1834年,门捷列夫出生于俄国西伯利亚的托波尔斯克市。他是一位很好的教师和自由主义支持者,曾经因为支持抗议学生而辞去教授的职务。1869年,当俄国化学教授德米特里·门捷列夫计划为他的学生编一本教科书时,已经确定的元素有63种(截至2019年被确定的有118种)。 (门捷列夫邋遢的外表极具个性) CHEMICAL ELEMENT 这里所说的元素,是构成所有物体的最基本的单一物质;那些由两种或多种物质混合而成的物质叫做混合物(例如空气、水、天然气、石油等)。19世纪,化学家们发展了新的技术,可以使他们从混合物中分离出更多的元素。当知识发展到原子(组成元素的单元)时,科学家们开始寻找元素分类的方法。门捷列夫把它们排列在周期表上,成为了现代化学的奠基石。 【什么是元素?】 元素是由一种类型的原子构成的物质,这种原子不能被分解成其他物质。例如,嵌入到这个岩石中的是金,一种金属元素。 (含金矿石)元素可以出现在自然界,比如金;或者可以从混合物(由两种或两种以上的元素构成的物质)中被人工离析出来,比如磷。到2019年为止,共有118种元素被发现,其中94种存在于地球上。自然界现存最重的元素是93号镎。 “元素如果按照它们原子的重量排列,会显示出一定的规律性。”——门捷列夫 【原子的重量】 1808年,英国科学家约翰·道尔顿(1766-1844)提出,每一种元素都由相同大小的原子构成,并且不同元素的原子,可以通过重量被识别出来。原子被认为是物质最小的组成部分,这么微小的东西怎么称重呢?道尔顿用最轻的元素的一个原子——氢的重量来比较不同原子的重量。 【物质最小的组成部分】 【排列元素的顺序】 当门捷列夫创造他的周期率和周期表时,他和其他的化学家试图将元素按照一定的顺序进行排列。一种方法是用物理性质对它们进行分类,例如硬度、颜色和脆度。另一种方法是用化学性质来分类,例如,它们怎样与其他元素发生反应。 (铜)例如,铜(Cu)是一种略带红色的金属,比铁软,容易弯曲;镁(Mg)被加热时会着火;水银(Hg)是唯一在室温下呈现液态的金属。 【化学卡片】 门捷列夫给每个元素制作了一张卡片,并且写上了它的符号、重量以及它的物理性质。他把卡片按照原子的重量在一张表中排列。相互垂直排列的元素化学性质相近。如果一个元素不符合这个模式,门捷列夫会重新评估它的重量。 【门捷列夫的周期表】 1869年,门捷列夫先把常见的元素族按照原子量递增的顺序拼在一起,之后是那些不常见的元素,最后只剩下稀土元素。门捷列夫将所得出的结果制成一张表,这是人类历史上第一张化学元素周期表。在这个表中,周期是横行,族是纵行。门捷列夫还为尚未发现的元素留出了位置,并且在论文中指出:按原子量由小到大的顺序排列各种元素,在原子量跳跃过大的地方,会有新元素被发现,因此周期律可以预言尚待发现的元素。 1871年,门捷列夫在第一张元素周期表的基础上,发表了第二张周期表。他改竖排为横排,使同族元素处于同一竖行中,更突出了元素性质的周期性。化学元素周期律的发现工作圆满完成。门捷列夫的周期表提供了关于每个元素的信息最快的查询工具。他设计的格子状的模式,把元素从最上端左侧的氢开始,按照原子重量顺序排列。每个元素都有一个原子序号,并且把它们按行列进行排列,这样使那些有相近性质的元素互相垂直排列。门捷列夫的系统在当时并不是唯一可用的,但它的特殊性在于预言了仍有未发现的元素存在,并且为它们在表中的恰当位置留下了空间。门捷列夫从理论上计算出这些尚未发现的元素的重要性质,断定它们介于邻近元素的性质之间。 (门捷列夫周期表)例如,在锌与砷之间的两个空格中,他预言这两个未知元素的性质分别为类铝和类硅。就在他预言后的四年,法国化学家布阿勃朗用光谱分析法,从闪锌矿中发现了镓。实验证明,镓的性质非常像铝,也就是门捷列夫预言的类铝。镓的发现为之后的元素研究和探索,提供了一个可遵循的规律。 (2019元素周期表)但由于时代的局限性,门捷列夫的元素周期律并不是完整无缺的。1913年,英国物理学家莫塞莱在研究各种元素的伦琴射线波长与原子序数的关系后,证实原子序数在数量上等于原子核所带的阳电荷,进而明确了元素周期律的基础不是原子量而是原子序数。 (2019元素周期表)【你知道吗?】 ★门捷列夫的《化学原理》被国际化学界公认为标准著作,前后重版八次。 ★1955年,美国的乔索、哈维、肖邦等人,在加速器中用氦核轰击锿(253Es),锿与氦核相结合,发射出一个中子,获得了新的元素。 他们以门捷列夫(Mendeleyev)的名字将其命名为钔(Mendelevium,Md)。 ★1878年,门捷列夫和巴甫洛夫一起创办了世界著名公立研究型大学——托木斯克大学(四所最顶尖的俄罗斯国立大学之一)。 ★出于某些原因,门捷列夫没有获得诺贝尔奖。 ★为了纪念门捷列夫发表元素周期表(1869年)这一伟大成就,联合国大会宣布2019年为国际化学元素周期表年(距元素周期表发表150年)。 |