1、元素周期表的發(fā)明、發(fā)展、意義及未來作者：劉晟 指導(dǎo)教師：劉志剛學(xué)院：電信學(xué)院 專業(yè)：通信工程 學(xué)號(hào)：1110510207聯(lián)系人手機(jī)號(hào)郵箱：cengnuexiaofeng摘要：元素周期表揭示了物質(zhì)世界的秘密，把一些看來似乎互不相關(guān)的元素統(tǒng)一起來，組成了一個(gè)完整的自然體系。它的發(fā)明，是近代化學(xué)史上的一個(gè)創(chuàng)舉，對(duì)于促進(jìn)化學(xué)的發(fā)展，起了巨大的作用。本文按時(shí)間順序說明了元素周期表從創(chuàng)始到發(fā)展的過程、其重要的意義、新元素的發(fā)現(xiàn)以及元素周期表的未來。關(guān)鍵詞：元素周期表，門捷列夫，發(fā)展，意義1.元素周期表的發(fā)明19世紀(jì)初, 道爾頓的原子論提出以后, 人們對(duì)化學(xué)元素的概念就更加清晰了。

2、到1869年時(shí), 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的元素達(dá)到了63種, 當(dāng)時(shí)最令化學(xué)家激動(dòng)的事莫過于發(fā)現(xiàn)一種新元素了。然而, 世界上究竟有多少元素, 它的數(shù)量是有限的還是無限的? 這些化學(xué)性質(zhì)不同的元素有沒有什么內(nèi)在的聯(lián)系? 1865年，英國化學(xué)家紐蘭茲把當(dāng)時(shí)已知的元素按原子量大小的順序進(jìn)行排列，發(fā)現(xiàn)無論從哪一個(gè)元素算起，每到第八個(gè)元素就和第一個(gè)元素的性質(zhì)相近。這很像音樂上的八度音循環(huán)，因此，他干脆把元素的這種周期性叫做“八音律”，并據(jù)此畫出了標(biāo)示元素關(guān)系的“八音律”表。顯然，紐蘭茲已經(jīng)下意識(shí)地摸到了“真理女神”的裙角，差點(diǎn)就揭示元素周期律了。不過，條件限制了他作進(jìn)一步的探索，因?yàn)楫?dāng)時(shí)原子量的測(cè)定值有錯(cuò)誤，而且他也沒

3、有考慮到還有尚未發(fā)現(xiàn)的元素，只是機(jī)械地按當(dāng)時(shí)的原子量大小將元素排列起來，所以他沒能揭示出元素之間的內(nèi)在規(guī)律。德米特里·伊萬諾維奇·門捷列夫生于1834年二月七日俄國西伯利亞的托波爾斯克市。1850年，家境困頓的門捷列夫藉著微薄的助學(xué)金開始了他的大學(xué)生活。門捷列夫在學(xué)校讀書的時(shí)候，一位很有名的化學(xué)教師熱情地向他們介紹當(dāng)時(shí)由英國科學(xué)家道爾頓始創(chuàng)的新原子論。由于道爾頓新原子學(xué)說的問世促進(jìn)了化學(xué)的發(fā)展速度，一個(gè)一個(gè)的新元素被發(fā)現(xiàn)了。化學(xué)這一門科學(xué)正激動(dòng)著人們的心。這位教師的講授，使門捷列夫的思想更加開闊了，決心為化學(xué)這門科學(xué)獻(xiàn)出一生。在理論化學(xué)里應(yīng)該指出自然界到底有多少元素？元素之

4、間有什么異同和存在什么內(nèi)部聯(lián)系？新的元素應(yīng)該怎樣去發(fā)現(xiàn)？這些問題，當(dāng)時(shí)的化學(xué)界正處在探索階段。為了徹底解決這個(gè)問題，從1859年到1867年，他參觀和考察了法國、德國、比利時(shí)的許多化工廠、實(shí)驗(yàn)室，大開眼界，豐富了知識(shí)。這些實(shí)踐活動(dòng)，不僅開闊了他認(rèn)識(shí)自然的思路，而且對(duì)他發(fā)現(xiàn)元素周期律，奠定了雄厚的基礎(chǔ).門捷列夫又返回實(shí)驗(yàn)室，把重新測(cè)定過的原子量的元素，按照原子量的大小依次排列起來。他緊緊抓住元素的原子量與性質(zhì)之間的相互關(guān)系，不停地研究著。他的心血并沒有白費(fèi)，在1869年二月十九日，他終于發(fā)表了世界上第一張?jiān)刂芷诒怼?.元素周期表的發(fā)展1871，門捷列夫?qū)ψ约旱闹芷诒碜髁诉m當(dāng)調(diào)整, 并預(yù)言了原子

