メンデレーエフが予言した元素

ドミトリ・メンデレーエフは、元素を軽いものから重いものへと並べた際に規則的に現れる性質に基づいて、1869年に化学元素の周期表を発表しました。 ^{[ 1 ]}メンデレーエフが周期表を提案したとき、彼は表に空白があることに気づき、当時未知であった元素がそれらの空白を埋めるのに適した性質を持っていると予測しました。彼はそれらをエカホウ素、エカアルミニウム、エカケイ素、エカマンガンと名付け、それぞれの原子量は44、68、72、100としました。

ドミトリ・メンデレーエフは、予測した元素に暫定的な名前を付けるために、サンスクリット語の数字1、2、3の名に由来する接頭辞eka- /ˈiːkə - / 、[注1] dvi-またはdwi-、tri-を使用しました[ 3 ]。これ^は、予測した元素が 、彼^の表の同じグループの既知の元素から1つ下、2つ下、または3つ下に位置するかによって決まります。たとえば、ゲルマニウムは1886年に発見されるまでeka-シリコンと呼ばれ、レニウムは1926年に発見されるまでdvi-マンガンと呼ばれていました。

エカ-という接頭辞は、メンデレーエフ自身の予測だけでなく、他の理論家によっても使用されていました。発見以前は、フランシウムはエカセシウム、アスタチンはエカヨウ素と呼ばれていました。IUPACの公式な慣例では、これらの接頭辞が要求するように周期表上の位置に基づくのではなく、元素の原子番号に基づく系統的な元素名を暫定名として使用することになっています。

希土類元素よりも軽い4つの予測元素、エカホウ素（Eb、ホウ素、B、5）、エカアルミニウム（EaまたはEl、^{[ 4 ]} 、 Al、13）、エカマンガン（Em、Mn、25）、およびエカシリコン（Es 、Si、14）は、それぞれスカンジウム（ Sc、21）、ガリウム（Ga、31）、テクネチウム（Tc、43）、ゲルマニウム（Ge、32）の特性をよく予測することが証明され、それぞれがメンデレーエフによって割り当てられた周期表の場所に収まります。

名前はドミトリ・メンデレーエフによって、1917 年以前のロシア語正書法に従い、それぞれ、 экаборъ ( ekabor )、экаалюминій ( ekaaljuminij )、экамарганецъ ( ekamarganec )、およびэкасилицій ( ekasilicij ) として書かれました。

周期表の初期バージョンでは、希土類元素と遷移元素が区別されていなかったため、メンデレーエフが予測したより重い未知の元素の予測が、より軽い元素の予測ほど正確ではなかった理由と、それらがあまり知られていない、あるいは記録されていない理由の両方を説明するのに役立っている。

酸化スカンジウムは1879年末にラース・フレデリック・ニルソンによって単離された。ペル・テオドール・クレーベはこの発見を認識し、同年後半にメンデレーエフに通知した。メンデレーエフは1871年にエカホウ素の原子量を44と予測していたが、スカンジウムの原子量は44.955907である。

1871年、メンデレーエフは^{[ 4 ]}まだ発見されていない元素の存在を予測し、それをエカアルミニウムと名付けた（周期表でアルミニウムに近いことから）。下の表は、メンデレーエフが予測した元素の性質と、メンデレーエフがその存在を予測した直後の1875年にポール・エミール・ルコック・ド・ボワボードランによって発見されたガリウムの実際の特性を比較したものである。

テクネチウムは、メンデレーエフの生涯よりずっと後の1937年に、アーネスト・ローレンスがサイクロトロンで重水素原子核を照射したモリブデン試料から、カルロ・ペリエとエミリオ・セグレによって単離された。メンデレーエフは1871年にエカマンガンの原子量が100であると予測しており、テクネチウムの最も安定な同位体は^97Tcと^98Tcである。^{[ 5 ]}

ゲルマニウムは1886年に単離され、メンデレーエフがそれまでに確認した2つの予測よりも、周囲の元素とより明確に対照的な性質を示したため、当時としては理論を最もよく裏付けるものとなった。

