元素周期表的发展史

元素周期表的发展史

化学发展到18世纪,由于化学元素的不断发现,种类越来越多,反应的性质越来越复杂.化学家开始对它们进行了整理、分类的研究,以寻求系统的元素分类体系.

首先在1789年,法国化学家拉瓦锡在他的专著《化学纲要》一书中,列出了世界上第一张元素表.他把已知的33种元素分成了气体元素、非金属、金属、能成盐之土质等四类.但他把一些物,如光、石灰、镁土都列入元素. 26年后，英国的威廉·普劳特提出：1、所有元素的原子量均为氢原子量的整数倍；2、氢是原始物质或“第一物质” , 他试图把所有元素都与氢联系起来作为结构单元。

到1829年，德国的化学家贝莱纳首先敏锐地察觉到已知元素所表露的这种内在关系的端倪：某三种化学性质相近的元素，如氯，溴，碘，不仅在颜色、化学活性等方面可以看出有定性规律变化，而且其原子量之间也有一定理的关系，即：中间元素的原子量为另两种元素原子量的算术平均值。这种情况，他一共找到了五组，他将其称之为"三元素族",即: 锂 3 钠 11 钾 19

钙 20 锶 88 钡 137

氯 17 溴 35 碘 127

硫 16 硒 79 碲 128

锰 55 铬 52 铁 56

在化学家贝莱纳之后,法国的地质学家尚古多（Chancourtois,）于1862年绘出了“螺旋图”.他将已知的62个元素按原子量的大小次序排列成一条围绕圆筒的螺线 ,性质相近的元素出现在一条坚线上 . 他最先提出元素性质和原子量之间有关系, 并初步提出了元素性质的周期性。螺旋图是向揭示周期律迈出了有力的第一步, 但缺乏精确性。1864年英国人欧德林用46种元素排出了《元素表》。同年德国人迈尔依原子量大小排出《六元素》表。该表对元素进行了分族, 有了周期的雏型。之后在1865年,英国的化学家纽兰兹（Newlands,）排出一个“八音律”.他把已知的性质有周期性重复,每第八个元素与第一个元素性质相似,就好象音乐中八音度的第八个音符有相似的重复一样. 八音律揭示了元素化学性质的重要特征, 但未能揭示出事物内在的规律性。

化学家绝不满意元素漫无秩序的状态。从《三素组》到《八音律》, 逐步对元素知识进行归纳和总结, 试图从中找出视律性的东西, 为发现周期律开辟了道路。由于科学资料积累, 元素数目增多, 终于在十九世纪后半期迈尔和门捷列夫同时发现了元素周期律。

在1867年俄国人门捷列夫对当时已发现的63种元素进行归纳、比较, 结果发现：元素及其化合物的性质是原子量的周期函数的关系, 这就是元素周期律。依据周期律排出了周期表, 根据周期表, 他修改了铍、铯原子量, 预言了三种新元素, 后来陆续被发现, 从而验证了门氏周期律的正确性, 迅速被化学家所接受。在周期律的指导下, 先后发现了稼、钪、锗、钋、镭、锕、镤、铼、锝、钫、砹等十一种元素同时还预言了稀有气体的存在, 并于1898年以后, 陆续发现了氖、氢、氙等元素, 因而在周期表中增加ⅧA族。到1944年自然界存在的92种元素全部被发现。

其实早在1860年门捷列夫在为著作《化学原理》一书考虑写作计划时,就深为无机化学的缺乏系统性所困扰.于是,他开始搜集每一个已知元素的性质资料和有关数据,把前人在实践中所得成果,凡能找到的都收集在一起.人类关于元素问题的长期实践和认识活动,为他提供了丰富的材料.他在研究前人所得成果的基础上,发现一些元素除有特性之外还有共性.例如,已知卤素元素的氟、氯、溴、碘,都具有相似的性质；碱金属元素锂、钠、钾暴露在空气

中时,都很快就被氧化,因此都是只能以化合物形式存在于自然界中；有的金属例铜、银、金都能长久保持在空气中而不被腐蚀,正因为如此它们被称为贵金属.

于是,门捷列夫开始试着排列这些元素.他把每个元素都建立了一张长方形纸板卡片.在每一块长方形纸板上写上了元素符号、原子量、元素性质及其化合物.然后把它们钉在实验室的墙上排了又排.经过了一系列的排队以后,他发现了元素化学性质的规律性.因此,当有人将门捷列夫对元素周期律的发现看得很简单,轻松地说他是用玩扑克牌的方法得到这一伟大发现的,门捷列夫却认真地回答说,从他立志从事这项探索工作起,一直花了大约20年的功夫,才终于在1869年发表了元素周期律.他把化学元素从杂乱无章的迷宫中分门别类地理出了一个头绪.此外,因为他具有很大的勇气和信心,不怕名家指责,不怕嘲讽,勇于实践,敢于宣传自己的观点,终于得到了广泛的承认.

