登陆注册
200000000027

第27章 排定元素的座次

第二十六章排定元素的座次

元素周期表的发明

去粗取精,门捷列夫寻着前人的足迹,靠着自己的思想,终于发现了元素周期律,发明了元

素周期表,立下了科学史上的勋业。

积极探索步步逼近

这个纷繁复杂的世界,究竟是怎样形成的?这个问题从古到今都引起人们的深深思

索。

真正科学地认识元素是从17世纪开始的。1661年,英国化学家玻意耳给元素下了一个科学的

定义:元素是一种单质,它可以和其他元素相结合而形成化合物。如果把它从化合物中分离

出来后,它便不能再被分解为任何比它更为简单的物质了。从玻意耳开始,化学家们就不断

进行实验,想弄清哪些物质可以再分解为更简单的物质,哪些物质不能再分解了。经过一二

百年的努力,人们已弄清楚,在自然界中天然存在的元素有94种,另外还有19种元素是在实

验室中人工“制造”的,在自然界中并不存在。

随着近百种元素被逐一鉴别,人们自然对这几十种简“单”物“质”(单质)之间的关系发生

了兴趣。

1789年,法国化学家拉瓦锡曾把他自己确认为可信的33种元素,根据其物理性质分为金属、

非金属、气体和土质四大类。但这种分类没有抓住元素之间的内在联系,显得太笼统,因而

对科学研究的指导意义不大。

进入19世纪,人们开始将各种零散的关于元素的知识进行总结和归纳,试图从中找出规律性

的东西,来满足当时科学发展的需要。当时,原子量已日渐被公认是元素的重要特征之一,

因此,从原子量入手是很自然的一条思路。

1829年德国化学家德贝赖纳研究了当时已知的54种元素的相对原子质量和化学性质间的关系

,发现了几个“三元素组”。19世纪中叶英国化学家格拉德斯通、奥德林和法国化学家杜马

等人对元素做了分类,但是他们只得到了局部的结论。

1858年意大利化学家坎尼扎罗提出了测定相对原子质量的方法,统一的相对原子质量被迅速

测定出来,这为发现化学元素之间内在联系的工作创造了有利条件。1862年法国化学家德尚

库托瓦提出“螺旋图”,把已知元素按相对原子质量由小到大的顺序排列在绕在圆柱体上的

螺线上,某些性质相似的元素排在同一条母线上,如锂、钠、钾以及氯、溴、碘等,这是化

学历史上第一次提出的元素周期性,但却未能起到应有的作用。

1865年英国化学家纽兰兹把已知元素按相对原子质量由小到大的循序排列成表,他发现从任

意一种元素算起,第8种元素的性质与第1种的相似,他把这个规律称为“八音律”。这种表

的前两列几乎与现代周期表第2、3周期相对应,但由于是按相对原子质量大小机械排列的,

所以未能揭示出元素间的内在联系。1869年德国化学家迈尔提出一张元素周期表,明确指出

元素性质是相对原子质量的周期函数,但他的工作偏重于元素的物理性质。

上面提到的这些科学家们,在探索元素周期律的征途上都各自做出了贡献,从不同角度、在

不同程度上描述了化学元素之间的相互关系,虽然都没有切实找到他们已经意识到的真理,

但他们的工作一步步地向真理逼近,为周期律的发现开辟了道路。

合理扬弃一“表”规律

在化学进步的历史过程中,由于科学资料的积累和科学研究的不断深入,终于在19世纪后半

期具备了发现周期律的条件。在这个时期,伟大的俄国化学家门捷列夫,当仁不让地承担起

这一历史的重任,在批判地继承前人工作成果的基础上,加上自己的实验和研究,完成了元

素周期律的发现。

1869年门捷列夫仔细研究了大量资料后,在前人工作的基础上制作了他的第一张周期表。到

1906年他逝世前一年,他建立了各种形式的元素周期表,具体表达元素周期律。

门捷列夫明确地给元素周期律下了定义:元素在单质和形成的复杂物质中所表现出的物理和

化学性质与元素的相对原子质量成周期性关系。他坚信周期律的正确性。在制定元素周期系

的过程中,如发现周期系尚存有空白的位置,他断定这是有尚未发现的新元素存在,并预言

了它们的性质。这些预言为以后的科学实验证实,使他建立的元素周期律赢得了很高的声誉

,获得全世界化学家们的承认。根据相对原子质量排列已知元素时,如果遇到性质和元素周

期性不符,那是相对原子质量值有错误所致。如当时误认为铍的化合价是3,相对原子质量

为13.5,这样铍的位置在碳(相对原子质量为12)和氮(相对原子质量为14)之间,未能反映

出元素的周期性。他在研究了铍的性质后认为其化合价应为2,相对原子质量为9,应把它排

在锂和硼之间。有时,相对原子质量的数值没有错,但门捷列夫认为元素的性质比它的相对

原子质量更重要,于是就大胆地把它们的排列位置换一下。例如,碲的相对原子质量是127.61,碘是126.91,按理碲应排在碘后面,但门氏认为碲的性质更类似硒,就把它放在碘

