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元素周期表

城关科普 2021-04-29 15:02:10

现代化学的元素周期律是1869年俄国科学家门捷列夫(Dmitri Mendeleev)首创的,他将当时已知的63种元素依原子量大小并以表的形式排列,把有相似化学性质的元素放在同一行,

  

元素周期表的雏形。经过多年修订后才成为当代的周期表。在周期表中,元素是以元素的原子序排列,最小的排行最先。表中一横行称为一个周期,一列称为一个族。

在化学教科书中,都附有一张“元素周期表(英文:periodic table of elements)”。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。1869年,俄国化学家门捷列夫按照相对原子质量由小到大排列,将化学性质相似的元素放在同一纵行,编制出第一张元素周期表。元素周期表揭示了化学元素之间的内在联系,使其构成了一个完整的体系,成为化学发展史上的重要里程碑之一。随着科学的发展,元素周期表中未知元素留下的空位先后被填满。当原子结构的奥秘被发现时,编排依据由相对原子质量改为原子的核电荷数,形成现行的元素周期表。


按照元素在周期表中的顺序给元素编号,得到原子序数。原子序数跟元素的原子结构有如下关系:

原子数=原子序数=核外电子数=核电荷数

利用周期表,门捷列夫成功的预测当时尚未发现的元素的特性(镓、钪、锗)。1913年英国科学家莫色勒利用阴极射线撞击金属产生X射线,发现原子序越大,X射线的频率就越高,因此他认为核的正电荷决定了元素的化学性质,并把元素依照核内正电荷(即质子数或原子序)排列.后来又经过多名科学家多年的修订才形成当代的周期表。

 门捷列夫第一份英文版本的元素周期表.

元素周期表中共有119种元素。将元素按照相对原子质量由小到大依次排列,并将化学性质相似的元素放在一个纵列。每一种元素都有一个序号,大小恰好等于该元素原子的核内质子数,这个序号称为原子序数。在周期表中,元素是以元素的原子序排列,最小的排行最前。表中一横行称为一个周期,一列称为一个族(8、9、10纵行为一个族)

原子的核外电子排布和性质有明显的规律性,科学家们是按原子序数递增排列,将电子层数相同的元素放在同一行,将最外层电子数相同的元素放在同一列。

元素周期表有7个周期,16个族。每一个横行叫作一个周期,每一个纵行叫作一个族。这7个周期又可分成短周期(1、2、3)、长周期(4、5、6)和不完全周期(7)。共有16个族,又分为7个主族(ⅠA-ⅦA),7个副族(ⅠB-ⅦB),一个第Ⅷ族,一个零族。


元素在周期表中的位置不仅反映了元素的原子结构,也显示了元素性质的递变规律和元素之间的内在联系。使其构成了一个完整的体系称为化学发展的重要里程碑之一。

同一周期内,从左到右,元素核外电子层数相同,最外层电子数依次递增,原子半径递减(零族元素除外)。失电子能力逐渐减弱,获电子能力逐渐增强,金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强。元素的最高正氧化数从左到右递增(没有正价的除外),最低负氧化数从左到右递增(第一周期除外,第二周期的O、F元素除外)。

同一族中,由上而下,最外层电子数相同,核外电子层数逐渐增多,原子序数递增,元素金属性递增,非金属性递减。

元素周期表的意义重大,科学家正是用此来寻找新型元素及化合物。



元素命名

IUPAC

  元素周期表

很多人注意到,元素周期表最后几位元素永远是以un开头的,其实这只是一种临时命名规则,叫IUPAC元素系统命名法。在这种命名法中,会为未发现元素和已发现但尚未正式命名的元素取一个临时西方文字名称并规定一个代用元素符号,使用拉丁文数字头以该元素之原子序来命名[3]。此规则简单易懂且使用方便,而且它解决了对新发现元素抢先命名的恶性竞争问题,使为新元素的命名有了依据。如ununquadium便是由un(一)- un(一)- quad(四)- ium(元素)四个字根组合而成,表示“元素114号”。元素114命名为flerovium(Fl),以纪念苏联原子物理学家乔治·弗洛伊洛夫(Georgy Flyorov,1913-1990);而ununhexium便是由un(一)- un(一)- hex(六)- ium(元素)四个字根组合而成,表示“元素116号”。元素116名为livermorium (Lv),以实验室所在地利弗莫尔市为名。

