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1、第二節(jié) 原子結(jié)構(gòu)與元素周期表 科學(xué)史話：第一張?jiān)刂芷诒? 在十九世紀(jì)初期，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了不少元素。在這些元素的狀態(tài)和性質(zhì)方面，有些極為相似，有些則完全不同，有些元素在某些性質(zhì)方面很相似，但在另一些方面卻又差別很大。化學(xué)家們很自然地產(chǎn)生了一種尋求元素相之間內(nèi)在聯(lián)系從而把元素作一科學(xué)分類的要求?？茖W(xué)家們?cè)谶@方面作了不少的工作，曾發(fā)表了部分元素間相互聯(lián)系的論述。 1829年德國(guó)段柏萊納根據(jù)元素性質(zhì)的相似性，提出“三素組”的分類法，并指出每組中間元素的原子量大約等于兩端的元素原子量的平均值。但他當(dāng)時(shí)只排了五個(gè)三素組，還有許多元素沒(méi)找到其間相互聯(lián)系的規(guī)律。 1864年德國(guó)邁耶按元素的原子量順序把

2、元素分成六組，使化學(xué)性質(zhì)相似的元素排在同一縱行里。但也沒(méi)有指出原子量跟所有元素之間究竟有什么聯(lián)系。 1865年英國(guó)紐蘭茲把當(dāng)時(shí)所知道的元素按原子量增加的順序排列，發(fā)現(xiàn)每個(gè)元素? 它的位置前后的第七個(gè)元素有相似的性質(zhì)。他稱這個(gè)規(guī)律叫“八音律”。他的缺點(diǎn)在于機(jī)械地看待原子量，把一些元素（Mn、Fe等）放在不適當(dāng)?shù)奈恢蒙隙驯砼艥M，沒(méi)有考慮發(fā)現(xiàn)新元素的可能性。 直到1868年，邁耶發(fā)表了著名的原子體積周期性圖解。都末找出元素間最根本的內(nèi)在聯(lián)系，但卻一步步地向真理逼近，為發(fā)現(xiàn)元素周期律開辟了道路。 與邁耶爾相似，以先行者提供的借鑒為基礎(chǔ)，門捷列夫通過(guò)自己頑強(qiáng)的努力，于1869年2月編成了他的第一

3、張?jiān)刂芷诒怼?869年3月18日，俄國(guó)化學(xué)會(huì)舉行學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)，門捷列夫因病未能出席，他委托他的同事、彼得堡大學(xué)化學(xué)教授門許特金代他宣讀他的論文《元素性質(zhì)和原子量的關(guān)系》。在論文中，他指出： (1)按照原子量大小排列起來(lái)的元素，在性質(zhì)上呈現(xiàn)明顯的周期性變化。 (2)化學(xué)性質(zhì)相似的元素，或者是原子量相近（如Pt，Ir，Os），或者是依次遞增相同的數(shù)量（如K，Rb，Cs）。 (3)各族元素的原子價(jià)（化合價(jià)）一致。 (4)分布在自然界的元素都具有數(shù)值不大的原子量值，具有這樣的原子量值的一切元素都表現(xiàn)出特有的性質(zhì)，因此可以稱它們是典型的元素。 (5)原子量的大小決定元素的特征。 (6)應(yīng)該預(yù)

4、料到許多未知元素將被發(fā)現(xiàn)，例如排在鋁和硅后面的、性質(zhì)類似鋁和硅的、原子量位于65～75之間的兩種元素。 (7)當(dāng)我們知道了某些元素的同類元素的原子量后，有時(shí)可借此修正該元素的原子量。 (8)一些類似的元素能根據(jù)其原子量的大小被發(fā)現(xiàn)出來(lái)。 正如門捷列夫所指出的，周期律的全部規(guī)律性都表述在這些原理中。其中最主要的是元素的物理和化學(xué)性質(zhì)隨著原子量的遞增而做著周期性的變化。他的卓見(jiàn)沒(méi)有立即被接受。他的老師、俄國(guó)化學(xué)家齊寧甚至訓(xùn)誡他是不務(wù)正業(yè)。在這種壓力下，門捷列夫沒(méi)有象紐蘭茲那樣傷心地放棄對(duì)新理論的研究，他不顧名家的指責(zé)和嘲笑，繼續(xù)為周期律的揭示而奮斗。經(jīng)過(guò)兩年的努力，1871年他發(fā)表了關(guān)于周期

5、律的新論文。文中他果斷地修正了前一個(gè)元素周期表。例如在前一表中，性質(zhì)類似的各族是橫排，周期是豎排；而在新表中，族是豎排，周期是橫排，這樣各族元素化學(xué)性質(zhì)的周期性變化就更為清晰。同時(shí)他象邁耶爾那樣，將那些當(dāng)時(shí)性質(zhì)尚不夠明確的元素集中在表格的右邊，形成了各族元素的副族。在前表中為尚未發(fā)現(xiàn)的元素留下的4個(gè)空格，在新表中則變成了6個(gè)。 門捷列夫深信他所發(fā)現(xiàn)的周期律是正確的。他以周期律為依據(jù)，大膽指出某些元素的原子量是不準(zhǔn)確的，應(yīng)重新測(cè)定。例如當(dāng)時(shí)公認(rèn)金的原子量為169.2，按此，在周期表中，金應(yīng)排在鋨、銥、鉑（當(dāng)時(shí)認(rèn)為它們的原子量分別是198.6，196.7，196.7）的前面。而門捷列夫根據(jù)金的性

6、質(zhì)認(rèn)為金在周期表中應(yīng)排在這些元素的后面，所以它們的原子量應(yīng)重新測(cè)定。重新測(cè)定的結(jié)果是：鋨為190.9，銥為193.1，鉑為195.2，金為197.2。實(shí)驗(yàn)證明了門捷列夫的意見(jiàn)是對(duì)的。又例如，當(dāng)時(shí)鈾公認(rèn)的原子量是116，是三價(jià)元素。門捷列夫則根據(jù)鈾的氧化物與鉻、鉬、鎢的氧化物性質(zhì)相似，認(rèn)為它們應(yīng)屬于一族，因此鈾應(yīng)為六價(jià)，原子量約為240。經(jīng)測(cè)定，鈾的原子量為238.07，再次證明門捷列夫的判斷正確?；谕瑯拥牡览恚T捷列夫還修正了銦、鑭、釔、鉺、鈰、釷的原子量。 門捷列夫?qū)τ诟鞣N元素的單質(zhì)和化合物的化學(xué)性質(zhì)十分了解，并清楚多種原子量的測(cè)定方法，這些知識(shí)使他對(duì)周期律懷有堅(jiān)定的信念。而他在周期表中留下空位，并詳細(xì)預(yù)言尚未發(fā)現(xiàn)元素的種種性質(zhì)，則是他在揭示元素周期律的道路上邁出的最出色、最具膽略的一步。門捷列夫的興趣非常廣泛。他對(duì)物理學(xué)、化學(xué)、氣象學(xué)、流體力學(xué)等，都有許多貢獻(xiàn)。但他的生活卻十分簡(jiǎn)樸。他的衣服式樣常常落后別人十年以至二十年，他毫不在乎他說(shuō)：“我的心思在周期表上，不在衣服上?！? 恩格斯評(píng)價(jià)說(shuō)“門捷列夫不自覺(jué)地應(yīng)用黑格爾的量轉(zhuǎn)化為質(zhì)的規(guī)律，完成了科學(xué)上的一個(gè)勛業(yè)，這個(gè)勛業(yè)可與勒維烈計(jì)算尚未知道的行星海王星的勛業(yè)居于同等地位”。