元素周期表150間發生巨大變化,現在的也不會是終極形態

2020-11-28 怪羅科學

幾乎每一個化學實驗室都掛著一張元素周期表，這個科學史是哪個最偉大創作之一，人們通常歸功於俄羅斯化學家迪米特裡·門捷列夫（Dimitri Mendeleev）。

他於1869年在卡片上寫出已知元素（當時有63個元素），然後根據其化學和物理特性將它們排列成行和列。

元素周期表到今天已經有150年的歷史，為了慶祝這一科學關鍵時刻，聯合國宣布2019年為國際元素周期表年。

但是元素周期表並不是從門捷列夫開始的，許多人都對這些元素進行了調整。

圖為：Theodor Benfey的斯派拉表

早期元素周期表

早在幾十年前（門捷列夫發現周期表前），化學家約翰·道爾頓(John Dalton)試圖為元素創建一個表格和一些相當有趣的符號(它們沒有流行起來)。

圖為：約翰·道爾頓的元素列表

甚至就在門捷列夫得到一副自製的卡片前幾年，約翰·紐蘭茲(John Newlands)還創建了一張按元素屬性排序的表格。

而門捷列夫的天才之處在於他發現表格遺漏了什麼。他意識到某些元素不見了，還有待發現。

因此，在道爾頓、紐蘭茲和其他一些人闡述已知事物的地方，門捷列夫為未知事物留下了空間。更令人驚訝的是，他準確地預測了失蹤元素的性質。

圖為：門捷列夫的表格中有缺失的元素

注意到上面表格中的問號了嗎?例如，在Al(鋁)旁邊有一個未知金屬的空間。門捷列夫預言它的原子質量為68，密度為每立方釐米6克，熔點非常低。

六年後保羅·埃米爾·德·博伊博德蘭（Paul mile Lecoq de Boisbaudran）分離Ga（鎵），確定它正好進入了原子質量為69.7，密度為5.9g/cm，熔點如此之低，以至於它在你手中變成了液體。

門捷列夫對Sc（鈧）、Ge（鍺）和Tc（鎝）也做了同樣的預測(直到1937年，也就是他去世30年後，人們才發現了鎝)。

乍一看，門捷列夫的表格和我們熟悉的那張不太像（上圖）。

首先，現代元素周期表上有一堆門捷列夫忽略了的元素(沒有給它們留出空間)，其中最明顯的是稀有氣體(如氦、氖、氬)。

而且，該表的方向與我們的現代版本不同，我們現在將元素放在一起，以列的形式排列成行。

但一旦你把門捷列夫的這個周期表旋轉90度，就會發現它與現代周期表的相似之處。

例如，滷素——氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)(門捷列夫表中的J符號)——都是相鄰出現的。

今天，這些滷素被排列在周期表的第17列(化學家們更喜歡稱之為第17組)。

實驗期

從這個圖（上圖-門捷列夫周期表）到我們熟悉的圖似乎是一個小小的飛躍，但是，在門捷列夫發表多年之後，已經有了大量關於元素的替代布局實驗。

甚至在周期表得到永久的直角翻轉（現代周期表）之前，人們就提出了一些奇妙的轉折。

圖為：海涅裡希鮑姆豪爾的螺旋形周期

一個特別引人注目的例子是海涅裡希鮑姆豪爾(Heinrich Baumhauer)於1870年發表的螺旋形，他的表格以氫為中心，原子質量不斷增加的元素向外螺旋形式元素周期表。

落在每個輪輻上的元素具有相同的屬性，就像在今天的表中列(組)中的元素具有相同的屬性一樣。

還有亨利·巴塞特在1892年提出的相當奇怪的「啞鈴」形構想。

然而，到了20世紀初，這張周期表總算穩定下來，變成了人們熟悉的水平布局，1905年阿爾弗雷德·沃納(Alfred Werner)設計的周期表看上去非常現代。稀有氣體第一次以它們現在熟悉的位置出現在周期表的最右邊。

圖為：阿爾弗雷德·沃納的周期表

沃納還試圖借鑑門捷列夫的著作，留下一些空白，儘管他的猜測有些過火，提出了比氫更輕的元素，以及介於氫和氦之間的另一種元素(現在發現它們都不存在)。

儘管這張周期表看起來相當現代，但仍有一些需要重新安排的地方。特別有影響力的是查爾斯·珍妮特的版本。

他採用了物理學家的方法，利用新發現的量子理論創建了一個基於電子構型的布局。由此產生的「左步」表仍然受到許多物理學家的青睞。

有趣的是，珍妮特還為最多120個元素提供了空間，儘管當時只知道92個元素(我們現在只知道118個)。

圖為：查爾斯·珍妮特的周期表

確定設計

現代元素周期表實際上是珍妮特版本的直接演變。鹼金屬(以鋰為首的那組)和鹼土金屬(以鈹為首的那組)從極右移到極左，形成了一個非常寬的(長形的)元素周期表。

這種格式的問題在於，它不適用於頁面或海報（是不是覺得有點長），所以主要是出於美觀的原因，f區元素通常會被剪切並存儲在主表下面。這就是我們今天所認識的元素周期表。

最後

雖然現在的周期表布局很完美，但並不是說以後人們不能修改了，修改通常是為了強調元素之間的相關性，而這些相關性在傳統表格中並不明顯。

現在的元素周期表有數百種不同變體（有一定道理的），螺旋形和3D版本尤其受歡迎，另外，還有數不清的半開玩笑似的變體。

如果你有足夠創意，也可以來上那麼一張，當然要有你的理由。

編譯：sks

文：The periodic table is 150 – but it could have looked very different.theconversation

參考文獻

幾種類型的元素周期表.百度文庫

Internet Database of Periodic Tables.meta-synthesis

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