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元素周期表是一个多义词,请在右侧义项中选择浏览 元素列表 意大利作家普里莫·莱维著作
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元素周期表 (元素列表)

1发展历史

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1829年德国化学家德贝莱(J.Dobereiner)发现当时已知的44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元素相对原子质量之和的一半。例如,钙、锶、钡性质相似,锶的相对原子质量大约是钙和钡的相对原子质量之和的一半。氯、溴、碘,锂、钠、钾等组元素的情况类似,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。

门捷列夫和早期的元素周期表门捷列夫和早期的元素周期表

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。次年,门捷列夫出席了在化学史上具有里程碑意义的德国卡尔斯鲁厄化学大会。门捷列夫回忆道:“我的周期律的决定性时刻在1860年,我……在会上我聆听了意大利化学家康尼查罗的演讲……正是当时,元素的性质随原子量(相对原子质量)递增而呈现周期性变化的基本思想冲击了我。”此后,门捷列夫为使他的思想信念转化为科学理论,作出了10年艰苦卓绝的努力,系统地研究了元素的性质,按照相对原子质量的大小,将元素排成序,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。

在门捷列夫时代,没有任何原子结构的知识,已知元素只有63种,元素大家族的信息并不完整,而且当时公认的许多元素的相对原子质量和化合价是错误的,确定元素在周期系中的次序——原子序数是十分困难的。门捷列夫通过对比元素的性质和相对原子质量的大小,重新测定了一些元素的相对原子质量,先后调整了17种元素的序列。例如,门捷列夫利用他人的成果,确认应将铍的相对原子质量从14纠正为9,使元素按相对原子质量递增的序位从H—Li—B—C—N—Be—O—F纠正为H—Li—Be—B—C—N—O—F。经过诸如此类的调整元素顺序,元素性质的周期性递变规律才呈现出来: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。

2与门捷列夫同期的研究

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值得一提的是,敢于宣布自己发现了一条普遍规律,创造一个理论,是需要很大勇气的。早在1864年,德国化学家迈耶尔(L Meyer)在他的《现代化学理论》一书中已明确指出:“在原子量的数值上存在一种规律性,这是毫无疑义的。”而且他在该书中画了一张跟门捷列夫第一张周期表十分相似的元素表格;他还于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。1880年,迈耶尔坦言道:“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。”他之所以没有勇气,在他1870发表的有关元素周期性的文章里有答案,他说:“在差不多每天都有许多新事物出现的领域里,任何概括性的新学说随时都会碰到一些事实,它们把这一学说加以否定。这种危险的确是存在的……因此我们必须特别小心。”迈耶尔比门捷列夫早几年也在本生的实验室里工作过。

3元素周期律

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门捷列夫发表的第一张周期表对我们来说,已经不太好懂了,因为它并不完整。例如,门捷列夫周期表里没有稀有气体。后来的化学发现终于使门捷列夫元素周期系变得完整。到1905年,维尔纳(A.Werner,1913年诺贝尔奖获得者)制成了现代形式的元素周期表,而当时还不知道原子序数的实在物理意义。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。

4意义

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元素周期表有7个周期,16个族。每一个横行叫作一个周期,每一个纵行叫作一个族。这7个周期又可分成短周期(1、2、3)、长周期(4、5、6)和不完全周期(7)。共有16个族,又分为7个主族(ⅠA-ⅦA),7个副族(ⅠB-ⅦB),一个第ⅧB族,一个零族。

元素在周期表中的位置不仅反映了元素的原子结构,也显示了元素性质的递变规律和元素之间的内在联系。

同一周期内,从左到右,元素核外电子层数相同,最外层电子数依次递增,原子半径递减(零族元素除外)。失电子能力逐渐减弱,获电子能力逐渐增强,金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。元素的最高正氧化数从左到右递增(没有正价的除外),最低负氧化数从左到右递增(第一周期除外,第二周期的O、F元素除外)。