之前,使碲的位置在硒的下面。

元素周期表有长表和短表两种。在1930年前,短表被广泛应用,而目前主要用长表。长表有

7个周期、18列和16个族。第1周期有2种元素,第2、3周期各有8种元素,第4、5周期各有18

种元素,第6周期有32种元素,第7周期至今只有27种元素。第4、5、6周期中21号~30号、3

9号~48号、57号~80号元素是过渡元素,其中57号~71号元素是镧系元素,89号~103号元

素是锕系元素。

周期表中各元素性质,如金属性、非金属性、氧化物和水化物的酸碱性等性质的递变都很有

规律,对于研究和应用化学知识有指导作用。

门捷列夫元素周期表,是科学理论研究中运用逻辑思维的成功范例,是科学预见的丰硕成果

。他在元素周期表中,不仅预见到19世纪末化学元素的发现,甚至对20世纪发现的放射性元

素,以及“二战”后出现的人工元素,也在周期表中预约定位了。不仅如此,门捷列夫的元

素周期表还暗示了以氢为原型的元素原子结构的关系。这是20世纪后由于量子力学的发展才

了解到它的意义和本质的。

门捷列夫周期表不仅是化学发展史上的里程碑,而且也影响到其他科学,例如元素光谱学等

。

崭新发展精确表达

周期表发明以后,又经历了几次重要的发展。

首先,门捷列夫预言的三种元素镓、钪、锗先后于1875、1879、1886年被发现,其性质几乎

与预言的完全相同。

1894年~1899年,6种稀有气体先后被发现,门捷列夫和许多科学家认为应在周期表上增添

一个零族,以进一步完善周期系。

随着对放射性现象和X射线的深入研究,人们进一步认识了原子的结构,其中,原子序数的

概念对门捷列夫周期表来说具有十分重要的意义。1913年,卢瑟福的学生莫斯莱研究了各种

元素的标识X谱线后指出,原子序数表示的量只能是带正电的核的电荷数。如果把元素按原

子序数进行排列,元素表中原来几对按原子量排列位置颠倒的矛盾就会得到合理的解释。显

然,决定元素化学性质呈周期性变化的是原子序数(核电荷数),而不是原子量。此外,根据

标识X谱线,还可以寻找和鉴别新的元素,并更确切地掌握元素在周期表中的准确位置。192

0年,查得威克用实验验证了莫斯莱的这个推论。

原子核电荷数的研究科学地解释了元素在周期表中的排列顺序,而原子核外电子的分布和运

动规律的研究则进一步阐明了元素为什么是原子序数的周期函数。

每一种元素都有其特征谱线,其频率非常确定。而根据卢瑟福的原子有核模型以及经典电磁

学理论,任何一个绕核运动的电子,最终将掉在

原子核上。与观察到的实际情况不符,这是卢瑟福模型的一大缺陷。1913年,丹麦物理学家

尔综合了普朗克的量子理论、爱因斯坦的光量子理论以及卢瑟福的原子有核模型,提出了一

个新的原子结构模型,解决了原子不稳定的问题。1925年,奥地利物理学家泡利提出了“不

相容原理”,指出在同一原子中,两个电子不能共处于同一量子状态。至此,用这些理论就

能解释一切元素中电子的层状结构,并合理地解释周期律的规律。人们还认识到元素的化学