第112号元素

元素周期表从第112号元素之后开始没有特定的名称,而是用系统命名法。具体规则为:

1:u

2:b

3:t

4:q

5:p

6:h

7:s

8:o

9:e

0:n

比如第112号元素为Uub,第113号元素为Uut......以此类推。

119号元素

俄罗斯科学家宣布,他们找到了元素周期表上的第119号元素。位于俄罗斯叶卡捷琳堡市的全俄发明家专利研究院迎来了一位特殊的客人,他是一名工程师,来自斯维尔德罗夫州,他声称自己发现了元素周期表上的第119号元素,并希望获得此项专利。

  元素周期表

这名工程师不愿意透露自己的姓名,也没有向外界透露这一元素的合成方法,他向研究院的专家们解释道,从重量上看,第119号元素是氢元素的299倍,也就是说,其原子量为299;它是元素周期表上尚未记录的新元素,并最终完成元素周期表。

如果第119号元素重量是氢元素299倍的说法是正确的,那么它将元素周期表补齐的说法虽不能说是错误的,但让人感到十分费解。因为这一元素如果存在,它将开启元素周期表的第八个横列,位于左下角第一个位置,而这与完成元素周期表的说法相悖。

众所周知,元素周期表上最后一个元素是第118号元素,为惰性气体元素,由美俄科学家利用俄方回旋加速器成功合成了118号超重元素,在2006年这一结果得到了承认,这枚118号元素的原子量为297,只存在万分之一秒。此后,118号元素衰变产生了116号元素,接着又继续衰变为114号元素。

位置关系

原子半径

(1)除第1周期外,其他周期元素(惰性气体元素除外)的原子半径随原子序数的递增而减小;

(2)同一族的元素从上到下,随电子层数增多,原子半径增大。

元素化合价

(1)除第1周期外,同周期从左到右,元素最高正价由碱金属+1递增到+7,非金属元素负价由碳族-4递增到-1(氟无正价,氧无+6价,除外);

(2)同一主族的元素的最高正价、负价均相同。

单质的熔点

(1)同一周期元素随原子序数的递增,元素组成的金属单质的熔点递增,非金属单质的熔点递减;

(2)同一族元素从上到下,元素组成的金属单质的熔点递减,非金属单质的熔点递增。

元素的金属性

(1)同一周期的元素从左到右金属性递减,非金属性递增;

(2)同一主族元素从上到下金属性递增,非金属性递减。

水化物酸碱性

元素的金属性越强,其最高价氧化物的水化物的碱性越强;元素的非金属性越强,最高价氧化物的水化物的酸性越强。

非金属气态

元素非金属性越强,气态氢化物越稳定。同周期非金属元素的非金属性越强,其气态氢化物水溶液一般酸性越强;同主族非金属元素的非金属性越强,其气态氢化物水溶液的酸性越弱。

单质的氧化

一般元素的金属性越强,其单质的还原性越强,其氧化物的氧离子氧化性越弱;元素的非金属性越强,其单质的氧化性越强,其简单阴离子的还原性越弱。

元素位置推断

1、元素周期数等于核外电子层数;

2、主族元素的序数等于最外层电子数;

3、确定族数应先确定是主族还是副族,其方法是采用原子序数逐步减去各周期的元素种数,即可由最后的差数来确定。最后的差数就是族序数,差为8、9、10时为VIII族,差数大于10时,则再减去10,最后结果为族序数。

根据各周期所含的元素种类推断,用原子序数减去各周期所含的元素种数,当结果为“0”时,为零族;当为正数时,为周期表中从左向右数的纵行,如为“2”则为周期表中从左向右数的第二纵行,即第ⅡA族;当为负数时其主族序数为8+结果。所以应熟记各周期元素的种数,即2、8、8、18、18、32、32。如:114号元素在周期表中的位置114-2-8-8-18-18-32-32=-4,8+(-4)=4,即为第七周期,第ⅣA族。

