【48812】150岁的元素周期表都阅历了哪些改变?
简直一切化学实验室的墙上都挂了一张元素周期表。元素周期表的创造一般归功于俄国化学家德米特里·门捷列夫(Dimitri Mendeleev)。1869年,他在卡片上写下其时已知的63种元素,然后依据化学和物理特性将它们依照队伍排布。为庆祝这一科学时间诞生150周年,联合国宣告2019年为周期表世界年。可是实际上门捷列夫并不是第一个提出元素周期表的人。 许多人都有将元素摆放成表格的主意。 几十年前,化学家约翰·道尔顿(John Dalton)试图为元素创立一个表格以及一些适当风趣的符号(惋惜并没有流行起来)。 而在门捷列夫创立元素周期表的前几年,约翰·纽兰兹(John Newlands)还依据元素的性质对元素进行排序,创立了一张表格。
门捷列夫的天才之处在于他为元素周期表留出了空白。他意识到表格上缺失了某些元素,没有被人们发现。 因而,在道尔顿、纽兰兹和其他人都在摆放其时人们现已发现的元素时,门捷列夫为不知道的元素留下了空间。 更令人惊奇的是,他精确地猜想了这些缺失元素的性质。
门捷列夫含有缺失元素的元素周期表。(图片来自:Wikimedia Commons
注意到上面表格中的问号了吗?比方,在Al(铝)周围有一个不知道金属的方位。门捷列夫预言它的原子质量为68,密度为6g/cm3,熔点十分低。六年后,Paul Émile Lecoqde Boisbaudran别离出镓,它的原子质量为69.7,密度为5.9 g/cm3,熔点低到捧在手心就会变成液体,刚好添补Al周围的空缺。门捷列夫对钪、锗和锝(直到1937年,即他逝世30年后才被人们发现)也做了相同的猜想。乍一看,门捷列夫的元素周期表看起来并不像咱们了解的周期表。 一方面,现代的元素周期表有一些门捷列夫疏忽的元素(其时他并没有留下空间),其间最明显的是惰性气体(如氦气、氖气、氩气)。 而且该表的方向与咱们的现代版别也不同,咱们现在将(本家)元素排成列,再按行排布。
可是一旦你把门捷列夫的周期表转个90度,就会发现他的周期表和现代版别十分相似。 例如,卤素——氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)(门捷列夫表顶用J表明)——都互相相邻。今日它们摆放在表格的第17列(化学家更喜爱称之为第17族)。从门捷列夫的周期表到咱们了解的周期表看起来好像仅仅一个小小的腾跃,但在门捷列夫的周期表出书后的多年里,仍有许多人测验对元素进行其他办法的摆放。 乃至在对门捷列夫的周期表旋转90度后,仍是有人提出了一些乖僻而美妙的摆放方法。
一个特别有目共睹的比如是海因里希·鲍姆豪尔(Heinrich Baumhauer)于1870年宣布的螺旋形周期表,氢元素坐落中心,其他元素按原子质量递加而向外螺旋排布。落在每个相似车轮辐条上的元素具有相同特点,与今日元素周期表中的同一列(族)的元素相同。此外,还有亨利·巴塞特(Henry Basset)在1892年提出的较为古怪的“哑铃”方法周期表。虽然如此,到了20世纪初,元素周期表选用1905年阿尔弗雷德·维也纳(Alfred Werner)规划的极为现代的款式,也便是今日咱们所了解的横向布局。稀有气体第一次出现在咱们现在了解的最右边的方位。维也纳还学习门捷列夫的做法,在表中留有空余方位,但他以为存在比氢更轻的元素,而且还有一个元素坐落氢和氦之间的这些猜想都过头了(实际上这些元素都不存在)。
虽然这个看上去是张适当现代的元素周期表,但仍然需求一些调整。特别有必定的影响力的是查尔斯·詹内特(Charles Janet)的版别。 他选用了物理学家的办法,并使用新发现的量子理论创立了根据电子构型的布局办法, 由此发生的“左阶”(left step)周期表仍然是许多物理学家的首选。风趣的是,虽然其时只知道92个元素(咱们现在只要118个),詹尼特将元素排到了120号。
现代元素周期表其实便是从詹尼特版别直接演化而来。碱金属(锂最初的一列元素)和碱土金属(铍最初的一列元素)从最右边移动到最左面,构成一个十分宽的(长形)周期表。这种布局的问题就在于它不能很好地合适页面或海报,因而很大程度上因为美学原因,f区元素一般被剪切下来,放在主表下方。 这就构成了咱们今日所知道的元素周期表。这并不是说人们没有修正布局,一般是为了杰出传统表格中不明显的元素之间相关性。元素周期表有数百种变体(检查Mark Leach的数据库),其间螺旋和3D版别特别受欢迎,更甭说还有其他许多搞笑的版别了。
3维门捷列夫花朵型元素周期表。(图片来自:Тимохова Ольга/Wikipedia, CC BY-SA)
我将门捷列夫的元素周期表和亨利·贝克(Henry Beck)规划的伦敦地铁图融组成下图,你们觉得怎么?
还有其他令人头晕目眩的仿照,这些仿照旨在给人科学的感觉将各式各样的东西,从啤酒到迪士尼人物进行分类。我特别喜爱“荒谬的主意”这一著作。一切的这些都表明晰元素周期表已成为科学领域内的标志性符号。