性质和元素发生化学变化和完全取决于核外电子的排布,特别是最外层电子壳层的情况和

外层电子的运动状态。

这样,人们就能够更深刻地理解元素周期律的实质和意义了。这就是说,每种原子的核外都

有自身的电子层结构,元素周期律正反映了电子在各原子外层排布的规律性。实际上,核电

荷数才是周期表中元素排列顺序的根本依据,核外电子分布及其运动情况决定了元素的主要

学性质。元素性质呈周期性变化的根本原因在于元素的原子核外电子分布的周期变化。这便

是元素周期律的实质。

原子结构理论不仅为元素周期律提供了新的科学依据,同时也使元素周期表得到进一步的发

展和完善。到20世纪30年代,周期表中92号元素铀以前的元素已找到88个,还有原子序数为

43、61、85、87号的四个元素尚未发现。为寻找这四种元素,竟花费了众多化学家20年的时

间。当时谁也没想到,自然界中所有稳定的元素都已找到,这四种元素是不稳定的,很难在

地球上找到。除87号元素外,其余三种元素都必须在实验室里用人工方法制备出来。到1945

年,元素周期表中92号铀元素以前的元素全部得到了。92号元素是否是元素周期系的终点?

铀以后还有没有元素?能不能用人工方法合成92以后的元素?这成了人们关注的问题。

人工放射性元素发现后,人们开始尝试制造新元素,尽管经历了不少失败,但经过30多年的

努力

,还是合成了十几种超铀元素,进一步发展了元素周期系。一系列超铀元素的合成,不仅壮

大了元素的队伍,同时也使人们对物质的微观结构有了更多的认识。实验事实证明,超铀元

素的稳定性随着原子序数的增加而急剧降低。97号元素以前的超铀,寿命最大的同位素半衰

期可达千年以上,而103号元素的半衰期为180秒,以后制得的新元素104261的半衰期

为70秒;105262为40秒;107261仅为2微秒。这就给人们

带来一个

新的严重问题——合成原子序数更高的元素有没有可能性?元素周期表这一次是否真的到头

了?

近年来,随着放射性同位素研究的进步和核物理学的迅速发展,科学又提出了存在“超重核

稳定岛”的假说。目前,科学家们已着手采用

各种不同的方法在自然界里寻找或制造超重核,为进一步发展元素周期系理论加紧努力。

20世纪的所有这些新发展,使门捷列夫的元素周期律的基本原理不仅没有被否定,反而由于

这些新发展而更加巩固和发展了,只是改变了观点的形式,因为在保存和进一步发展周期律

本质的同时,改变了周期律的形式或表达方法。这就是说,在20世纪,完全证明了门捷列夫

的预见是正确的,无疑,周期律的基本涵义保持下来了,并且得到了更精确的表达。

同类推荐
  • 丛林故事

    丛林故事

    本书讲述了“狼孩”毛格利和其他几种动物的惊险故事。作品中塑造了机智勇敢的“狼孩”毛格利,以及憨厚的老熊巴鲁、机敏的黑豹巴赫拉等众多个性鲜明、令人难忘的形象,故事情节惊险曲折、引人入胜。本书对青少年开阔眼界、陶冶情操、丰富个性、提高素质大有裨益。
  • 爸爸给女儿讲的365夜经典故事

