话说世界系列：门捷列夫与元素周期表

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本内容由人民出版社出版《话说世界》20卷丛书

元素周期律的发现，使人类有计划、有目的地去探寻新元素成为可能，也为发展物质结构理论提供了客观依据。

因此，元素周期律和周期表在自然科学的许多部门，首先是化学、物理学、生物学、地球化学等方面，都是重要的工具。

同时，元素周期律揭示了元素原子核电荷数递增引起元素性质发生周期性变化的事实，从自然科学上有力地论证了事物变化的量变引起质变的规律性。

化学元素周期表是根据原子序数从小至大排序的化学元素列表。列表大体呈长方形，某些元素周期中留有空格，使特性相近的元素归在同一族中，如卤素、碱金属元素、稀有气体等。这使周期表中形成元素分区且分有七主族、七副族与零族、八族。由于周期表能够准确地预测各种元素的特性及其之间的关系，因此它在化学及其他科学范畴中被广泛使用，是分析化学行为时十分有用的框架。

元素周期律的探索研究

1829年，德国化学家德贝莱发现当时已知的54种元素中有15种元素可分成5组，每组的三个元素性质相似。

而且中间元素的相对原子质量约为较轻和较重的两个相邻元素相对原子质量的平均值，而且性质也介于其他两种元素之间。

德贝莱由此提出了“三素组”的概念，为发现元素性质的规律性打下了基础。

1864年，德国人迈耶耳发表了《六元素表》。

在表中，他根据物理性质和相对原子质量递增的顺序把性质相似的元素以每6种进行分族，排出一张元素分类表。

这张表的不足之处一是简单地按照元素的相对原子质量递增排列，而未空出未知元素的位置；二是它只按照元素的物理性质排列，很难揭示元素的内在联系。

1865年，英国皇家农业学会化学师纽兰兹（1837—1898年）把当时已知的62种元素按相对原子质量由小到大的顺序排列。

每当排列到第八种元素时就会出现性质跟第一个元素相似的情况，犹如八度音阶一样，他把这个规律叫做“八音律”。

但他同样没有为那些未知元素留下空位，更未能揭示元素从量变到质变这一重要规律。

约翰·亚历山大·雷纳·纽兰兹是英国分析化学家和工业化学家。纽兰兹在门捷列夫之前发现并研究了化学元素性质的周期性。他1887年获得英国皇家学会颁发的戴维奖章。

门捷列夫发表元素周期表

1859年，24岁的俄国彼得堡大学年轻讲师门捷列夫(1834—1907年)来到德国海德堡大学本生的实验室进修。

当年，本生和基尔霍夫发明了光谱仪，用光谱发现了一些新元素，掀起一股发现新元素热。

在本生的实验室里刻苦钻研了10年后，1869年，门捷列夫终于发现了元素周期律——元素的性质随相对原子质量的递增发生周期性的递变。

当时，原子结构知识匮乏，已知元素也只有63种，因此确定元素在周期系中的原子序数是十分困难的。

但是，门捷列夫通过调整元素顺序，逐步揭示了元素性质的周期性递变规律：

从锂到氟，金属性渐次下降，非金属性渐次增强，从典型金属递变为典型非金属；

序列中元素的化合价的渐变规律也得以显露：从锂到氮，正化合价从+1递增到+5；从碳到氟，负化合价从-4下降为-1。

门捷列夫敏感地认识到当时已知的63种元素远非整个元素大家族，大胆地预言了11种尚未发现的元素，为它们在相对原子质量序列中留下空位，预言了它们的性质，并于1869年发表了第一张元素周期表。

其实，当时同在本生实验室工作的迈耶尔，曾经在1870年发表了一张比1869年门捷列夫发表的周期表更完整的元素周期表。

但他坦言：“我没有足够的勇气去作出像门捷列夫那样深信不疑的预言。”

门捷列夫发表第一张周期表后，后来的化学发现逐步使元素周期系变得完整。

1913年，英国物理学家莫斯莱发现，门捷列夫周期表里的原子序数原来是原子的核电荷数。

从此，元素周期律被表述为：元素的性质随核电荷数递增发生周期性的递变。

元素周期表的发现者德米特里·门捷列夫的著名著作《化学道理》，在19世纪后期和20世纪初，被国际化学界公认为尺度著作，前后共出了8版，影响了一代又一代的化学家。他起头汇集每一个已知元素的性质资料和有关数据，花费了10年功夫，终于在1869年依照原子量，制作出世界上第一张元素周期表，并据以预见了一些尚未发现的元素。后世，新的元素仍在被不断发现并添加到周期表中