如果说, 原子一一分子论的建立是对化学的一次总结, 那么周期律的发现, 使元素成了一个严整的自然体系, 化学变成一门系统的科学, 它是化学史上的一个重要里程碑它讨原子结构、有机化学、原子能、地球化学、生物化学、冶金、新元素的发现与合成都有深远的影响。为了纪念门氏的伟大发现, 科学家把101号元素命名为钔。恩格斯曾给以高度评价：“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律, 完成了科学上的一个勋业。”

但由于时代的局限性, 门氏不可能认识到周期律更本质的规律。因此可以说门氏只是原子体系的哥白尼, 而原子体系的伽利略和牛顿, 自有后来人。

十九世纪末, 二十世纪初, 由于原子量的精确测定, 确知碲的原子量大碘, 氩大于钾, 钴大于镍等。基于这个事实, 并照顾到元素性质的相似性,1902年捷克化学家布拉乌勒尔设计的周期表中有几处颠倒了原子量的排列。1905年瑞士化学家维尔纳设计的专表也有这种现象, 这是对门氏周期律的直接挑战。面对矛盾, 当时科学家无法解释。随着阴极射线、电子、射线、放射性等的发现,1899--1900年英人卢瑟福提出原子有核模型, 揭示了原子的复杂结构。1913年荷兰人范德布洛克指出元素在周期表中排列序数等于该元素原子具有的电子数。这一假说开始把元素在周期表中排列序数和原子结构联系起来。这个假定动摇了门氏和他的同辈以及先辈们的周期律的固有概念。

1913--1914年间, 英国青年物理学家莫斯莱对X射线技术进行了研究,从而验证了范德布洛克的假说, 揭示了元素周期律的本质：元素的化学性质是它们原子序数的周期性函数。原来在诸原子中有决定意义的东西不是原子量, 而是原子的核电荷以及核外电子数。1916年德国化学家柯塞尔就立即把原子序数放进周期表中, 代替了门氏的原子量。1920年英人查德维克证实了摩斯莱的工作。这样, 一系列物理学中的新发现, 使元素周期律获得了新定义：元素的物理性质和化学性质, 以及由元素形成的各种化合物的性质, 皆与元素原子核电荷的数量成周期性关系。

按照核电荷递增顺序排列各元素, 使前面出现的矛盾迎刃而解。随着现代原子结构理论的建立, 周期律理论得到发展。1913年玛丽·居里提出原子核结构设想。1913年卢瑟福和查德维克发现质子。1932年查德维克发现中子。质子和中子发现后, 苏联科学家伊万年柯, 德国物理学家海森堡等人立即提出原子核由质子和中子组成的理论。1913年英国化学家索迪提出“同位素”概念.1919年阿斯登用质谱仪精确的确是了原子量.1913年丹麦物理学家玻尔用他的原子结构模型成功的解释了氢元素的线光谱。1923--1924年法国年青物理学家德布罗依提出“物质波”概念, 1926年德国物理学家薛定谔提出了解决微观粒子运动方程, 对核外电子运功状态和能级的计算提供了依据。

遵循周期律, 把众多的元素（106种）组织在一起所形成的系统, 称做化学元素周期系。周期系的具体形式是各式各样的周期表。如塔式表、三分族元素周期表环形、螺旋形、扇形、蜗牛形, 对角形、带形、立体支架形、阶梯形、罗盘形、园筒式等五花八门, 各具特色。但其中最常用的是短表和长表。近年来, 由于人工合成元素增多, 长表的优越性日益显露出来,

短表已经完成了历史使命, 更多的应用让位于长表。长表的重要特点之一是能够很好的把元素分成元素群, 便于按群体性质来掌握化学元素的总体知识。表中明显的划分出活泼金属、非金属、过渡元素、低熔合金、镧系、锕系元素区。根据电子构型可分成S区、p区、d区、f区四组。便于人们从结构观点去分析比较。

我的思考：元素周期表是世界化学历史上重要的一部分，对世界的科技进步也起到了一定作用。作为学生的我们，要向那些伟大的科学家们学习，学习他们的有恒心，有毅力的美好品质。在化学史上，我们应该以他们为榜样，努力学习科学文化知识，不断充实自己，多观察，多动手实践，这样我们在学习生活中才能有所成就。

附：各种形式的化学元素周期表