    爸爸给女儿讲的365夜经典故事

    《爸爸给女儿讲的365夜经典故事》内容丰富,系枕边书“父母给孩子讲的365夜经典故事丛书”之一。全世界的孩子都在用不同的文字,阅读着书里这些流传百年的经典故事。
  • 刘兴诗讲地球曾经的印记:古国印象

    刘兴诗讲地球曾经的印记:古国印象

    在历史的长河中,有许多文明流传到了今天,也有许多文明在前进的道路上突然消失。本书从一个个小故事走进古王国,使我们走进一个个曾经辉煌而又神秘的传奇!使我们更加清晰的了解历史文明。这些故事让青少年在了解历史的同时更关注我们现在的生存环境,从而更让青少年懂得关心我们的地球并去爱护他。
  • 奇风异俗(走进科学)

    奇风异俗(走进科学)

    本套书全面而系统地介绍了当今世界各种各样的难解之谜和科学技术,集知识性、趣味性、新奇性、疑问性与科普性于一体,深入浅出,生动可读,通俗易懂,目的是使广大读者在兴味盎然地领略世界难解之谜和科学技术的同时,能够加深思考,启迪智慧,开阔视野,增加知识,能够正确了解和认识这个世界,激发求知的欲望和探索的精神,激起热爱科学和追求科学的热情,不断掌握开启人类世界的金钥匙,不断推动人类社会向前发展,使我们真正成为人类社会的主人。
  • 怪兽形影(走进科学)

    怪兽形影(走进科学)

    本文主要内容为尼斯湖怪兽、游荡的怪兽、热沃丹怪兽、密林猿类、加拿大水怪、两足怪物等。
热门推荐
  • 傻子王爷无情妃

    傻子王爷无情妃

    一只毒蝎子,彻底断送了她年轻的生命!别人只知道,那个软弱没主见的女人被迫嫁给一个痴傻呆闷的七皇子。殊不知,她早已不再是“她”!面对痴傻只会憨笑的美男,她气愤难填!你傻,本美女就医好你,谁知医好后,遭到嫌弃,却换来一纸休书,气愤之下,她恨不得与他同归于尽……
  • 我们三个都是穿越来的

    我们三个都是穿越来的

    我是因为看了很多的穿越小说,也很想穿越。谁想我想想就能穿越,穿越就穿越吧,居然穿成怀孕九月的待产产妇,开玩笑嘛!人家在二十一世纪还是黄花一枚呢。这也可以接受,可是明明是丞相之女,堂堂四皇子的正牌王妃怎么会居住在这么一个几十平米得破落小院子里,她怎么混的,亏她还一身绝世武功,再是医毒双绝。哎。没关系,既然让我继承了这么多优越条件,一个王爷算得了什么?生下一对龙凤胎,居然都是穿过来的,神啊,你对我太好了吧?且看我们母子三人在古代风生水起笑料百出的古代生活吧。片段一在我走出大门时,突然转身对着轩辕心安说道:“王爷,若是哪天不幸你爱上了我,我定会让你生不如死的。”然后魅惑地一笑,潇洒地走了出去。片段二当我对着铜镜里的美人自恋地哼出不着调地歌时。“别哼了,难听死了。”一个清脆的声音响起。~~~接着一声尖叫紧跟着另一声尖叫。我用上轻功躲进了被子里.~~~"我和你一样是二十一世纪来的。”“你好,娘亲,哥哥,以后要多多指教。”来自两个婴儿的嘴里,我摸摸额头,没高烧啊。片段三“小鱼儿,我可是你孩子的爹,况且我没有写休书,你还是我的王妃。我会对你好的。”安王爷霸道地说道。“你们认识他吗?他说是你们的爹?”我问着脚边的两个孩子。“不认识,”女孩说道。“我们的爹不是埋在土里了吗?怎么他一点也不脏?”男孩问道。那个男人满头黑线。“对不起,我们不认识你。”说完拉着孩子转身就走。片段四“爹爹,这是我娘,你看漂亮吧?”南宫心乐拉着一个白衣帅哥进来问道。我无语中。“爹爹,你看我娘亲厉害吧?“南宫心馨拉着另外一个妖精似地男人走了进来。我想晕。“这才是我们的爹。”“才不是呢,这个才是”两人开始吵起来了。“我才是你们的爹。”安王爷气急地吼道。“滚一边去。”两个小孩同时说道。屋里顿时混乱之中。转头,回屋睡觉去了。推荐完结文《别哭黛玉》完结文《穿越之无泪潇湘》新文,《极品花痴》
  • 攻心销售力:让你业绩倍增的隐秘说服技巧

