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元素周期表的制作完成

随着电解技术的发展以及光谱技术的应用,一大批新的化学元素被逐一发现,到1869年共发现63种化学元素。同年,德米特里·门捷列夫在此基础上制作了著名的元素周期表。

1834年2月7日,德米特里·门捷列夫(1834~1907年)出生于西伯利亚的托波尔斯克市的一个中产阶级家庭,是兄弟中最小的一个,父亲为小学教师,晚年失明,母亲不得不操持其家族开办的玻璃加工厂养家糊口。门捷列夫在13岁时,父亲去世,随后家族的玻璃加工厂也毁于一场大火。但是母亲毅然决定供门捷列夫继续读书,接受良好的教育。门捷列夫不负众望,进入圣彼得堡教育学院进修,并于1855年成为一名教师。不久,他又先后进入圣彼得堡大学以及德国海德堡大学学习化学,最终回国,在圣彼得堡大学谋得职位后,1869年开始专心编写化学(当时其研究无机化学)教科书。

德米特里·门捷列夫的元素周期表使无机化学研究领域发生重大变革,为研究原子内部结构奠定了基础。

现代化学元素周期表

知识链接

现在的化学元素周期表比门捷列夫当时创造的周期表多50余个元素。它们依照原子序数排列在7个不同长度的水平“周期”内。从57号元素“镧”开始共含14个元素的镧系元素,以及从89号元素“锕”开始共含14个元素的锕系元素分别列在周期表的下端。周期表的命名系统是由瑞典化学家琼斯·伯齐利厄斯(1779~1848年)首创,使用一个或多个字母代表每一个元素的符号,如“Fe”代表铁元素。最近发现的化学元素,如元素“”、元素“”、元素“”等,均使用20世纪最著名的科学家的名字命名。其他一些则使用地名命名,如化学元素“锫”是用加利福尼亚大学的名字命名,而元素“”则用位于莫斯科附近杜布纳的俄罗斯核研究联合所的名字命名。

大事记

1869年 门捷列夫完成化学元素周期表

1875年 勒科克·德·布瓦博德朗发现化学元素“镓”

1879年 尼尔森发现化学元素“钪”

1886年 温克勒发现化学元素“锗”

1955年 科学家发现放射性元素“钔”

为了从杂乱的化学元素中找到一些秩序,门捷列夫将每一种化学元素写在一张小纸片上,并写上元素符号、原子量、元素性质等,然后将它们进行排列,如同玩扑克牌一般。他按照原子量(该元素原子的平均质量)递增的顺序将这些元素排列后发现,如果每8个元素另起一行,则恰能将具有相似属性的元素排在同一列内。在每一行中,元素属性都会重复出现,由此他称这些属性为“周期性的”,于是将这一幅纵横排列的表格称之为“周期表”,也就是元素周期表。完成周期表后,门捷列夫甚至预见到元素周期表中“失踪”的元素还有待发现,同时预言了这些化学元素的化学性质与物理性质,如它们的原子量、熔点等。

1875年,法国化学家保罗·勒科克·德·布瓦博德朗(1838~1912年)发现“类铝”元素(位于元素周期表铝元素的下方),并将其命名为“镓”。1879年,瑞典化学家拉尔斯·尼尔森(1840~1899年)发现“类硼”元素(位于元素周期表硼元素的下方),于是将其命名为“钪”(元素符号“Sc”)。1886年,德国化学家克莱门斯·温克勒(1838~1904年)发现“类硅”元素(位于元素周期表硅元素的下方),并将其命名为“锗”(元素符号“Ge”)。门捷列夫的预言一一实现。到1914年,在92号元素之前只有7个位置空缺着。

原子序数为元素原子中的质子数量,现代元素周期表已采用原子序数排列的方式进行排版。近代,化学家引入中子数的概念(即原子核中的中子数量),并采用原子量作为原子相对质量表征原子属性。门捷列夫创造元素周期表后无法解释元素性质的周期性排列问题,这仍有待于科学技术的发展,只有在科学家们理解原子结构,特别是理解了围绕原子核运行的电子的排列方式之后,才能解答这个问题。在20世纪中前期,化学家们逐渐意识到元素周期表事实上反映了元素的原子结构,以及电子是如何填充原子核外轨道的,因为所有的化学反应均有电子参与,特别是元素外层电子。于是元素周期表使得化学家们可以更加准确地预测哪些化学反应是可能存在的,而哪些化学反应是在实验室常态下根本就不存在的,哪些化学反应需要额外的条件例如高压、高温、催化剂等才能发生等。1955年,门捷列夫获得科学界最高荣誉,科学家将发现的第101号元素,命名为钔(元素符号“Md”),以纪念门捷列夫为科学界所做出的伟大贡献。

门捷列夫在法国构思化学元素周期表时的手稿。采用的是当时化学界流行的表示方式。