元素周期表的发现和意义

一、元素周期表发现史

在化学教科书中，都附有一张“元素周期表”。这张表揭示了物质世界的秘密，把一些看来似乎互不相关的元素统一起来，组成了一个完整的自然体系。它的发明，是近代化学史上的一个创举，对于促进化学的发展，起了巨大的作用。看到这张表，人们便会想到它的最早发明者——门捷列夫。

德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫生于一八三四年二月七日俄国西伯利亚的托波尔斯克市。这个时代，正是欧洲资本主义迅速发展时期。生产的飞速发展，不断地对科学技术提出新的要求。化学也同其它科学一样，取得了惊人的进展。门捷列夫正是在这样一个时代，诞生到人间。门捷列夫从小就热爱劳动，热爱学习。他认为只有劳动，才能使人们得到快乐、美满的生活；只有学习，才能使人变得聪明。

门捷列夫在学校读书的时候，一位很有名的化学教师，经常给他们讲课。热情地向他们介绍当时由英国科学家道尔顿始创的新原子论。由于道尔顿新原子学说的问世，促进了化学的发展速度，一个一个的新元素被发现了。化学这一门科学正激动着人们的心。这位教师的讲授，使门捷列夫的思想更加开阔了，决心为化学这门科学献出一生。

门捷列夫在大学学习期间，表现出了坚韧、忘我的超人精神。疾病折磨着门捷列夫，由于丧失了无数血液，他一天一天的消瘦和苍白了。可是，在他贫血的手里总是握着一本化学教科书。那里面当时有很多没有弄明白的问题，缠绕着他的头脑，似乎在召呼他快去探索。他在用生命的代价，在科学的道路上攀登着。他说，我这样做“不是为了自己的光荣，而是为了俄国名字的光荣。”——过了一段时间以后，门捷列夫并没有死去，反而一天天好起来了。最后，才知道是医生诊断的错误，而他得的不过是气管出血症罢了。

由于门捷列夫学习刻苦和在学习期间进行了一些创造性的研究工作，一八五五年，他以优异成绩从学院毕业。毕业后，他先后到过辛菲罗波尔、敖德萨担任中学教师。这期间，他一边教书，一边在极其简陋的条件下进行研究，写出了《论比容》的论文。文中指出了根据比容进行化合物的自然分组的途径。一八五七年一月，他被批准为彼得堡大学化学教研室副教授，当时年仅二十三岁。

元素周期律和元素周期表的重要意义

元素周期律和周期表，揭示了元素之间的内在联系，反映了元素性质与它的原子结构的关系，在哲学、自然科学、生产实践各方面都有重要意义。

（1）在哲学方面，元素周期律揭示了元素原子核电荷数递增引起元素性质发生周期性变化的事实，有力地论证了事物变化的量变引起质变的规律性。元素周期表是周期律的具体表现形式，它把元素纳入一个系统内，反映了元素间的内在联系，打破了曾经认为元素是互相孤立的形而上学观点。通过元素周期律和周期表的学习，可以加深对物质世界对立统一规律的认识。

（2）在自然科学方面，周期表为发展物质结构理论提供了客观依据。原子的电子层结构与元素周期表有密切关系，周期表为发展过渡元素结构、镧系和锕系结构理论、甚至为指导新元素的合成、预测新元素的结构和性质都提供了线索。元素周期律和周期表在自然科学的许多部门，首先是化学、物理学、生物学、地球化学等方面，都是重要的工具。

（3）在生产上的某些应用

由于在周期表中位置靠近的元素性质相似，这就启发人们在周期表中一定的区域内寻找新的物质。

① 农药多数是含Cl、P、S、N、As等元素的化合物。

② 半导体材料都是周期表里金属与非金属接界处的元素，如Ge、Si、Ga、Se等。

③ 催化剂的选择：人们在长期的生产实践中，已发现过渡元素对许多化学反应有良好的催化性能。进一步研究发现，这些元素的催化性能跟它们原子的d轨道没有充满有密切关系。于是，人们努力在过渡元素（包括稀土元素）中寻找各种优良催化剂。例如，目前人们已能用铁、镍熔剂作催化剂，使石墨在高温和高压下转化为金刚石；石油化工方面，如石油的催化裂化、重整等反应，广泛采用过渡元素作催化剂，特别是近年来发现少量稀土元素能大大改善催化剂的性能。

④ 耐高温、耐腐蚀的特种合金材料的制取：在周期表里从ⅢB到ⅥB的过渡元素，如钛、钽、钼、钨、铬，具有耐高温、耐腐蚀等特点。它们是制作特种合金的优良材料，是制造火箭、导弹、宇宙飞船、飞机、坦克等的不可缺少的金属。