5、量為44 ( Sc) 、68 ( Ga) 和72 ( Ge) 的元素的存在和性質(zhì). 1875 年至1886 年之間, 科學(xué)家在自然界發(fā)現(xiàn)了這3 種元素. 這無疑使門捷列夫成為名垂青史的化學(xué)家. 值得一提的是, 德國化學(xué)家Meyer 于1870 年也獨(dú)立做出了幾乎等同于門捷列夫周期律觀點(diǎn)的結(jié)論.由于時(shí)代的局限性，門捷列夫的元素周期律并不是完整無缺的。1894年，惰性氣體氬的發(fā)現(xiàn)，對(duì)周期律是一次考驗(yàn)和補(bǔ)充。1913年，英國物理學(xué)家莫塞萊在研究各種元素的倫琴射線波長(zhǎng)與原子序數(shù)的關(guān)系后，證實(shí)原子序數(shù)在數(shù)量上等于原子核所帶的陽電荷，進(jìn)而明確作為周期律的基礎(chǔ)不是原子量而是原子序數(shù)。在周期律指導(dǎo)下產(chǎn)生的源于

6、結(jié)構(gòu)學(xué)說，不僅賦予元素周期律以新的說明，并且進(jìn)一步闡明了周期律的本質(zhì)，把周期律這一自然法則放在更嚴(yán)格更科學(xué)的基礎(chǔ)上。元素周期律經(jīng)過后人的不斷完善和發(fā)展，在人們認(rèn)識(shí)自然，改造自然，征服自然的斗爭(zhēng)中，發(fā)揮著越來越大的作用。從19世紀(jì)末到20世紀(jì)初, 人們發(fā)現(xiàn)了許多新元素, 于是對(duì)門捷列夫周期表進(jìn)行了一定的調(diào)整, 最明顯的是增加了一個(gè)豎行( 族) , 即稀有氣體, 并以鑭系元素系列取代了Ba 和Hf 之間的一種元素. 20 世紀(jì)初元素總數(shù)已增至85, 同時(shí)原子序數(shù)的概念作為周期表中元素順序的基礎(chǔ)已被確立. 在之后的25 年中, 又發(fā)現(xiàn)了鈾等超重元素. 20 世紀(jì)40 年代初期, 已知的3 種超重元素

7、Th、Pa、U 被認(rèn)為各自與Hf、Ta、W 有聯(lián)系. 后來, 核裂變反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致了更多的超重元素的發(fā)現(xiàn). 通過對(duì)93 和94 號(hào)元素的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行考察, 發(fā)現(xiàn)它們與鈾非常相似而不同于Re 和Os. 在1944 年, Seaborg G T 提出將89 103號(hào)之間的元素類似于鑭系元素一樣置于Ra 之后, 并將這一系列稱為錒系. 這種排列一直延用至今.19641968 年, 蘇聯(lián)科學(xué)家首先合成了104 號(hào)和105 號(hào)元素. 此后, 美國化學(xué)家Albert Ghiorso 及其合作者也合成了104 號(hào)和105 號(hào)元素, 并在此基礎(chǔ)上, 合成了106 號(hào)元素. 20世紀(jì)80年代初, 德國人合成了1

8、07、108、109 等3 種元素. 1994 年, 德國的Darmstadt 研究中心首次合成110 號(hào)元素, 1 個(gè)月之后, 蘇聯(lián)和美國的科學(xué)家一道合成了110 號(hào)元素的原子量為273 的同位素. 通過對(duì)110 號(hào)元素進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)其性質(zhì)與Ni、Pd、Pt 相似, 這有力地證明了目前元素周期表排列的科學(xué)性. 1996 年, 德國GSI 實(shí)驗(yàn)室合成并確證了111 和112 號(hào)元素.上述新元素的合成都得益于元素周期表, 又豐富和發(fā)展了元素周期表. 科技的發(fā)展為人們研究和預(yù)測(cè)元素性質(zhì)提供了有力的工具, 目前運(yùn)用計(jì)算機(jī)可計(jì)算出元素的基態(tài)電子構(gòu)型和鍵特性, 從而對(duì)未來元素的性質(zhì)做出預(yù)測(cè), 為人們?cè)O(shè)

9、計(jì)未來元素周期表提供一定信息. 由于長(zhǎng)式周期表將內(nèi)過渡族( 鑭系、錒系及超錒系) 單獨(dú)列出, 使周期表失去了整體連貫性. 于是, 人們?cè)谥芷诒淼呐帕行问椒矫孀隽舜罅康墓ぷ? 設(shè)計(jì)出了各種形式的元素周期表.應(yīng)當(dāng)承認(rèn), Strong F C 設(shè)計(jì)的環(huán)形周期表對(duì)于實(shí)現(xiàn)周期表整體連貫性具有突破性意義. 人們?cè)谠O(shè)計(jì)元素周期表的同時(shí), 也發(fā)現(xiàn)了不少新問題, 諸如元素周期系的界限問題、f 區(qū)元素的排列問題、元素周期律的不規(guī)則性和周期表中族序數(shù)的標(biāo)法等.對(duì)這些問題的進(jìn)一步探究對(duì)于豐富和完善化學(xué)理論可起到積極作用. 平面元素周期表模型除了長(zhǎng)式周期表外, 典型的還有臺(tái)階式、環(huán)形、塔形、扇形及其他不同的表格形式.還

