空中課堂||初中化學初體驗-了解化學史(2)

2021-01-20 話鮮為怡

化學,Chemistry,這是一門年輕的科學門類。
一層神秘的面紗始終讓人感受到魔幻、神奇、不可思議!

然而,作為我們即將進入初三的學生,如何學習化學也讓人捉摸不透。

上一節課,我們初步了解了「元素的發現」

那今天,我們就繼續神奇化學之旅

—— 第2站 了解化學史2

請觀看視頻《BBC紀錄片 化學史02 —— 元素的規律》

時長約57分鐘 

由古希臘的四元素說進化為近現代的新元素理論,物質是由化學元素組成的,這一觀念已經深入人心。但,這些元素是混亂存在的,還是有規律的排布的,這引發了眾多科學家深入思考。當然,許多科學家都相信元素是存在一定規律的有序排列的,但到底是以什麼為標準進行排列?又是以什麼規律分布的?科學界經歷了從原子量,到化學性質,再到原子量與化學性質結合,最後到原子序數的演變。

古希臘的德謨克利特提出樸素的原子論:宇宙萬物是由最微小的、堅硬、不可入、不可分的物質微粒所構成。這種粒子叫做「原子」,原子在性質上相同,但在形狀大小上卻是多種多樣的。萬物之所以不同,就是由於萬物本身的原子在數目、形狀、和排列上有所不同。

這一看法,很快被摒棄。

文靜溫雅的道爾頓,其思想是異常激進的。他根據大量數據計算,發現相同物質(無論來源為哪裡)其各元素質量比是相同的。因而重新拾起古希臘的原子學說,提出宇宙萬物都是無數小粒子構成的。

道爾頓繪製了具有特殊意義的元素符號,並且最先從事測定原子量工作。提出用相對比較的辦法求取各元素的原子量,並發表第一張原子量表,為後來測定元素原子量工作開闢了光輝前景。

貝採裡烏斯接受並發展了道爾頓的原子學說,並且通過自製玻璃化學儀器,精確提純、稀釋和過濾每一種元素,用了10年時間測定2000多種物質,測定出40多種元素的原子量。在此期間,貝採裡烏斯發現了矽(Si)、釷、鋯、硒等新的元素。

1829年,德貝萊納率先提出元素的排布規律關鍵,不是原子量,而是元素的化學性質。1829年提出的 「三元組」,即鹼金屬中的鋰、鈉、鉀的化學性質相似,但是化學性質越來越活潑,現象越來越劇烈。

堅持認為原子量是研究元素規律性排布的關鍵,並且根據相同體積的氣體中含有相同數量的分子,測定不同氣體或者蒸汽的密度,計算得到比較精確的原子量。

1866年,紐蘭茲受到音階的啟發,提出了以原子量為依據周期性排列的「8音律」,化學性質也會出現周期性的變化。

可惜的是,這一猜想並沒有受到重視,相反,受到的是嘲笑與諷刺。

1859年,本生通過本生燈與三稜鏡、望遠鏡相結合,觀察化合物在本生燈火焰上的焰色反應中「特殊光譜」,發現了新元素銫、銣。儘管在一次實驗中本生右眼被炸瞎,但他和基爾霍夫發明的光譜分析法,被稱為「化學家的神奇眼睛」。

門捷列夫經過長時間的觀察、分析、比較與綜合,門捷列夫領悟到化學元素依照原子量的大小,元素的化學性質呈現周期性變化。並且通過「玩紙牌」的方式,繪製出世界上第一張堪稱完整的化學元素周期表,並且在某些地方留出空位,預言有元素可填充。1869年首先在俄國化學會年會上宣讀了相關論文。

1875年,布瓦博德朗利用光譜分析法從閃鋅礦石中發現了門捷列夫元素周期表中的空位元素——鎵。鎵的許多性質與門捷列夫1871年預言的 「類鋁」 完全一樣,例如熔點低、灼熱時分解水汽、能結晶生成礬類等

1892年,英國著名物理學家瑞利發現了從化合物中得到的單質氮和從空氣裡分離出來的單質氮的密度不同。萊姆塞基於這一發現,經過認真的分析和研究後指出,這一差別是由於從空氣裡分離出來的單質氮中含有某種不為人知的氣體。經過反覆的實驗,他和瑞利於1894年發現了第一種稀有氣體——氬。此後,他基於自己的發現,繼續探索這類「不為人知」的氣體,終於在1895年又發現了另一種稀有氣體——氦。後來,他又與拉弗斯合作,通過實驗從液化氣中分離出了氖、氪、氙,並確定了以上五種惰性氣體元素(現稱為「稀有氣體元素」)在元素周期表中的位置,完善了門捷列夫的元素周期表。

1911年,盧瑟福根據α粒子散射實驗現象提出原子核式結構模型(行星模型)。他最先成功地在氮與α粒子的核反應裡將原子分裂,他又在同實驗裡發現了質子,並且為質子命名。科學界就此開啟了亞原子時代。

1913年,莫塞萊用X射線晶體衍射的方法觀察和測量了很多化學元素(大部分是金屬)的電子波譜。結合波爾的研究理論,莫斯萊提出X射線的波峰位置與元素質子數(原子序數)有關。從而改變了排列原則,使得當時1-92號元素都能準確有序的被安排在合適的位置上。

由此,以門捷列夫為基礎的元素周期表在許多科學家的研究與補充中不斷完善,最終形成了我們如今所熟悉的元素周期表。

孩子們,

科學家們經過100年多年將元素周期表逐步完善,

通過發現或合成填滿了118個空格。

當然,

科學家們正在努力合成第119號元素。

我們期待著你們一起發現與合成更多的元素……

經過上面視頻的觀看與本人的簡單介紹

下面我們繼續進行一些小小問答!需要你們在「留言」中寫下你們的答案!

道爾頓的原子學說中有一個核心觀點:「同一元素的原子,其形狀、質量及性質是相同的;不同元素的原子則相反。每一種元素以其原子的質量為其最基本的特徵」。請你根據滬教版上冊第3章第2節相關內容分析判斷這一論斷並說明相應的理由。

道爾頓曾試圖使用一些「奇怪」的圖案來表示元素(如下圖),但隨著元素種類的不斷增多,這種表示方法就被廢棄了,而使用現代化學的元素符號。請你查閱課本第75頁或元素周期表,將下列15種元素的元素符號書寫在「留言區」。


視頻中提到,「元素周期表的發現是物理與化學的完美結合」。化學家們從物質外顯的性質中尋找規律,而物理學家們則從原子內部的結構中探索特徵,最終他們殊途同歸,完美解釋了元素周期性變化。

請你就此談談自己的想法,角度自擬,字數不限。

最後,借用門捷列夫母親,瑪利亞·門捷列夫,一句話結尾:

「遠離妄想

探索神聖的科學真理!」



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