Tabel periodik unsur yang sering di bahas dalam pelajaran kimia, tersusun secara teratur dalam urutan nomor atom, yaitu jumlah total proton dalam inti atom. Ketika unsur-unsur kimia diatur demikian, ada pola berulang yang disebut "hukum periodik" dalam sifat-sifatnya, di mana unsur-unsur dalam kolom (kelompok) yang sama memiliki sifat serupa. Penemuan awal, yang dibuat oleh Dmitry I. Mendeleyev pada pertengahan abad ke-19, memiliki nilai yang tak ternilai dalam pengembangan kimia.
Awal abad ke-19 merupakan masa perkembangan pesat dalam kimia analitik, metode membedakan zat-zat kimia dan membangun pengetahuan yang luas tentang sifat-sifat kimia dan fisika dari unsur maupun senyawa.
Ekspansi ilmu kimia yang cepat ini segera memerlukan klasifikasi, karena klasifikasi pengetahuan kimia tidak hanya didasarkan pada literatur kimia yang tersistematisasi, tetapi juga metode laboratorium yang mewariskan kimia sebagai ilmu yang hidup dari satu generasi ke generasi lainnya.
Hubungan lebih mudah dilihat antara senyawa daripada antara unsur-unsur, sehingga perkembangan klasifikasi unsur tertinggal bertahun-tahun di belakang klasifikasi senyawa. Faktanya, tidak ada kesepakatan umum yang dicapai di antara para ahli kimia mengenai klasifikasi unsur selama hampir setengah abad setelah sistem klasifikasi senyawa telah ditetapkan secara umum.
J.W. Döbereiner pada tahun 1817 menunjukkan bahwa berat gabungan, yang berarti berat atom, strontium terletak di tengah-tengah antara kalsium dan barium, dan beberapa tahun kemudian ia menunjukkan bahwa "triad" semacam itu ada (klorin, bromin, dan yodium [halogen] dan litium, natrium, dan kalium [logam alkali]).
J.-B.-A. Dumas, L. Gmelin, E. Lenssen, Max von Pettenkofer, dan JP Cooke memperluas pendapat Döbereiner antara tahun 1827 dan 1858 dengan menunjukkan bahwa hubungan serupa meluas lebih jauh dari triad unsur, fluor ditambahkan ke halogen dan magnesium ke logam alkali tanah, sedangkan oksigen, belerang, selenium, dan telurium digolongkan sebagai satu keluarga dan nitrogen, fosfor, arsenik, antimon, dan bismut sebagai kelompok unsur lainnya.
Upaya kemudian dilakukan untuk menunjukkan bahwa bobot atom dari unsur-unsur dapat diekspresikan oleh fungsi aritmatika, dan pada tahun 1862 A.-E.-B. de Chancourtois mengusulkan klasifikasi elemen berdasarkan pada nilai baru dari bobot atom yang diberikan oleh sistem Stanislao Cannizzaro tahun 1858.
De Chancourtois memetakan bobot atom pada permukaan silinder dengan keliling 16 unit, sesuai dengan perkiraan berat atom dari oksigen. Kurva heliks yang dihasilkan membawa elemen terkait erat ke titik yang sesuai di atas atau di bawah satu sama lain pada silinder, dan ia menyarankan sebagai konsekuensi bahwa "sifat-sifat elemen adalah sifat-sifat angka," prediksi yang luar biasa dalam pengetahuan modern.
Klasifikasi Elemen
Pada tahun 1864, J.A.R. Newlands mengusulkan pengelompokan unsur-unsur dalam urutan peningkatan berat atom, unsur-unsur yang diberikan nomor urut dari kesatuan ke atas dan dibagi menjadi tujuh kelompok yang memiliki sifat terkait erat dengan tujuh unsur pertama yang kemudian dikenal: hidrogen, litium, berilium, boron, karbon, nitrogen, dan oksigen. Hubungan ini disebut hukum oktaf, dengan analogi dengan tujuh interval skala musik.
Kemudian pada tahun 1869, sebagai hasil dari korelasi yang luas dari sifat-sifat dan berat atom unsur-unsur, dengan perhatian khusus pada valensi (yaitu, jumlah ikatan tunggal yang dapat dibentuk oleh unsur), Mendeleyev mengusulkan hukum periodik, yang dengannya "Unsur-unsur yang diatur menurut besarnya bobot atom menunjukkan perubahan sifat secara periodik." Lothar Meyer secara independen mencapai kesimpulan yang serupa, diterbitkan setelah kemunculan makalah Mendeleyev.
