un nuevo metal, lo bautizó como gallium a partir del nombre latino de Francia e informó de que su densidad era de 4,7. Mendeleev le escribió desde San Petersburgo, amablemente, para sugerirle que lo volviese a pesar. Lecoq de Boisbaudran así lo hizo. La densidad corregida fue de 5,91.

Para el eka-boro, Mendeleev predijo un peso de 44, un óxido de fórmula M₂O₃ y sales incoloras. En 1879, el químico sueco Lars Fredrik Nilson, mientras trabajaba con minerales de tierras raras de Escandinavia, aisló el scandium: peso 44,6, óxido Sc₂O₃, sales incoloras. Nilson no había estado buscando el elemento de Mendeleev. Cuando su colega Per Teodor Cleve le señaló la coincidencia, Nilson admitió que la tabla había llegado antes.

Para el eka-silicio predijo un peso de 72, densidad 5,5, un metal gris oscuro que formaba un dióxido blanco con un alto punto de fusión y un tetracloruro volátil que hervía por debajo de los 100 °C. En febrero de 1886, Clemens Winkler de la Academia de Minería de Freiberg extrajo un nuevo elemento de un mineral de plata llamado argirodita. Lo llamó germanium. Peso: 72,6. Densidad: 5,47. Dióxido: blanco, refractario. Tetracloruro: hierve a 86 °C. Winkler publicó una tabla comparativa en paralelo con la predicción y la medición. Las columnas son casi indistinguibles.

Lo que realmente hacía la tabla

Mendeleev no era la única persona que ordenaba los elementos por peso. El químico inglés John Newlands había propuesto una «ley de las octavas» en 1865 y fue abucheado en la Chemical Society: uno de los presentes le preguntó si había probado a ordenar los elementos alfabéticamente. El alemán Lothar Meyer guardaba una tabla casi idéntica en un cajón de Karlsruhe, lista para su publicación, cuando apareció la de Mendeleev. La versión de Meyer era sin duda más limpia. No tenía huecos.

Esa fue la diferencia. Meyer trataba su tabla como un resumen de lo que se sabía. Mendeleev trataba la suya como una restricción sobre lo que era posible. Cuando el peso atómico medido de un elemento contradecía su lugar en el patrón, daba por sentado que el peso se había medido mal y lo decía por escrito. Acertó con el berilio (al que se le había asignado un peso de 14; el valor real de 9 lo situaba limpiamente sobre el magnesio) y acertó con el uranio (cuyo peso se duplicó de 120 a 240). Se equivocó con el telurio y el yodo, donde los pesos realmente van en sentido contrario, una discrepancia que no se explicaría hasta que Henry Moseley reordenó la tabla por carga nuclear en 1913.

Nada de esto exigía una teoría del átomo. Mendeleev no tenía ni idea de lo que era un electrón; J. J. Thomson no aislaría uno hasta veintiocho años después. La periodicidad que observó era un patrón en los números medidos, y confiaba en ese patrón lo suficiente como para apostar contra las mediciones.

Lo que aún desconocemos

No sabemos del todo dónde termina la periodicidad. La tabla se ha extendido hasta el elemento 118, el oganesson, sintetizado átomo a átomo en colisionadores de iones pesados de Dubna y Livermore. Las predicciones para la siguiente fila —los elementos 119 y sucesivos— discrepan sobre si la conocida estructura de bloques se mantiene, porque los efectos relativistas sobre los electrones de las capas internas empiezan a dominar la química. El propio oganesón, según algunos cálculos, podría no comportarse como un gas noble en absoluto.

No sabemos si existe una «isla de estabilidad» en torno al elemento 114 o 126, donde los núcleos superpesados podrían vivir segundos o años en vez de milisegundos. Los argumentos teóricos a favor se debaten desde los años sesenta. La evidencia experimental sigue siendo un puñado de átomos.

Y no sabemos qué habría pensado Mendeleev de la tabla moderna. Pasó las últimas décadas de su vida resistiéndose al descubrimiento de los gases nobles, que en un principio insistió en que no podían existir, y rechazando el electrón, que consideraba una moda pasajera. El hombre que apostó por los patrones se mostró, al final, reacio a apostar por los patrones que no había visto por sí mismo.

Las cooperativas queseras nunca recibieron su inspección.

Mendeleev's Impossible Predictions