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化学史实(14)——周期律的发现和周期表的诞生  

2012-06-23 07:13:13|  分类: 化学历史故事 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 化学史实(14)——周期律的发现和周期表的诞生

19世纪以来,人们发现的元素逐渐增多,到19世纪中叶已达60多种。人们在众多元素的面前急需找到一种关系,能使它们彼此贯穿起来并实现系统化,这正是历史赋予化学家发现周期律的任务。

最早寻求元素跟原子量关系的是德国化学家德贝莱纳(Dobereiner,1780——1849),他在1829年提出三元素规则,在当时已发现54种元素间可找出三个元素性质相似的组,每组中间元素的原子量刚巧是上下两个元素原子量的平均值。  

到1850年德国化学家培顿科弗发现性质相似的元素远非三个组,而且性质相似的元素间的原子量有一种奇妙的算术关系——它们的原子量间相差8或是8的倍数。

  Li =7      Na =7+2×8=23      K =23+2×8=39

  Mg =12    Ca =12+8=20        Sr =20+3×8=44

  Ba =44+3×8=68

1853年英国化学家格拉斯顿提出性质相似的同组元素原子量几乎相等,如

    铬组Cr26.7  Mn27.6  Fe28       Co29.5  Ni29.6

    铅组Pb53.3  Rh52.2  Ru52.2

    铂组Pt98.7  Ir99   Os99.6

1854年美国化学家卡克特把当时已知元素的性质分成6组,发现每组元素间有一定数学关系。例如,氢一组的式子是1+(n×3)。

  H =1+(0×3)=1      Li =1+(2×3)=7

  Na =1+(7×3)=22    K =1+(13×3)=40

1860年德国化学家迈尔(J.L.Meyer,1830——1895)提出新见解,他依照物理性质和原子量的关系排出如下一张元素分类表。

    —— —— —— —— Li Be

    C  N  O  P  Na Mg

    Si  P  S  Cl  K  Ca

    —— As  Se  Br  Rb  Sr

    Sn  Sb  Te  I  Cs   Ba

    Pb  Bi  —— —— Tl ——

这张表比以往任何一张元素分类表都高明,但有下列致命缺点,那就是只盲目按原子量递增排列,而未空出应有的位置来。其次,它按物理性质排列,很难揭示元素内在联系,以致几乎一半元素被摒弃于表外。

1865年英国皇家农业学会化学师纽兰兹(A.Y.Newlands,1837——1898)把当时已发现的62种元素按原子量递增顺序排列,发现当排列到第八个元素时会出现性质跟第一个元素相似的情况,他把这种规律叫做八音律。

    H1  Li2  G3  Bo4 C5  N6  O7

    F8  Na9  Mg10  Al11  Si12 P13 S14

    Cl15  K16  Ca17  Cr18  Ti18  Mn20  Fe21

    Co或 Ni22  Cu23  Zn25  Y24  Zn26  As27  Se28

    Br29 Rb30  Sr31  Ce或La33  Zr32  V或Mo34  Ro或Ru35

    Pd36  Ag37 Cd38  V40  Sn39  Sb41  Fe43

    I42  Cs44  Ba或V45  Ta46 W47  Nb48  Au49

    Pt或Ir50  Tl53 Pb54  Th56  Hg52  Bi55 Os51

纽兰兹的排列比以往任何一个人排列有独到之处。他把元素按原子周期性即八音律排列,还大胆地根据元素性质作颠倒排列,但是他的局限性是只机械地按原子量递增排列,而未给当时尚未发现的元素空出位置,更未能揭示元素从量变到质变这一重要规律。因此,纽兰兹的论文发表后受到极不公正的待遇,使纽兰兹一气之下不再从事化学研究。

发现元素周期律的任务终于落到俄国化学家门捷列夫肩上。门捷列夫总结几十年来这方面的正反经验,经过成千次排列,终于按原子量递增顺序结合元素的化学性质递变规律排列成表,并清楚地意识到必须根据元素性质变化规律留下适当的空格。他毅然把氢和后继元素分开,把稀土元素独立抽出来。这样排列以后,门捷列夫得出以下结论:

(1)元素按原子量递增排列,在性质上无疑会出现周期性变化。

(2)原子量的大小决定元素的基本特征,正像质点大小决定复杂物质那样。

(3)按照元素原子量排列得出的周期表,可预测未知元素的存在。例如,原子量位于65到75之间必有一个未发现的元素。

(4)根据门捷列夫排出的周期表,还可用来校正已经测定的原子量是否正确。

(5)性质相似元素原子量大致相同或者是有规律递增,形成的族和它们的化合价相对应。

门捷列夫的结论把原子量递增排列方法上升到化学理论上来认识,并把它跟元素本身的特征联系起来,用它来发现新元素和校正已知元素的原子量。在客观上使当时无机化学的混乱情况宣告结束,使无数实验事实都统一在周期律之下。从此,许多新元素的发现也靠它提供理论指导。

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