Альтернативные периодические системы химических элементов

В 1974 году в университете штата Алабама (США) была издана книга Е.Мазурса «Графические изображения периодической системы на протяжении ста лет», в которой автор описал около 700 изображений периодических систем и объединил их в 146 типов. Среди которых есть как многочисленные прямоугольные вариации, так и другие форматы периодических таблиц, например: круг, куб, цилиндр, спираль, лемниската (восьмерка), призма, пирамида, сфера, или треугольник.
Такие альтернативы часто разрабатываются для того, чтобы выделить или подчеркнуть химические или физические свойства элементов, которые не столь очевидны в традиционных периодических таблицах. Некоторые таблицы разработаны с целью более наглядного представления структуры электронного или ядерного строения атомов, например, «лестничный» вариант, предложенный Ю.Томсеном (1895) и усовершенствованный Н.Бором (1921).). В ней периоды расположены вертикально, поэтому их длина увеличивается по мере возрастания числа элементов. Выделены группы элементов с одинаковыми типами электронных оболочек. Линиями показана связь между главными и побочными подгруппами, которые «уравнены в правах». Однако элементы одной подгруппы располагаются не на одной прямой, что неудобно для восприятия.(Рис. 1)
Лестничные варианты периодической системы

Рис. 1. Лестничные варианты периодической системы

 Наиболее значительной альтернативой традиционной периодической системы считается левосторонняя система Жанета (1928) (Рис. 2). В ней элементы расположены согласно заполнению атомных орбиталей электронами, поэтому она часто используется физиками.
periodictablejanetleftstep

 Рис. 2. Левосторонняя система Жаннета.

ADOMAH

Рис. 3. ADOMAH Periodic Table

По сравнению с традиционной таблицей левосторонняя таблица имеет следующие отличия:
  • гелий находится во 2-й группе
  • 1 и 2 группы (s-элементы), в том числе элементы 119 и 120,  перенесены в правую сторону таблицы
  • s-блок сдвинут на одну строку вверх. Так, s- и р-элементы  четвертого периода стандартной таблицы находятся в пятой строки в таблице Жанета.
Современная версия левосторонней  периодической таблицы предложена Валерием Циммерманом (2006), названа ADOMAH Periodic Table (Рис. 3). Её структура основана на четырех квантовых числах электронной конфигурации атомных орбиталей, поэтому эта таблица удобна для написания электронной конфигурации атомов.
В некоторых периодических системах – элементы расположены по временной шкале согласно их открытия человеком. Немалую роль в построении геометрических конструкций играет и представление о красоте как признаке правильности, совершенства (А.Эйнштейн, принцип внутреннего соответствия)
Одним из таких изображений является периодическая таблица в виде концентрических окружностей: каждая соответствует периоду, а элементы одной подгруппы находятся на радиусах. Например,  таблица Чарльза Джаннет 1928 год, и кольцевая схема элементов (TROPE). Александера Брауна, 2004–2009 гг. (Рис. 4)
Круговые системы элементов

Рис. 4. а) Система химических элементов Чарльза Джаннет, 1928 год б) Кольцевая схема элементов  (TROPE) Александера Брауна, 2004–2009 гг.

В 1933 году Джон Друри Кларк опубликовал спиральную диаграмму  химических элементов. Этот дизайн был использован в 1949 году  журналом LIFE , который посвятил значительную часть майского выпуска обсуждению свойств атомов и их внутренней структуры.  На обложке этого журнала была представлена красочная система элементов (Рис. 5), в которой использован цвет с целью демонстрации отношений между элементами. Например, фиолетовое окрашивание ячеек  и штриховой стрелки использовано для объединения элементов группы VII-B (Марганец, Технеций, Рений) с элементами группы VII-А (фтор, хлор, бром, йод, астат).
periodic-table 1

                                  Рис. 5. Визуализация периодической системы на обложке журнала LIFE от 16 мая 1949  г.

Эта система вдохновила художника Эдгара Лонгмана, чьи росписи украшали научные выставки «Фестиваля Британии» летом 1951 года. Он придал системе элементов элиптическую форм и наклонил ее, чтобы производить динамический эффект(Рис. 6 ). 
спираль Лонгмана

                                                                                                            Рис. 6. Спираль Лонгмана

Это изображение поразило двенадцатилетнего Филиппа Стюарта. Дизайн Лонгмана напоминал ему спиральную галактику. Вернувшись  много лет спустя к этой идее,  в ноябре 2004 г  Стюарт опубликовал первую версию своей «химической Галактики», в которой он хотел выразить связь между миром атомов и звезд.
«Химическая Галактика»(Рис. 7)  предназначена в первую очередь для пробуждения интереса к химии среди не-химиков.
химическая Галактика

                  Рис. 7. «Химическая Галактика» (версия ІІ)

спираль Бенфея

                Рис. 8. Система Теодора Бенфея (1960)

Одной из наиболее популярных альтернативных структур является система Теодора Бенфея (1960), где элементы образуют двухмерную спираль (Рис. 8.), которая, раскручиваясь, опоясывает острова с переходными металлами, лантаноидами и актиноидами. В данной модели появляются ещё не открытые, но предсказанные g-элементы (с атомными числами от 121 до 138).
Одним из вариантов спирального изображения  является  система элементов Джеймса Франклина Хайда из Dow Corning Corporation. В 1976 году он опубликовал в журнале  альтернативную периодическую таблицу своего собственного дизайна, в которой центральное место отвел кремнию (Рис. 9.).
спираль Хайда

Рис.9. Спиральная система элементов Джеймса Франклина Хайда

Существуют периодические системы элементов, на которых  визуально  представлены различные характеристики химических элементов. В таких периодических таблицах размеры ячеек искажены для отображения периодических свойств.  Наиболее известны, так называемые, картограммы  для отображения периодической системы элементов профессора  химического факультета Университета Шеффилда (Великобритания) Марка Винтера (http://winter.staff.shef.ac.uk.)  Вот некоторые из них
электроотрицательность по Полингу

Рис.10. Картограмма электроотрицательности химических элементов по Полингу

модержание элементов в организме человека

Рис.11. Картограмма содержания химических элементов в организме человека

В 1961 году  советский и американский физик-теоретик , популяризатор науки Джорж Гамов в книге «Атомы и их ядра»   предложил периодическую систему  в виде непрерывной ленты из химических элементов, расположенных в порядке увеличения протонного числа, которая образует трехмерную спираль (Рис. 12).
таблица Гамлва

Рис. 12. Трехмерная спираль Гамова (1861 г.)

В середине 1990-х годов Рой Александер запатентовал 3D периодическую таблицу в виде  нисходящей спирали, расположив элементы смежно и непрерывно в соответствии с атомным номером, тем самым  преодолев все разрывы и смещения в порядке элементов, сохранив при этом все положительные черты плоской таблицы, не нарушая любую принятую группу и взаимосвязи найденные ранее. Сейчас эта периодическая система используется как  учебное пособие для изучения и использования периодической системы (Рис. 13).
3-Д таблица

Рис.13. Вариант системы Р.Александера (3D Alexander Arrangement of Elements periodic tables)

 

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

*