现代的化学元素周期律是19世纪俄国人门捷列夫发现的。他将当时已知的63种元素以表的形式排列，把有相似化学性质的元素放在同一直行，这就是元素周期表的雏形。

门捷列夫通过顽强努力的探索，于1869年2月先后发表了关于元素周期律的图表和论文。在论文中，他指出：

（1）按照原子量大小排列起来的元素，在性质上呈现明显的周期性。

（2）原子量的大小决定元素的特征。

（3）应该预料到许多未知元素的发现，例如类似铝和硅的，原子量位于65一75之间的元素。

（4）当我们知道了某些元素的同类元素后，有时可以修正该元素的原子量。这就是门捷列夫提出的周期律的最初内容。

门捷列夫深信自己的工作很重要，经过继续努力，1871年他发表了关于周期律的新的论文。文中他果断地修正了1869年发表的元素周期表。例如在前一表中，性质类似的各族是横排，周期是竖排；而在新表中，族是竖排，周期是横排，这样各族元素化学性质的周期性变化就更为清晰。同时他将那些当时性质尚不够明确的元素集中在表格的右边，形成了各族元素的副族。在前表中，为尚未发现的元素留下4个空格，而新表中则留下了6个空格。由此可见，门捷列夫的研究有了重要的进展。

经受实践的验证

实践是检验真理的唯一标准。门捷列夫发现的元素周期律是否能站住脚，必须看它能否解决化学中的一些实际问题。门捷列夫以他的周期律为依据，大胆指出某些元素公认的原子量是不准确的，应重新测定，例如当时公认金的原子量为169.2，因此，在周期表中，金应排在饿。铱、铂（当时认为它们的原子量分别是198．6， 196．7， 196．7）的前面。而门捷列夫认为金在周期表中应排在这些元素的后面，所以它们的原子量应重新测定。重新测定的结果是：饿为190.9，铱为193.1，铂为195,2，金为197．2。实验证明了门捷列夫的意见是对的。又例如，当时铀公认的原子量是116，是三价元素。门捷列夫则根据铀的氧化物与铬、铂、钨的氧化物性质相似，认为它们应属于一族，因此铀应为六价，原子量约为240。经测定，铀的原子量为238.07。再次证明门捷列夫的判断正确。基于同样的道理，门捷列夫还修正了铟、镧、钇、铒、铈、的原子量。事实验证了周期律的正确性。

化学元素周期表的扩展及其探究

化学元素周期表是化学中最基础也是最重要的知识点之一。它展示了元素的周期性性质和元素之间的关系。然而，随着化学科学的发展，对元素周期表的研究也不断拓展。本文将探讨化学元素周期表的扩展及其探究。

一、元素周期表的历史和意义

化学元素周期表是根据元素核电荷的大小和电子壳层数量分类而成的表格。它最早由俄国科学家门捷列夫于1869年提出，当时只有63个已知元素。随后经过现代化学的发展，目前已知的元素已经增加到118个。

元素周期表的意义在于，它可以让我们了解元素的基本物理化学性质和元素之间的关系，例如电负性、电子亲和能等。这种归纳法则使然很多元素的化学性质得到了预测和解释，也使得化学科学变得更加透明和逻辑。

二、元素周期表的扩展

因为元素周期表只按照其原子核和电子系统的相互作用进行排列，因此并不具有完整的意义。由于固体、液体和气体元素的存在，以及新型合成化合物的不断发现，使得对元素周期表的研究一直在不断深入和扩展。

1、块式化学元素周期表

在化学元素进一步拓展和探索下，1969年英国海德堡迈斯特会议上，化学家们提出了块式周期表的概念，即将过渡金属元素从主族元素分离开来，并在元素周期表中分成三个块。

由此，块式元素周期表可分为2种：A型元素周期表和B型元素周期表。

A型元素周期表一般指主族元素周期表，即具有相同价态电子数的元素排成一个垂直的列，并将元素的电子构型记在元素符号左下角。

B型元素周期表是由过渡金属和稀土元素组成的周期表。在B型周期表中，精细属于3d、4d，5d块。稀土元素是在周期表中没有被写明的一种元素，但原子序数在57到71之间。

2、长元素周期表

长元素周期表指的是将f块元素与d块元素和主族元素一道排列的元素周期表。这可以使得元素周期表更加完整，包括处于f块的18种元素。

3、拓展的元素周期表

随着元素周期表的拓展和电子配置的理解深入，化学家们发现存在着一些元素，它们的电子结构与预测的不同。因此，为了填补周期表中的“空缺”，化学家们提出了各种扩展性的元素周期表。例如，国际元素单位法组织的元素扩展周期表，它将所有已知的元素排列在一个大的超级周期表中。