元素周期表的创立和发现

2023-11-08 理论教育版权反馈

【摘要】：元素周期表就是以这个定律为基础创立的。1871年门捷列夫根据周期律肯定地指出，这些空白的位置是表示尚未发现的元素之存在。门捷列夫定律指出：元素并不是互不相关的，而是有着紧密联系的内在联系的，虽然各元素间在性质上有着明显的区别，但是它们之间有着若干的通性，并且处于如此密切的联系中。应当注意在元素周期表中还有某些矛盾和例

续表

如果把元素根据原子量增加的顺序而排列，则可以看出元素性质的变化，是有一定的循环性即周期性的。

这个规律就叫做元素周期律（即门捷列夫定律）。周期律表明了：元素性质的周期性变化，是从属于原子量的。所谓周期性：不仅表明相似的性质每隔一定数目的元素要重复一次（即循环出现，如：碱金属、卤素）；并且也表示元素性质的变化，从碱金属元素到卤族元素，是按照一定的顺序而递变的。随着原子量的增加，引起了元素的周期性的质变。

元素周期表（门捷列夫周期表）就是以这个定律为基础创立的。

根据周期原子量增加的顺序把元素依次排列后……可以把它们分成几个部分。在每一个部分里，可以看到元素的性质是有次序的变化着。门捷列夫把每一个这样的部分叫做一个周期。在我们已观察过的两个周期中，由碱金属锂到卤素氟（即表上的II列和惰性气体氖，或由碱金属钠到卤素氯和惰性气体氩（即表上的III列），各有8种元素，这是小周期。在其次的两个大周期里，由碱金属到惰性气体之间排列着18种元素。再次的大周期有32种元素。最后的不完全的周期中有6种元素（新发现的超铀元素未计算在内）。

…… ……

门捷列夫周期表

现在我们已经了解了什么是大周期和小周期，那么我们就可以进行研究门捷列夫周期表。表内小周期中的元素是一个接一个的依次排列着。大周期中的元素也是一个接一个的依次排列着，但把它分成两部分，以使原子价相同的元素，都能分别放在小周期的同价元素这一行内。因此使表更加简明。

在表内共有10个横列，其中的第一列仅由两个最轻的元素——氢和氦组成，这就是第一个周期。

在每个元素符号前面（或后面）的数目字，是元素排列顺序的编号即原子序数。在元素名称下面的数字，是它们的原子量。

表内的元素排成9个纵行，同行的元素组成一个类，我们用罗马数字来标出不同的类，最后的一类是不起化学反应、原子价为零的惰性气体，就叫做零类。

表中的元素符号不置于各栏的正中，而稍微靠左或靠右，这为的是不仅依据原子值把相似的元素归于一类，而且还根据元素的性质进而把同类元素中更相似的元素加以区别。这样，在每类中，又都分成了由更相似的元素所组成的两个族。

在各类元素中，凡是包含了小周期元素的族，就叫做主族；凡是不包含小周期元素的族，就叫做副族。

由于这样排列，在第七类中所有的卤素和At，都是靠右上下排列着（主族）；而金属Mn、Tc和Re则靠左（副族）。同样在第五类中的N、P、As、Sb和Bi的性质极相似，所以是一族（主族），而金属V、Cb、Ta和Pa则是另一族（副族）等。

可以看出，大周期的偶数列（即大周期的前半部）仅包括金属元素，在各类中都靠左；但是奇数列（即大周期的后半部），尽在后部才出现非金属元素，在各类中都靠右。(www.chuimin.cn)

在表的下面，有相当于各类元素氧化物的通式，它们表示能生成盐的高价氧化物。表中以字母R 来代替各个元素的符号，R 并不是某个元素的实际符号。再下面是元素的氧体状态的高价氢化物的通式，但这个通式仅适用于第四类到第七类的元素；同时在这些通式中可以看出元素的原子价，如果从氢化物来看，则随原子量的增加，其原子价降减低，例如：与氧化合的氯是7价，而与氢生成的化合物PH（即氯化氢ClH）中，氯却是1价。所以我们知道，一个元素和氧化合的原子价是和氢化合的原子价的总和，等于一个常数8。