稀有气体元素

牢记稀有气体元素的原子序数:2、10、18、36、54、86,通过稀有气体的位置,为某已知原子序数的元素定位。如:要推知33号元素的位置,因它在18和36之间,所以必在第4周期,由36号往左数,应在ⅤA族。

碱金属性质


碱金属单质

颜色和状态

密度(g/cm^3;)

熔点(℃)

沸点(℃)

Li

银白色,柔软

0.534

180.5

1347

Na

银白色,柔软

0.97

97.81

882.9

K

银白色,柔软

0.86

63.65

774

Rb

银白色,柔软

1.532

38.89

688

Cs

略带金色光泽,柔软

1.879

28.40

678.4


1.还原性;Li<Na<K,Rb<Cs

2.氧化性:Li>Na>K,Rb>Cs

3.碱金属元素能与水,氧气反应生成碱或碱性氧化物

记忆技巧

性质记忆

化学元素(43张)

1-20号元素

我是氢,我最轻,火箭靠我运卫星;

我是氦,我无赖,得失电子我最菜;

我是锂,密度低,遇水遇酸把泡起;

我是铍,耍赖皮,虽是金属难电离;

我是硼,有点红,论起电子我很穷;

我是碳,反应慢,既能成链又成环;

我是氮,我阻燃,加氢可以合成氨;

我是氧,不用想,离开我就憋得慌;

我是氟,最恶毒,抢个电子就满足;

我是氖,也不赖,通电红光放出来;

我是钠,脾气大,遇酸遇水就火大;

我是镁,最爱美,摄影烟花放光辉;

我是铝,常温里,浓硫酸里把澡洗;

我是硅,色黑灰,信息元件把我堆;

我是磷,害人精,剧毒列表有我名;

我是硫,来历久,沉淀金属最拿手;

我是氯,色黄绿,金属电子我抢去;

我是氩,活性差,霓虹紫光我来发;

我是钾,把火加,超氧化物来当家;

我是钙,身体爱,骨头牙齿我都在;

20号元素之后

我是钛,过渡来,航天飞机我来盖;

我是铬,正六铬,酒精过来变绿色;

我是锰,价态多,七氧化物爆炸猛;

我是铁,用途广,不锈钢喊我叫爷;

我是铜,色紫红,投入硝酸气棕红;

我是砷,颜色深,三价元素夺你魂;

我是溴,挥发臭,液态非金我来秀;

我是铷,碱金属,沾水烟花钾不如;

我是碘,升华烟,遇到淀粉蓝点点;

我是铯,金黄色,入水爆炸容器破;

我是钨,高温度,其他金属早呜呼;

我是金,很稳定,扔进王水影无形;

我是汞,有剧毒,液态金属我为独;

我是铀,浓缩后,造原子弹我最牛;

我是镓,易融化,沸点很高难蒸发;

我是铟,软如金,轻微放射宜小心;

我是铊,能脱发,投毒出名看清华;

我是锗,可晶格,红外窗口能当壳;

我是硒,补人体,口服液里有玄机;

我是铅,能储电,子弹头里也出现。

周期记忆

第一周期:氢 氦 ---- 侵害

第二周期:锂 铍 硼 碳 氮 氧 氟 氖 ---- 鲤皮捧碳 蛋养福奶

第三周期:钠 镁 铝 硅 磷 硫 氯 氩 ---- 那美女桂林留绿牙(那美女鬼 流露绿牙)

第四周期:钾 钙 钪 钛 钒 铬 锰 ---- 嫁改康太反革命

铁 钴 镍 铜 锌 镓 锗 ---- 铁姑捏痛新嫁者

砷 硒 溴 氪 ---- 生气 休克

第五周期:铷 锶 钇 锆 铌 ---- 如此一告你

钼 锝 钌 ---- 不得了

铑 钯 银 镉 铟 锡 锑 ---- 老把银哥印西堤

碲 碘 氙 ---- 地点仙

第六周期:铯 钡 镧 铪 ----(彩)色贝(壳)蓝(色)河

钽 钨 铼 锇 ---- 但(见)乌(鸦)(引)来鹅

铱 铂 金 汞 铊 铅 ---- 一白巾 供它牵

铋 钋 砹 氡 ---- 必不爱冬(天)

第七周期:钫 镭 锕 ---- 防雷啊!