Tabel Periodik Pertama
Tabel periodik Mendeleyev pada tahun 1869 berisi 17 kolom, dengan dua periode (urutan) unsur yang hampir lengkap, dari kalium ke bromin dan rubidium ke yodium, didahului oleh dua periode parsial dari tujuh elemen masing-masing (litium ke fluorin dan natrium ke klorin), dan diikuti oleh tiga periode tidak lengkap.
Dalam sebuah makalah (1871) Mendeleyev mempresentasikan revisi tabel 17-grup, peningkatan utama adalah reposisi 17 elemen yang benar. Dia, serta Lothar Meyer juga mengusulkan sebuah tabel dengan delapan kolom yang diperoleh dengan memisahkan masing-masing periode panjang menjadi periode tujuh, kelompok kedelapan yang mengandung tiga elemen pusat (seperti besi, kobalt, nikel; Mendeleyev juga termasuk tembaga , bukannya menempatkannya di Grup I), dan periode kedua mengandung tujuh. Periode pertama dan kedua kemudian dibedakan dengan menggunakan huruf "a" dan "b" yang melekat pada simbol kelompok, yang merupakan angka Romawi.
Dengan penemuan gas mulia helium, neon, argon, krypton, radon, dan xenon oleh Lord Rayleigh (John William Strutt) dan Sir William Ramsay pada tahun 1894 dan tahun-tahun berikutnya, Mendeleyev dan yang lainnya mengusulkan agar kelompok "nol" yang baru untuk mengakomodasi mereka ditambahkan ke tabel periodik. Bentuk "periode pendek" dari tabel periodik, dengan Grup 0, I, II, ... VIII, menjadi populer dan tetap digunakan secara umum sampai sekitar tahun 1930.
Berdasarkan model T. Bayley (1882) sebelumnya, J. Thomsen pada tahun 1895 menyusun tabel baru. Ini ditafsirkan dalam hal struktur elektronik atom oleh Niels Bohr pada tahun 1922. Dalam tabel ini ada periode peningkatan panjang antara gas mulia; tabel demikian mengandung periode 2 elemen, dua dari 8 elemen, dua dari 18 elemen, satu dari 32 elemen, dan periode yang tidak lengkap.
Elemen-elemen dalam setiap periode dapat dihubungkan dengan garis pengikat dengan satu atau lebih elemen pada periode berikutnya. Kerugian utama dari tabel ini adalah ruang besar yang dibutuhkan oleh periode 32 elemen dan kesulitan melacak urutan elemen yang hampir mirip. Kompromi yang bermanfaat adalah untuk mengompresi periode 32 elemen menjadi 18 ruang dengan mendaftarkan 14 lantanoid (juga disebut lantanida) dan 14 actinoid (juga disebut aktinida) dalam baris ganda khusus di bawah periode lainnya.
Versi lain dari tabel periodik
Bentuk panjang alternatif dari tabel periodik telah diusulkan. Salah satu yang paling awal, dijelaskan oleh A. Werner pada tahun 1905, membagi masing-masing periode yang lebih pendek menjadi dua bagian, satu di kedua ujung tabel atas unsur-unsur dalam periode yang lebih lama yang paling mereka sukai. Garis-garis ikatan berganda yang menghubungkan periode-periode dalam tabel tipe Bayley dengan demikian diabaikan.
Kelas tabel ini juga dapat disederhanakan dengan memindahkan elemen lantanoid dan actinoid ke area yang terpisah. Pada pertengahan abad ke-20 versi tabel ini telah menjadi yang paling umum digunakan.
Nilai prediktif hukum periodik
Penemuan elemen baru
Nilai besar hukum periodik dibuktikan dengan keberhasilan Mendeleyev pada tahun 1871 dalam menemukan bahwa sifat-sifat 17 unsur dapat dikorelasikan dengan unsur-unsur lain dengan memindahkan 17 ke posisi baru dari yang ditunjukkan oleh bobot atomnya.