已经讲过，在横列中由左到右能观察到金属性质逐渐减弱，而非金属性质逐渐增强。若再观察一下在同类中金属和非金属性质的变化，则我们会看到非金属性质从上到下逐渐减弱，而金属性质则逐渐增强。例如：第五类的主族中，我们首先看到两个典型的非金属——氮N 和磷P。它们的下面是砷As，根据砷的化合物，知道砷是非金属，然而游离状态的砷是金属性质。硫化砷中的砷也是金属性质。再下面的锑Sb，它在某些化合物中呈金属性质，游离状态的锑具有金属光泽，只是在脆性上和普通的金属有些差别。在这族中的最后一个元素是金属铋Bi，它在化合物中能够表现出金属性质，有如3价的金属而置换酸中的氢；但是它又能生成不安定的铋酸HBiO3，在铋酸中的铋和在硝酸中的氮一样，都是5价。

预言的元素

在门捷列夫根据周期律制作元素周期表时，他仅知道64种元素，所以最初在门捷列夫周期表中有很多空白的位置，现在这些空白的位置已陆续被钪Sc（第四列第三类），镓Ga（第五列第三类），和锗Ge（第五列第四类）等元素所填满。

在那时的周期表中，所以出现空白位置，是因为和某一元素原子量相近的次一元素，根据其性质和化合物的类型，实在不能把它放入该位置而空出来的。1871年门捷列夫根据周期律肯定地指出，这些空白的位置是表示尚未发现的元素之存在。

根据空白位置纵横方面的邻近元素的性质，门捷列夫当时已经确定了这些元素的大约原子量，并且指出了这些元素在单质状态时某些性质，以及它们所能生成的一些化合物和这些化合物的特征。

门捷列夫的预言被十分正确地证实了。有些预言的元素在门捷列夫活着的时代即已被发现，例如镓被法国科学家白布德兰在1875年发现，钪在1879年为瑞典的科学家尼曾孙和克烈菲所发现，在1884年德国科学家文克烈尔又发现了锗。

其后又发现了许多门捷列夫所预言的元素。

最初创立周期表的时候，门捷列夫曾经发现某些元素根据它们的性质所应当占据的位置，与原子量的递增发生矛盾，因而认为它们的原子量是不正确的，重新测定它们原子量的结果，证实了门捷列夫是正确的，于是改正了不正确的原子量。

由此可见，周期律在科学史上有很大的贡献，就是在现代，它仍然有很重要的意义，帮助人们进行很多的研究工作。

发现定律，然后进而预言现象，是人类思想的极其光辉的成就之一。定律并不是用人类的意志强加于自然之上的东西，而仅是正确地表现出在人类头脑中所反映的自然现象的内在联系。

门捷列夫定律指出：元素并不是互不相关的，而是有着紧密联系的内在联系的，虽然各元素间在性质上有着明显的区别，但是它们之间有着若干的通性，并且处于如此密切的联系中。这一切，刺激着人们作进一步的研究，人类必须探究出其中的根源。最近几十年的科学研究，尤其是原子构造的发现，使我们在这方面得到了巨大的成就。

应当注意在元素周期表中还有某些矛盾和例外，例如：氩A 的原子量39.944，比钾K 的原子量39.096 大；碲Te——127.61 比碘I——126.92大；钴Co——58.94比镍Ni——58.69大，然而又不可以把碱金属钾放在惰性气体一类中，而把惰性气体氩放在碱金属一类中，或从卤族中把碘除去而放入碲等。当时认为很可能是它们的原子量有错误，由此关于正确确定它们的原子量问题研究了很久，但是最准确的研究也没得到正确的结果。这一个矛盾也是在进一步揭露了原子构造的秘密以后才得到了解决。

（节录自高级中学课本《化学》第二册，人民教育出版社，1953年，第2—11页。）

元素周期表的创立和发现

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