門捷列夫時期的元素週期表和現在的版本有什麼不同?

時間 2021-05-31 09:31:04

1樓:

門捷列夫時期的元素週期表和我們現在見到的還是有一定區別的,元素週期表本身的出現與演變就是一件很有意思的事情。在元素週期表的歷史上,有三個非常重要的里程碑事件,可以說元素週期表的出現與完善反應了在化學的嬰兒時期,人類對化學的認識。

首先我們從對元素的認識開始。這在我們今天看來是很簡單的問題,可是對於當時的人來說,界定元素是乙個非常困難的問題。讓我們來看看第一張元素表,由不幸被送上斷頭台的拉瓦錫同學貢獻。

從拉瓦錫的元素表我們可以看出,當時人類對於元素的看法是比較模糊的,其中大部分和我們現在觀念中的元素一致。但是非常不幸的是由於條件限制,導致相當一部分化合物與基團被當成元素。甚至還有諸如光,熱這類涉及能量的的過程也被當成了元素。

但是從拉瓦錫開始,化學工作者開始採用計量法研究化學過程。與拉瓦錫同時期的道爾頓提出和豐富了現代的原子論觀點,這可以說是元素週期表出現前的第二個里程碑。於此同時,化學家開始測定對原子量進行測定,在之後的研究中,陸陸續續地發現一些化合物實際上由更加基本的單元組成,而在此之前被認為是元素的化合物陸續被發現是一系列元素的組合。

隨著原子量的測定以及各種新元素陸續發現,人類從大量實踐中發現元素之間似乎存在相似性。

以上為元素週期表,在這裡特別標註了每一種元素被發現的時間

當然現在我們用元素週期表的目的就是為了推測元素的化學性質,最早進行這個嘗試是在2023年。有個叫貝萊納的化學家發現一些元素之間化學性質相似,而且他們的分子量存在一定關係,這些元素三個一組,原子量剛好呈現等差數列,當時把這個規律叫做三素率。從現在觀點來看,他發現了部分同族元素化學性質相似的特點,非常可惜的是當時發現的元素太少了,還不足以讓他歸納出元素週期率。

截至2023年被發現的元素,其中紅字部分標出的涉及三素率的15組元素

到了19世紀60年代,大部分元素已經被發現了。同時元素性質隨分子量增大產生的週期性變化也引起了化學家的注意。所以後來又有了所謂八音率,八音率表大概在2023年的時候由化學家紐蘭提出。

8音律元素週期表劃分

八音律元素週期表用今天的觀點來看是非常奇葩的,從這個圖中我們可以看出,這個元素表將元素分為七組,每組8個元素。如果用現在的元素週期表重現的話會發現非常多的元素族的劃分都是有錯誤的。造成這個錯誤的原因就在於:

首先,當時對化學反應的認識有限,有些區別很大的反應被認為是一類反應,這要導致了紐蘭牽強附會地將某些元素強塞進錯誤的族。其次,有一些元素沒有被發現,在製作8音表的過程中沒有認識到這一點,為這些元素留出空間。最後,相當一部分元素的原子量測定有問題。

8音律元素週期表,可以說離成功就差一步,歸根到底還是紐蘭不夠仔細,當然在那個時代做出這樣的工作也是難能可貴了。紐蘭在當時可以算人才了,但是在同一時期的門捷列夫就是天才了。門捷列夫提出元素週期表的時間在2023年,此後又在2023年修正了一版。

可以說只比紐蘭晚了幾年,在這幾年中新元素與新化學反應的發現實際上並不多。但是門捷列夫對前人工作的總結能力明顯強於紐蘭。同時他還認識到關鍵的兩點,那就是元素週期表中有一些空位要留給沒有發現的元素,同時他還預言了很多元素的分子量的測定存在錯誤。

我們現在來看看門捷列夫的元素週期表,第一幅圖為原版元素週期表,第二幅圖為原版與現在版本的對比。

門捷列夫的元素週期表將元素分為8個族,5個週期,每乙個族由典型元素和5個週期組成,每個週期還專門列出了I類與II類元素,相當於我們現在概念中的主族與副族。同時對於未發現的元素,門捷列夫專門留出了空間,同時還質疑了一些已有元素的分子量。在門捷列夫元素週期表的指導下,人類相繼發現了一系列新元素,進一步驗證了元素週期表的可靠性。

實際上門捷列夫編制元素週期表的時候除了參考元素化學性質之外,還充分考慮了元素的氧化物與氫化物分子式的關係,使得元素週期表能夠正確的與元素化合價進行關聯。對比今天的元素週期表,可以說門捷列夫元素週期表元素的族劃分基本正確,這在當時人類還沒有建立原子結構模型的條件下是非常難能可貴的。

門捷列夫時代的元素週期表已經和我們現在的非常類似了。比較大的區別在以下幾點,首先少了稀有氣體,畢竟當時稀有氣體並沒有被發現,因此這一點情有可源。其次在週期較高的情況下對於部分鑭系與錒系元素的排列尚有錯誤,這是由於鑭系與錒系元素週期大,發現晚而且元素性質過於相似,難以分離,對其化學上的研究並不充分。

最後,部分元素的主族與副族的劃分存在問題,這在第一族與第二族的元素中比較普遍。

里程碑3:原子結構的認識與現代元素週期表

在19世紀,人類認識元素週期最大的困難還是在於對原子結構不了解,所以對週期的認識是非常侷限的,可以說門捷列夫的元素週期表在這個背景下是人類對元素化學性質歸納總結的極致。而到了20世紀隨著原子結構認識進一步的深化,以及量子化學的發展,元素週期律迎來了第三個里程碑,我們現在的元素週期表基本上是按照電子的排布來排列了,因此能更加精確地反映元素的化學性質。

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