Perubahan ini menunjukkan bahwa ada kesalahan kecil dalam bobot atom yang diterima sebelumnya dari beberapa elemen dan kesalahan besar untuk beberapa elemen lainnya, dimana kelipatan salah dari bobot kombinasi telah digunakan sebagai bobot atom (bobot kombinasi adalah berat elemen tersebut yang digabungkan dengan bobot standar tertentu).
Mendeleyev juga dapat memprediksi keberadaan, dan banyak sifat, dari unsur-unsur yang belum ditemukan eka-boron, eka-aluminium, dan eka-silikon, sekarang dikenal masing-masing dengan unsur skandium, gallium, dan germanium.
Demikian pula, setelah penemuan helium dan argon, hukum periodik mengizinkan prediksi keberadaan neon, kripton, xenon, dan radon. Selain itu, Bohr menunjukkan bahwa unsur yang hilang (72) akan diprediksi, dari posisinya dalam sistem periodik, untuk menjadi serupa dengan zirkonium dalam sifat-sifatnya. Pengamatan ini mengarahkan G. de Hevesy dan D. Coster pada tahun 1922 untuk memeriksa bijih zirkonium dan menemukan unsur yang tidak diketahui, yang mereka namakan hafnium.
Signifikansi nomor atom
Terlepas dari koreksi yang dilakukan oleh penentuan kembali bobot atom, beberapa elemen dalam tabel periodik Mendeleyev dan Lothar Meyer pada tahun 1871 masih dibutuhkan karena sifat-sifatnya untuk ditempatkan pada posisi yang agak keluar dari urutan bobot atom.
Dalam pasangan argon dan kalium, kobalt dan nikel, dan telurium dan yodium, misalnya, unsur pertama memiliki berat atom lebih besar tetapi posisi sebelumnya dalam sistem periodik. Solusi untuk kesulitan ini ditemukan hanya ketika struktur atom lebih dipahami.
Sekitar tahun 1910, eksperimen Sir Ernest Rutherford tentang hamburan partikel alfa oleh inti atom berat menyebabkan penentuan muatan listrik nuklir. Rasio muatan nuklir terhadap elektron tercatat sekitar setengah dari berat atom.
Pada tahun 1911 A. van den Broek menyarankan bahwa dengan jumlah ini, nomor atom, dapat diidentifikasi dengan nomor urut unsur dalam sistem periodik (mengikuti jejak Newlands, sudah menjadi kebiasaan untuk memberi nomor elemen sesuai dengan posisi mereka di tabel).
Saran ini secara brilian dikonfirmasi pada tahun 1913 oleh Pengukuran H.G.J. Moseley terhadap panjang gelombang garis spektral sinar-X karakteristik dari banyak unsur, yang menunjukkan bahwa panjang gelombang memang bergantung secara teratur pada nomor atom, identik dengan angka urut unsur-unsur dalam tabel. Tidak ada lagi ketidakpastian tentang posisi unsur apa pun dalam rangkaian sistem periodik yang teratur.
Berat atom yang tepat dari suatu elemen memiliki signifikansi kecil untuk posisinya dalam sistem periodik ditunjukkan oleh keberadaan isotop setiap elemen, atom dengan nomor atom yang sama tetapi bobot atom berbeda. Sifat-sifat kimia isotop suatu unsur pada dasarnya sama, dan semua isotop unsur menempati tempat yang sama dalam sistem periodik terlepas dari perbedaan berat atomnya.
Penjabaran hukum periodik
Pemahaman terperinci tentang sistem periodik telah dikembangkan bersama dengan teori kuantum spektra dan struktur elektronik atom, dimulai dengan karya Bohr pada tahun 1913. Kemajuan yang penting adalah perumusan aturan umum teori kuantum lama oleh William Wilson dan Arnold Sommerfeld pada 1916, penemuan prinsip pengecualian oleh Wolfgang Pauli pada 1925, penemuan spin elektron oleh George E. Uhlenbeck dan Samuel Goudsmit pada 1925, dan pengembangan mekanika kuantum oleh Werner Heisenberg dan Erwin Schrödinger dalam tahun yang sama.
Perkembangan teori elektron valensi dan struktur molekul, dimulai dengan dalil pasangan elektron oleh Gilbert N. Lewis pada tahun 1916, juga memainkan peranan yang sangat penting dalam menjelaskan hukum periodik.