同一族中,由上而下,最外层电子数相同,核外电子层数逐渐增多,原子序数递增,元素金属性递增,非金属性递减。

元素周期表的意义重大,科学家正是用此来寻找新型元素及化合物。   

5元素周期表排列形式

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元素周期表中共有118种元素。每一种元素都有一个编号,大小恰好等于该元素原子的核内电子数目,这个编号称为原子序数。

原子的核外电子排布和性质有明显的规律性,科学家们是按原子序数递增排列,将电子层数相同的元素放在同一行,将最外层电子数相同的元素放在同一列。 

6“终极”元素周期表

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那么,周期表是否存在尽头呢?2011年,芬兰化学家佩卡·皮克( Pekka Pyykk?)给出了一个回答。他制作了一张“终极周期表”,囊括了在理论上有可能存在的全部元素。

“终极”元素周期表“终极”元素周期表

周期表的周期显示的是电子围绕原子核运动的轨道。电子从靠近原子核的轨道依次排列,各轨道可容纳的电子数是固定的。如果最内层的轨道被填满,其周期就将结束,电子将排列至外层的轨道。根据皮克 的预测,电子的轨道只能达到第9周期。

第8周期与此前周期不同的是,元素不一定按序数的大小顺序排列。序数由原子内的电子排列决定,但电子的排列模式被认为将在第8周期发生改变。139号和140号元素可能会被跳过,并出现在后面的位置。

众所周知,在第6周期和第7周期从左侧开始第3列中的元素大量存在(镧系元素及锕系元素)。有预测称,在第8周期这种元素数量会更多,并因电子在轨道的排列方式不同分为2个系列。

一般来说,排在同一列的元素具有相似的化学性质。不过,有专家认为,“当一个元素很重的时候,它在周期表的位置和它的化学性质将不再一致”。也有专家表示“119号以后是科学的处女地”。

根据皮克的预测,元素表将在172号结束。但也有说法认为,最后一个元素是173号。这是由于超重元素序数越大越容易衰变,一般认为在173号之后,元素存在的寿命接近于零。

不管如何,“最后的元素”很可能超过170号。在其列入周期表的日子到来之前,或许还会有很多新发现。

7新元素的发现

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Nihonium(113号元素)、Moscovium(115号元素)、Tennesine(117号元素)、Oganesson(118号元素)

2019-06-21有媒体报道,称日本较早前发现的新元素“Nihonium”将列入化学课本的元素周期表。“Nihonium” 的原子序数为113号,与美国和俄罗斯发现的115号“Moscovium”、117号“Tennesine”和118号“Oganesson”,共4个元素一起被正式列入元素周期表后,终于将第7周期全部填满。研究人员还在努力发现更多的新元素。

由全球科学家组成的国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)在2016年6月发布了4个新元素的暂定名称。发现Nihonium的日本理化学研究所的森田浩介在记者会上强调称,“接下来的目标是发现119号和120号的新元素”。

构成物质的粒子一般被称为原子,原子的种类称为元素。1869年俄罗斯化学家门捷列夫把当时已知的60多种元素按照重量和化学性质排出顺序,这便是最早的元素周期表。他还在元素周期表上给未发现的元素留出了空白。随后科学家们不断发现新元素,元素周期表的空白不断被填上。

原子由原子核和绕核运动的电子组成。元素按照原子核内质子数的“原子序数”加以区别。从93号元素开始,之后的原子在自然界中基本不存在。

1940年代起,美欧和俄罗斯等国都争相开始通过人工的方式合成元素。主要是利用粒子加速器使离子高速运动,撞击另外的原子,促使原子核相互融合。

Nihonium是首个由亚洲国家合成的元素,通过30号锌的离子与83号铋金属相互碰撞而成。让只有1万亿分之1厘米的原子核之间恰好能相互碰撞融合的概率极低。森田等人约进行了400万亿次的碰撞实验,最后终于成功合成了3个原子。该团队目前正在进行试验,为合成第8周期元素做准备。

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参考资料

亚博竞技_yabo88官网 2013年,新组建的国家食品药品监督管理总局曾引发广泛关注。

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