元素周期表

2018-06-26 12:05
小学科学 2018年3期
关键词:化学家周期表难题

在化学课本中,有这样一张表格,名叫“元素周期表”。这张表格可了不得,它揭示了我们生活的这个世界的物质秘密,那些奇奇怪怪的符号统一起来,就能组成一个完整的地球自然物质体系!谁发明了这张表格?

伟大的俄国人

发明这张表格的人,名叫德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫。嗯,没错,一听就是个俄国人。这位伟大的化学家1834年2月8日出生在俄国的托博尔斯克,一生从事化学研究和教学,是人类历史上最伟大、最重要的科学家之一。而他一生中最大的贡献,就是发现了化学元素周期律,进而发明了元素周期表。

化学的难题

门捷列夫在担任大学的化学教授期间,遇到了棘手的问题。当时,他负责讲授化学基础,这原本是最简单的一门课,但学生提出的问题,促使门捷列夫进行深入思考。当时他遇到的难题是,理论化学里应该给学生讲出自然界中到底有多少种元素,不同元素之间有什么异同,存在什么样的内部联系,以及如何才能发现新的元素。

这些问题,对于一百多年前的化学界来说,简直是天大的难题。当时的化学科学正处在探索阶段,在门捷列夫之前近半个世纪中,各国的化学家们为了解决这些难题,都在不断地努力探索。

见世面很重要

从1859年开始,门捷列夫前往德国的海德堡大学深造,欧洲的科研生活为他最终发现元素周期律提供了巨大的帮助。在此后的多年中,他不仅集中精力研究物理化学,对元素之间的内在联系有了崭新的认识,而且从分子结构的层面上开始了元素关联性的探索。他意识到,也许需要将所有的元素作为一个整体进行考虑。同时,他还应邀参观了法国、德国、比利时等国家的许多化工厂、实验室,眼界大开,丰富了自己的知识体系。

所以说,死读书是不行的,必须要多看,多想。见识越多,人的思维就会越活跃,灵感到来的可能性也就大大增加了。

10年苦功

在那个时代,没有任何原子结构的知识,已知元素只有63种,元素大家族的信息并不完整。不过,已经有一些新的元素在不断被发现,新旧元素结合起来研究,令门捷列夫似乎摸到了一些门道:看起来,元素的化学性质是随着原子量的遞增而呈现周期性变化的。这种微观结构上的规律性变化,也许就是可以作为科学依据的规律。

沿着这个思路,门捷列夫重新回到自己的研究岗位上,埋头苦干,钻研了10年左右。通过对比元素的性质和相对原子质量的大小,门捷列夫重新测定了一些元素的相对原子质量,也就是所谓的原子量。并依据自己的测算结果,对元素进行了排序调整。

调整的成功,令门捷列夫恍然大悟,看来自己推测的元素间的规律的确客观存在。顺着这个思路,门捷列夫大胆预测,当时人类所知道的63种元素,远不是地球上的全部元素,并且还预测了11个元素的位置,在自己制作的元素周期表中留下空位。

大胆的预测

后来,门捷列夫的预测一一成为现实,化学元素之间的规律被证明真实存在。门捷列夫制作的最早的元素周期表,今天的我们已经很难看懂了,而后来的化学家们在这个基础上,不断完善,最终确定了今天人类认知范围内的元素存在情况。很多当年只知道存在却并没有见到的元素,也都陆续被找到。1955年,一个新的元素被发现,为了纪念门捷列夫,这个元素以门捷列夫的名字命名为Mendelevium,简写作Md,中文名称叫作“钔”。

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