10、有一種比較獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)式元素周期表. 文獻(xiàn)列出了現(xiàn)代彩色元素周期表. 除了平面的元素周期表外, 有關(guān)元素周期表立體模型的設(shè)計(jì)也取得了很大進(jìn)展, 目前見諸報(bào)道的立體模型有支架式、大廈型、積木式、半球型等. 這些模型都著眼于元素周期律某一個(gè)方面的內(nèi)容, 在一定程度上能較好地解釋目前元素周期表模型設(shè)計(jì)方面所面臨的某些問題, 因而也是各有優(yōu)缺點(diǎn). 此外, 借助現(xiàn)代化手段, 將元素周期表通過計(jì)算機(jī)顯示, 并運(yùn)用一定的程序, 實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話, 進(jìn)一步方便了周期表的應(yīng)用, 具有貯存信息量大、檢索方便等特點(diǎn).3.元素周期表的構(gòu)造元素周期表中共有118種元素。每一種元素都有一個(gè)編號(hào)，大小恰好等于該元素原子的核內(nèi)

11、電子數(shù)目，這個(gè)編號(hào)稱為原子序數(shù)。在周期表中，元素是以元素的原子序排列，最小的排行最先。表中一橫行稱為一個(gè)周期，一列稱為一個(gè)族. 原子的核外電子排布和性質(zhì)有明顯的規(guī)律性，科學(xué)家們是按原子序數(shù)遞增排列，將電子層數(shù)相同的元素放在同一行，將最外層電子數(shù)相同的元素放在同一列。 元素周期表有7個(gè)周期，16個(gè)族。每一個(gè)橫行叫作一個(gè)周期，每一個(gè)縱行叫作一個(gè)族。這7個(gè)周期又可分成短周期（1、2、3）、長(zhǎng)周期（4、5、6）和不完全周期（7）。共有16個(gè)族，又分為7個(gè)主族（A-A），7個(gè)副族（B-B），一個(gè)第族，一個(gè)零族。4.元素周期表的意義元素在周期表中的位置不僅反映了元素的原子結(jié)構(gòu)，也顯示了元素性質(zhì)的遞變規(guī)律和

12、元素之間的內(nèi)在聯(lián)系。 同一周期內(nèi)，從左到右，元素核外電子層數(shù)相同，最外層電子數(shù)依次遞增，原子半徑遞減（零族元素除外）。失電子能力逐漸減弱，獲電子能力逐漸增強(qiáng)，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)。元素的最高正氧化數(shù)從左到右遞增（沒有正價(jià)的除外），最低負(fù)氧化數(shù)從左到右遞增（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，最外層電子數(shù)相同，核外電子層數(shù)逐漸增多，原子序數(shù)遞增，元素金屬性遞增，非金屬性遞減。元素周期表的意義重大，科學(xué)家正是用此來尋找新型元素及化合物。元素周期表揭示了物質(zhì)世界的秘密，把一些看來似乎互不相關(guān)的元素統(tǒng)一起來，組成了一個(gè)完整的自然體系。它的發(fā)明，是近代化學(xué)史上的一

13、個(gè)創(chuàng)舉，對(duì)于促進(jìn)化學(xué)的發(fā)展，起了巨大的作用。5.神秘的119號(hào)元素近日，俄羅斯科學(xué)家宣布，他們找到了元素周期表上的第119號(hào)元素。 位于俄羅斯葉卡捷琳堡市的全俄發(fā)明家專利研究院迎來了一位特殊的客人，他是一名工程師，來自斯維爾德羅夫州，他聲稱自己發(fā)現(xiàn)了元素周期表上的第119號(hào)元素，并希望獲得此項(xiàng)專利。這名工程師不愿意透露自己的姓名，也沒有向外界透露這一元素的合成方法，他向研究院的專家們解釋道，從重量上看，第119號(hào)元素是氫元素的299倍，也就是說，其原子量為299；它是元素周期表上尚未記錄的新元素，并最終完成元素周期表。 如果第119號(hào)元素重量是氫元素299倍的說法是正確的，那么它將元素周期表補(bǔ)齊的說法雖不能說是錯(cuò)誤的，但讓人感到十分費(fèi)解。因?yàn)檫@一元素如果存在，它將開啟元素周期表的第八個(gè)橫列，位于左下角第一個(gè)位置，而這與完成元素周期表的說法相悖。 眾所周知，元素周期表上最后一個(gè)元素是第118號(hào)元素，為惰性氣體元素，由美俄科學(xué)家利用俄方回旋加速器成功合成了118號(hào)超重元素，在2006年這一結(jié)果得到了承認(rèn)，這枚118號(hào)元素的原子量為297，只存在萬分之一秒。此后，118號(hào)元素衰變產(chǎn)生了116號(hào)元素，接著又繼續(xù)衰變?yōu)?14號(hào)元素。6.元素周期表的未來元素周期表已經(jīng)建立100多年, 為科學(xué)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn). 元素周