1871年にメンデレーエフは、トリウム（90）とウラン（92）の間に元素が存在することを予言した。1900年、ウィリアム・クルックスは、正体不明のウラン由来の放射性物質を分離したが、後にそれが^234Thと^234mPaの混合物であることが証明された。プロトアクチニウム-234m（「ブレビウム」と命名）は1913年にドイツで発見されたが^{[ 6 ]} 、プロトアクチニウムという名称は、プロトアクチニウム-231が発見された1918年まで与えられなかった。1945年にグレン・T・シーボーグのアクチニド概念が受け入れられて以来、トリウム、ウラン、プロトアクチニウムはアクチニドに分類されている。そのため、プロトアクチニウムは第5族のエカタンタル（73以下）の地位を占めていない。エカタンタルは実際には合成超重元素ドブニウム（105）です。

メンデレーエフが1869年に発表した元素周期表は、チタン（22）とジルコニウム（40）のより重い類似元素の存在を暗黙のうちに予測していたが、1871年に彼はその位置にランタン（57）を配置した。1923年にハフニウム（72）が発見されたことで、メンデレーエフの1869年の予測が正しかったことが証明された。

他のいくつかの予測は、彼が第6周期にランタノイドが存在することを認識できなかったために失敗に終わった。^{[ 7 ]}

1902年、ボフスラフ・ブラウナーは、メンデレーエフの余剰周期ではなく、ランタニドを特別な系列に位置づけたため、メンデレーエフの三マンガンをdvi-マンガン、dvi-テルルをeka-テルルと改名した（ポロニウムはすでに発見されていたが、その化学的性質はまだ研究されていなかった）。dvi-セシウムはeka-セシウムと改名された。^{[ 8 ]}

1902年、メンデレーエフはヘリウムとアルゴンの元素の存在を認め、これらの希ガスを元素の配列の第0族に置いた。 ^{[ 9 ]}メンデレーエフは原子論が定比例の法則を説明することに懐疑的であったため、水素が最も軽い元素であると信じる先験的な理由はなく、化学的に不活性な第0族元素のより軽い仮説上のメンバーが未検出のまま放射能の原因となっている可能性があると示唆した。現在、一部の元素周期表ではこの場所に中性子が1つだけ配置されている（ニュートロニウムを参照）が、そのような元素はこれまで検出されたことがない。

メンデレーエフが仮説上の原始ヘリウム元素のうち重い方をコロニウムと特定し、太陽コロナの未解明のスペクトル線との関連からその名が付けられた。誤った較正により波長は531.68  nmとされたが、最終的に530.3 nmに修正され 、グロトリアンとエドレンは1939年にこれをFe XIV（すなわちFe ¹³⁺）に由来するものと特定した。 ^{[ 10 ] [ 11 ]}

周期表の最初のグループである第0族ガスの中で最も軽いガスには、理論上の原子質量が割り当てられた。5.3 × 10 ⁻¹¹ Da および9.6 × 10 ⁻⁷  Da。このガスの運動速度はメンデレーエフによって毎秒 2,500,000 メートルと計算された。ほぼ質量のないこれらのガスは、化学反応を起こすことはほとんどなく、すべての物質に浸透するとメンデレーエフは考えた。トランス水素ガスの高い移動性と非常に小さな質量は、希薄でありながら非常に高密度に見える状況をもたらすだろう。^{[ 12 ] [ 13 ]}

メンデレーエフは後に『エーテルの化学的概念』（1904年）という小冊子の中で、エーテルの理論的表現を発表した。この1904年の出版物にも、水素よりも小さく軽い2つの原子元素が登場する。彼は「エーテルガス」を、少なくとも水素よりも軽い2つの元素からなる星間大気として扱った。これらのガスは恒星内部の激しい衝突によって発生し、太陽がそのようなガスの最も豊富な発生源であると彼は述べた。メンデレーエフの小冊子によれば、星間大気はおそらくさらにいくつかの元素種から構成されているという。

• スチェリ、エリック（2007）。周期表：その物語と意義。ニューヨーク：オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-530573-9。