元素周期表的發(fā)展史

1、元素周期表的發(fā)展史化學(xué)發(fā)展到18世紀(jì),由于化學(xué)元素的不斷發(fā)現(xiàn),種類越來越多,反應(yīng)的性質(zhì)越來越復(fù)雜.化學(xué)家開始對它們進(jìn)行了整理、分類的研究,以尋求系統(tǒng)的元素分類體系.首先在1789年,法國化學(xué)家拉瓦錫在他的專著化學(xué)綱要一書中,列出了世界上第一張元素表.他把已知的33種元素分成了氣體元素、非金屬、金屬、能成鹽之土質(zhì)等四類.但他把一些物,如光、石灰、鎂土都列入元素. 26年后，英國的威廉· 普 勞特提出：1、所有元素的原子量均為氫原子量的整數(shù)倍；2、氫是原始物質(zhì)或“ 第一物質(zhì)” , 他試圖把所有元素都與氫聯(lián)系起來作為結(jié)構(gòu)單元。到1829年，德國的化學(xué)家貝萊納首先敏銳地察覺到已知元素所表露的

2、這種內(nèi)在關(guān)系的端倪：某三種化學(xué)性質(zhì)相近的元素，如氯，溴，碘，不僅在顏色、化學(xué)活性等方面可以看出有定性規(guī)律變化，而且其原子量之間也有一定理的關(guān)系，即：中間元素的原子量為另兩種元素原子量的算術(shù)平均值。這種情況，他一共找到了五組，他將其稱之 為"三元素族",即: 鋰 3 鈉 11 鉀 19 鈣 20 鍶 88 鋇 137 氯 17 溴 35 碘 127 硫 16 硒 79 碲 128 錳 55 鉻 52 鐵 56在化學(xué)家貝萊納之后,法國的地質(zhì)學(xué)家尚古多（Chancourtois,A.E.B.1820-1886）于1862年繪出了“螺旋圖”.他將已知的62個元素按原子量的大小次序排

3、列成一條圍繞圓筒的螺線 ,性質(zhì)相近的元素出現(xiàn)在一條堅線上 . 他最先提出元素性質(zhì)和原子量之間有關(guān)系, 并初步提出了元素性質(zhì)的周期性。螺旋圖是向揭示周期律邁出了有力的第一步, 但缺乏精確性。1864年英國人歐德林用46種元素排出了元素表。同年德國人邁爾依原子量大小排出六元素表。該表對元素進(jìn)行了分族, 有了周期的雛型。之后在1865年,英國的化學(xué)家紐蘭茲（Newlands,J.A.R.1837-1898）排出一個“八音律”.他把已知的性質(zhì)有周期性重復(fù),每第八個元素與第一個元素性質(zhì)相似,就好象音樂中八音度的第八個音符有相似的重復(fù)一樣. 八音律揭示了元素化學(xué)性質(zhì)的重要特征, 但未能揭示出事物內(nèi)在的規(guī)律

4、性?；瘜W(xué)家絕不滿意元素漫無秩序的狀態(tài)。從三素組到八音律, 逐步對元素知識進(jìn)行歸納和總結(jié), 試圖從中找出視律性的東西, 為發(fā)現(xiàn)周期律開辟了道路。由于科學(xué)資料積累, 元素數(shù)目增多, 終于在十九世紀(jì)后半期邁爾和門捷列夫同時發(fā)現(xiàn)了元素周期律。在1867年俄國人門捷列夫?qū)Ξ?dāng)時已發(fā)現(xiàn)的63種元素進(jìn)行歸納、比較, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)：元素及其化合物的性質(zhì)是原子量的周期函數(shù)的關(guān)系, 這就是元素周期律。依據(jù)周期律排出了周期表, 根據(jù)周期表, 他修改了鈹、銫原子量, 預(yù)言了三種新元素, 后來陸續(xù)被發(fā)現(xiàn), 從而驗證了門氏周期律的正確性, 迅速被化學(xué)家所接受。在周期律的指導(dǎo)下, 先后發(fā)現(xiàn)了稼、鈧、鍺、釙、鐳、錒、鏷、錸、锝、鈁

5、、砹等十一種元素同時還預(yù)言了稀有氣體的存在, 并于1898年以后, 陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了氖、氫、氙等元素, 因而在周期表中增加A族。到1944年自然界存在的92種元素全部被發(fā)現(xiàn)。 其實早在1860年門捷列夫在為著作化學(xué)原理一書考慮寫作計劃時,就深為無機(jī)化學(xué)的缺乏系統(tǒng)性所困擾.于是,他開始搜集每一個已知元素的性質(zhì)資料和有關(guān)數(shù)據(jù),把前人在實踐中所得成果,凡能找到的都收集在一起.人類關(guān)于元素問題的長期實踐和認(rèn)識活動,為他提供了豐富的材料.他在研究前人所得成果的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)一些元素除有特性之外還有共性.例如,已知鹵素元素的氟、氯、溴、碘,都具有相似的性質(zhì)；堿金屬元素鋰、鈉、鉀暴露在空氣中時,都很快就被氧化,因此

6、都是只能以化合物形式存在于自然界中；有的金屬例銅、銀、金都能長久保持在空氣中而不被腐蝕,正因為如此它們被稱為貴金屬.于是,門捷列夫開始試著排列這些元素.他把每個元素都建立了一張長方形紙板卡片.在每一塊長方形紙板上寫上了元素符號、原子量、元素性質(zhì)及其化合物.然后把它們釘在實驗室的墻上排了又排.經(jīng)過了一系列的排隊以后,他發(fā)現(xiàn)了元素化學(xué)性質(zhì)的規(guī)律性.因此,當(dāng)有人將門捷列夫?qū)υ刂芷诼傻陌l(fā)現(xiàn)看得很簡單,輕松地說他是用玩撲克牌的方法得到這一偉大發(fā)現(xiàn)的,門捷列夫卻認(rèn)真地回答說,從他立志從事這項探索工作起,一直花了大約20年的功夫,才終于在1869年發(fā)表了元素周期律.他把化學(xué)元素從雜亂無章的迷宮中分門別類地