    攻心销售力:让你业绩倍增的隐秘说服技巧

    《攻心销售力》主要内容包括:隐秘源于内心,说服肇始于思想;隐秘说服是个心理游戏,有效说服才是硬道理;口才加动作,利用你的语言天赋等。
  • 恶魔小组(第1部)

    恶魔小组(第1部)

    俊锋、月玄、鹿川和西贡是四个性格迥异又各有所长的帅哥,自称“恶魔小组”。几个人,除了妹妹俊冰外,几乎都无一例外地叼着根烟,狂傲不羁地走在校园里。哥哥俊锋走在最前面,一头金黄的头发像是整个组织的旗帜一样高高后甩着,昂首走在前面引领着众人。妹妹俊冰就在他的右手边,眨着一双芭比娃娃的大眼睛。在横焰高中校园里,四人既是众多女生追逐的对象,又是众人所恐怖对象……
  • 仙夫仙妻

    仙夫仙妻

    始终横下了一个她,他深深的爱着童年的玩伴少女乌鸦,命运的漩涡总是一次又一次地将他们撞开、挤拢……在那黑暗的空间里,一生都在与她纠缠不清,他那个人称“烂货”的婶娘,然而,在他们的生命中,婚前婚后总是想方设法来诱惑他,渴望双宿双飞,让他背负了太多的说不清道不明……,一生都在渴望拥有她
  • 成功不像你想象的那么难大全集(超值金版)

    成功不像你想象的那么难大全集(超值金版)

    ,成功比你想象的容易。你就会取得最终的成功。你与生俱来的智慧和每天充裕的时间足够你完成每一件事情。成功与成功人士一直鼓吹的“劳其筋骨、饿其体肤”“悬梁刺股”没有必然的联系,不惧怕一时的失败。只要你对某一事业有兴趣,并能够长期坚持下去,而是因为你不敢做才让事情变难的。你之所以没有成功,推开了虚掩的心门,并不是因为事情难你不敢做,成功过程的感受也并非如地狱般痛苦不堪
  • 我不说话不代表我不知道

    我不说话不代表我不知道

    当朝太子最喜欢在别人问起他宫中生存法则的时候,兴致提笔,写下四字:“言多必失”。众人扶额:殿下啊你本来就是个哑巴这样自嘲真的好吗……?=..=
  • 穿越之醉红颜

    穿越之醉红颜

    在天愿作比翼鸟,在地愿为连理枝历史的车轮始终是不会因为一个意外而有所改变两个不同时空的人,一场刻骨铭心的爱恋,一曲流传千古的爱情悲歌
  • 尸心不改

    尸心不改

    控尸门的欢乐二缺弟子江篱炼了一具美得人神共愤引得天雷阵阵的男尸,以为好日子开始了,结果没想到门派惨遭灭门。--情节虚构,请勿模仿
  • 家常营养套餐

    家常营养套餐

    《美食天下(第1辑):家常营养套餐》主要内容包括:营养师教你科学配餐、亲朋欢聚套餐等两大菜系,其中营养师教你科学配餐中包括:日常速配套餐、两菜一汤一主食、芹菜炒肉丝、木耳拌黄瓜、白萝卜虾皮汤、米饭、葱爆羊肉、海米冬瓜、紫菜黄瓜汤、家常饼、酱牛肉、拍黄瓜、芹菜叶粉丝汤、家常炸酱面、三菜一汤一主食等。