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大家好，欢迎收看我的百家号科技代替生活，今天小编要给大家的介绍的是元素周期表的来源。
元素周期表
现如今,世界各地的学生都会背元素周期表,它被许多人视为化学领域最伟大的发现。年,俄国化学家德米特里·门捷列夫发现了化学元素的周期性,并将已知的化学元素按照其各自的物理性质进行了排列。元素周期表给化学世界带来了秩序,并预测了一些当时尚未被发现的元素,为未来的理论研究指明了方向。
年,德米特里·门捷列夫出生在俄国西部托博尔斯克附近,家中至少有14个孩子,他是最小的。门捷列夫曾在托博尔斯克高中上学。父亲去世后,一家人不得不搬到圣彼得堡,他也进入了圣彼得堡高等师范学校就读。他擅长科学学科,第一份工作是在克里米亚的辛菲罗波尔做科学教师。几年后,门捷利夫回到了圣彼得堡,并很快对科研产生了兴趣。他研究了液体的毛细作用,即液体在细管中会自己爬升。他还对光谱学作出了贡献,并在年以此为主题写了自己的第一本书。年,他因自己的研究工作获得了圣彼得堡国立大学化学专业的教席。他正是在这里开始思索化学元素,以及如何根据它们的性质进行排列。
最初,门捷列夫根据化学元素的原子质量,排列了62种已知的化学元素。每个元素原子的质量,等于原子核中质子(带正电)和中子的质量之和。门捷列夫将原子质量由小到大,从左至右进行排列。他发现,如果把元素排成行,每行18列,那么同一列的元素往往具有相似的化学性质。似乎随着原子质量的增加,元素属性会发生周期性的变化。例如,表中最左边的一列中包含钠(Na)、钾(Li)和锂(K)三种元素,它们在室温条件下都是固态,都很活泼,熔点低,暴露在空气中会失去光泽。相形之下,最右列的元素在室温下都是气态,并且无色、无味,极其不活泼。表中的列称为族,行称为周期。年,门捷列夫发表了自己的元素周期表。
填补空格
门捷列夫并非第一个这样尝试排列化学元素的人,但他是第一个主要根据元素性质排列元素的人,尽管这样周期表中就会空出一些空格。例如,当时已知的比锌(Zn)重且紧挨着锌的元素是砷(As)。锌位于周期表第4周期第ⅫⅡ族,但门捷列夫认为,砷更适合放在第ⅹV族,而不是第X族,于是他在周期表中留下了两个空格。他预测,人们会发现新的元素来填补这些空格。在接下来的20年里化学家发现了镓(Ga)和锗(Ge),分别填补了第XI族和第ⅹIV族的空格。门捷列夫决意根据元素性质,将元素放在它们应在的位置。
为此,他甚至偶尔打破了原子质量递增的规则,譬如将碲(T,原子质量)放在碘(I,原子质量.9)的左侧。这就得出了我们现在所看到的元素顺序—不是按照原子质量排列,而是根据原子序数排列。原子序数的数值等于原子核的核电荷数,即原子核中带正电的质子数。年,英国物理学家亨利·莫塞莱证明了门捷列夫的元素周期表是按照原子序数排列的。
量子化学
大约同时期,量子理论的发展提供了必要的物理解释,来理解元素周期表的结构。化学反应实质上是在原子最外层绕行的电子之间的相互作用。量子理论表明,电子按照能量高低的能级排列,每个能级只能容纳固定数量的电子。由于整个原子的电荷为零,因此,带负电的电子数量等于原子核中带正电的质子数量,而质子数量又等于原子序数。随着周期表上元素的推移,每个能级的电子数增加,填满了该能级所能容纳的电子数后,剩下的电子会进入新的能级,如此类推下去。很快人们就发现,在门捷列夫的元素周期表中,每一族的元素最外层的能级都拥有相同数量的电子,因此它们具有相似的化学性质。
例如,第I族的活泼元素最外层的能级都只有1个电子,而第XVm族的惰性元素最外层的能级都排满了电子。量子理论还解释了前三个周期的奇怪空白,因为最内层的能级只能容纳少量电子,所以很快就满了。同样,外层能级能容纳很多电子,因此元素周期表的底部才会列出单独的两行元素。这些元素是第6和第7周期的,为了让周期表看上去简洁明了,才单列出来。第一行叫做镧系元素,应该列在第6周期的钡(Ba)和铪(Hf)之间。第二行是锕系元素,应该列在第7周期的镭(Ra)和钠(Rf)之间。
现代元素
元素周期表上现在有种已知元素,其中94种元素是地球上自然存在的。其他都是放射性元素,半衰期比地球的年龄短得多,因此已经衰变了。要想看到这些放射性元素,只有在核反应堆和粒子加速器中制造它们。20世纪初,人们第一次做到了这一点,得到了锝(T)该元素与镓和锗一样,也是门捷列夫的预言。门捷列夫分别在年和年获得诺贝尔化学奖提名,但他与诺贝尔委员会委员的纠纷打碎了他的胜算。现在,化学元素钔(Md,原子序数)就取自门捷列夫的名字,以向这位提升了我们对化学世界的理解的人致敬。
