大家好，歡迎收看我的百家號科技代替生活，今天小編要給大家的介紹的是元素周期表的來源。
元素周期表
現如今,世界各地的學生都會背元素周期表,它被許多人視為化學領域最偉大的發現。1869年,俄國化學家德米特裡·門捷列夫發現了化學元素的周期性,並將已知的化學元素按照其各自的物理性質進行了排列。元素周期表給化學世界帶來了秩序,並預測了一些當時尚未被發現的元素,為未來的理論研究指明了方向。
1834年,德米特裡·門捷列夫出生在俄國西部託博爾斯克附近,家中至少有14個孩子,他是最小的。門捷列夫曾在託博爾斯克高中上學。父親去世後,一家人不得不搬到聖彼得堡,他也進入了聖彼得堡高等師範學校就讀。他擅長科學學科,第一份工作是在克裡米亞的辛菲羅波爾做科學教師。幾年後,門捷利夫回到了聖彼得堡,並很快對科研產生了興趣。他研究了液體的毛細作用,即液體在細管中會自己爬升。他還對光譜學作出了貢獻,並在1861年以此為主題寫了自己的第一本書。1863年,他因自己的研究工作獲得了聖彼得堡國立大學化學專業的教席。他正是在這裡開始思索化學元素,以及如何根據它們的性質進行排列。
最初,門捷列夫根據化學元素的原子質量,排列了62種已知的化學元素。每個元素原子的質量,等於原子核中質子(帶正電)和中子的質量之和。門捷列夫將原子質量由小到大,從左至右進行排列。他發現,如果把元素排成行,每行18列,那麼同一列的元素往往具有相似的化學性質。似乎隨著原子質量的增加,元素屬性會發生周期性的變化。例如,表中最左邊的一列中包含鈉(Na)、鉀(Li)和鋰(K)三種元素,它們在室溫條件下都是固態,都很活潑,熔點低,暴露在空氣中會失去光澤。相形之下,最右列的元素在室溫下都是氣態,並且無色、無味,極其不活潑。表中的列稱為族,行稱為周期。1869年,門捷列夫發表了自己的元素周期表。
填補空格
門捷列夫並非第一個這樣嘗試排列化學元素的人,但他是第一個主要根據元素性質排列元素的人,儘管這樣周期表中就會空出一些空格。例如,當時已知的比鋅(Zn)重且緊挨著鋅的元素是砷(As)。鋅位於周期表第4周期第ⅫⅡ族,但門捷列夫認為,砷更適合放在第ⅹV族,而不是第X族,於是他在周期表中留下了兩個空格。他預測,人們會發現新的元素來填補這些空格。在接下來的20年裡化學家發現了鎵(Ga)和鍺(Ge),分別填補了第XI族和第ⅹIV族的空格。門捷列夫決意根據元素性質,將元素放在它們應在的位置。
為此,他甚至偶爾打破了原子質量遞增的規則,譬如將碲(T,原子質量1276)放在碘(I,原子質量126.9)的左側。這就得出了我們現在所看到的元素順序—不是按照原子質量排列,而是根據原子序數排列。原子序數的數值等於原子核的核電荷數,即原子核中帶正電的質子數。1913年,英國物理學家亨利·莫塞萊證明了門捷列夫的元素周期表是按照原子序數排列的。
量子化學
大約同時期,量子理論的發展提供了必要的物理解釋,來理解元素周期表的結構。化學反應實質上是在原子最外層繞行的電子之間的相互作用。量子理論表明,電子按照能量高低的能級排列,每個能級只能容納固定數量的電子。由於整個原子的電荷為零,因此,帶負電的電子數量等於原子核中帶正電的質子數量,而質子數量又等於原子序數。隨著周期表上元素的推移,每個能級的電子數增加,填滿了該能級所能容納的電子數後,剩下的電子會進入新的能級,如此類推下去。很快人們就發現,在門捷列夫的元素周期表中,每一族的元素最外層的能級都擁有相同數量的電子,因此它們具有相似的化學性質。
例如,第I族的活潑元素最外層的能級都只有1個電子,而第XVm族的惰性元素最外層的能級都排滿了電子。量子理論還解釋了前三個周期的奇怪空白,因為最內層的能級只能容納少量電子,所以很快就滿了。同樣,外層能級能容納很多電子,因此元素周期表的底部才會列出單獨的兩行元素。這些元素是第6和第7周期的,為了讓周期表看上去簡潔明了,才單列出來。第一行叫做鑭系元素,應該列在第6周期的鋇(Ba)和鉿(Hf)之間。第二行是錒系元素,應該列在第7周期的鐳(Ra)和鈉(Rf)之間。
現代元素
元素周期表上現在有118種已知元素,其中94種元素是地球上自然存在的。其他都是放射性元素,半衰期比地球的年齡短得多,因此已經衰變了。要想看到這些放射性元素,只有在核反應堆和粒子加速器中製造它們。20世紀初,人們第一次做到了這一點,得到了鎝(T)該元素與鎵和鍺一樣,也是門捷列夫的預言。門捷列夫分別在1906年和1907年獲得諾貝爾化學獎提名,但他與諾貝爾委員會委員的糾紛打碎了他的勝算。現在,化學元素鍆(Md,原子序數101)就取自門捷列夫的名字,以向這位提升了我們對化學世界的理解的人致敬。