7、理出了一個頭緒.此外,因為他具有很大的勇氣和信心,不怕名家指責(zé),不怕嘲諷,勇于實踐,敢于宣傳自己的觀點,終于得到了廣泛的承認(rèn).如果說, 原子一一分子論的建立是對化學(xué)的一次總結(jié), 那么周期律的發(fā)現(xiàn), 使元素成了一個嚴(yán)整的自然體系, 化學(xué)變成一門系統(tǒng)的科學(xué), 它是化學(xué)史上的一個重要里程碑它討原子結(jié)構(gòu)、有機(jī)化學(xué)、原子能、地球化學(xué)、生物化學(xué)、冶金、新元素的發(fā)現(xiàn)與合成都有深遠(yuǎn)的影響。為了紀(jì)念門氏的偉大發(fā)現(xiàn), 科學(xué)家把101號元素命名為鍆。恩格斯曾給以高度評價：“ 門捷列夫不自覺地應(yīng)用黑格爾的量轉(zhuǎn)化為質(zhì)的規(guī)律, 完成了科學(xué)上的一個勛業(yè)?！钡捎跁r代的局限性, 門氏不可能認(rèn)識到周期律更本質(zhì)的規(guī)律。因此可以說

8、門氏只是原子體系的哥白尼, 而原子體系的伽利略和牛頓, 自有后來人。十九世紀(jì)末, 二十世紀(jì)初, 由于原子量的精確測定, 確知碲的原子量大碘, 氬大于鉀, 鈷大于鎳等。基于這個事實, 并照顧到元素性質(zhì)的相似性,1902年捷克化學(xué)家布拉烏勒爾設(shè)計的周期表中有幾處顛倒了原子量的排列。1905年瑞士化學(xué)家維爾納設(shè)計的專表也有這種現(xiàn)象, 這是對門氏周期律的直接挑戰(zhàn)。面對矛盾, 當(dāng)時科學(xué)家無法解釋。隨著陰極射線、電子、射線、放射性等的發(fā)現(xiàn),1899-1900年英人盧瑟福提出原子有核模型, 揭示了原子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。1913年荷蘭人范德布洛克指出元素在周期表中排列序數(shù)等于該元素原子具有的電子數(shù)。這一假說開始把元

9、素在周期表中排列序數(shù)和原子結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。這個假定動搖了門氏和他的同輩以及先輩們的周期律的固有概念。 1913-1914年間, 英國青年物理學(xué)家莫斯萊對X射線技術(shù)進(jìn)行了研究,從而驗證了范德布洛克的假說, 揭示了元素周期律的本質(zhì)：元素的化學(xué)性質(zhì)是它們原子序數(shù)的周期性函數(shù)。原來在諸原子中有決定意義的東西不是原子量, 而是原子的核電荷以及核外電子數(shù)。1916年德國化學(xué)家柯塞爾就立即把原子序數(shù)放進(jìn)周期表中, 代替了門氏的原子量。1920年英人查德維克證實了摩斯萊的工作。這樣, 一系列物理學(xué)中的新發(fā)現(xiàn), 使元素周期律獲得了新定義：元素的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì), 以及由元素形成的各種化合物的性質(zhì), 皆與元素原子

10、核電荷的數(shù)量成周期性關(guān)系。按照核電荷遞增順序排列各元素, 使前面出現(xiàn)的矛盾迎刃而解。隨著現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論的建立, 周期律理論得到發(fā)展。1913年瑪麗· 居里提出原子核結(jié)構(gòu)設(shè)想。1913年盧瑟福和查德維克發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。1932年查德維克發(fā)現(xiàn)中子。質(zhì)子和中子發(fā)現(xiàn)后, 蘇聯(lián)科學(xué)家伊萬年柯, 德國物理學(xué)家海森堡等人立即提出原子核由質(zhì)子和中子組成的理論。1913年英國化學(xué)家索迪提出“ 同位素” 概念.1919年阿斯登用質(zhì)譜儀精確的確是了原子量.1913年丹麥物理學(xué)家玻爾用他的原子結(jié)構(gòu)模型成功的解釋了氫元素的線光譜。1923-1924年法國年青物理學(xué)家德布羅依提出“ 物質(zhì)波”概念, 1926年德國物

11、理學(xué)家薛定諤提出了解決微觀粒子運動方程, 對核外電子運功狀態(tài)和能級的計算提供了依據(jù)。 遵循周期律, 把眾多的元素（106種）組織在一起所形成的系統(tǒng), 稱做化學(xué)元素周期系。周期系的具體形式是各式各樣的周期表。如塔式表、三分族元素周期表環(huán)形、螺旋形、扇形、蝸牛形, 對角形、帶形、立體支架形、階梯形、羅盤形、園筒式等五花八門, 各具特色。但其中最常用的是短表和長表。近年來, 由于人工合成元素增多, 長表的優(yōu)越性日益顯露出來, 短表已經(jīng)完成了歷史使命, 更多的應(yīng)用讓位于長表。長表的重要特點之一是能夠很好的把元素分成元素群, 便于按群體性質(zhì)來掌握化學(xué)元素的總體知識。表中明顯的劃分出活潑金屬、非金屬、過渡元素、低熔合金、鑭系、錒系元素區(qū)。根據(jù)電子構(gòu)型可分成S區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、f區(qū)四