族记忆

氢锂钠钾铷铯钫——请李娜加入私访

铍镁钙锶钡镭 ——媲美盖茨被雷

硼铝镓铟铊 ——碰女嫁音他

碳硅锗锡铅 ——探归者西迁

氮磷砷锑铋 ——蛋临身体闭

氧硫硒碲钋 ——养牛西蹄扑

氟氯溴碘砹 ——父女绣点爱

氦氖氩氪氙氡 ——害耐亚克先动

周期表之父

生平介绍

  俄国化学家德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫

德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫生于1834年2月7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。

学习探索

  门捷列夫

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,1855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。1857年1月,他被批准为彼得堡大学化学教研室副教授,当时年仅23岁。

攀登科学高峰

  约翰·沃尔夫冈·德贝莱纳

攀登科学高峰的路,是一条艰苦而又曲折的路。门捷列夫在这条路上,也是吃尽了苦头。当他担任化学副教授以后,负责讲授《化学基础》课。在理论化学里应该指出自然界到底有多少元素?元素之间有什么异同和存在什么内部联系?新的元素应该怎样去发现?这些问题,当时的化学界正处在探索阶段。近五十多年来,各国的化学家们,为了打开这秘密的大门,进行了顽强的努力。虽然有些化学家如德贝莱纳和纽兰兹在一定深度和不同角度客观地叙述了元素间的某些联系,但由于他们没有把所有元素作为整体来概括,所以没有找到元素的正确分类原则。年轻的学者门捷列夫也毫无畏惧地冲进了这个领域,开始了艰难的探索工作。

他不分昼夜地研究探求元素的化学特性和它们的一般的原子特性,然后将每个元素记在一张小纸卡上。他企图在元素全部的复杂的特性里,捕捉元素的共同性。但他的研究,一次又一次地失败了。可他不屈服,不灰心,坚持干下去。

为了彻底解决这个问题,他又走出实验室,开始出外考察和整理收集资料。1859年,他去德国海德尔堡进行科学深造。两年中,他集中精力研究了物理化学,使他探索元素间内在联系的基础更扎实了。 1862年,他对巴库油田进行了考察,对液体进行了深入研究,重测了一些元素的原子量,使他对元素的特性有了深刻的了解。1867年,他借应邀参加在法国举行的世界工业展览俄罗斯陈列馆工作的机会,参观和考察了法国、德国、比利时的许多化工厂、实验室,大开眼界,丰富了知识。这些实践活动,不仅开阔了他认识自然的思路,而且对他发现元素周期律,奠定了雄厚的基础。

  纪念门捷列夫与他的元素周期表

门捷列夫又返回实验室,继续研究他的纸卡。他把重新测定过的原子量的元素,按照原子量的大小依次排列起来。他发现性质相似的元素,它们的原子量并不相近;相反,有些性质不同的元素,它们的原子量反而相近。他紧紧抓住元素的原子量与性质之间的相互关系,不停地研究着。他的脑子因过度紧张,而经常昏眩。但是,他的心血并没有白费,在1869年2月19日,他终于发现了元素周期律。他的周期律说明:简单物体的性质,以及元素化合物的形式和性质,都和元素原子量的大小有周期性的依赖关系。门捷列夫在排列元素表的过程中,又大胆指出,当时一些公认的原子量不准确。如那时金的原子量公认为169.2,按此在元素表中,金应排在锇、铱、铂的前面,因为它们被公认的原子量分别为198.6、196.7、196.7,而门捷列夫坚定地认为金应排列在这三种元素的后面,原子量都应重新测定。大家重测的结果,锇为190.9、铱为193.1、铂为195.2,而金是197.2。实践证实了门捷列夫的论断,也证明了周期律的正确性。

在门捷列夫编制的周期表中,还留有很多空格,这些空格应由尚未发现的元素来填满。门捷列夫从理论上计算出这些尚未发现的元素的最重要性质,断定它们介于邻近元素的性质之间。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,从门锌矿中发现了镓。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,具有重大的意义,它充分说明元素周期律是自然界的一条客观规律;为以后元素的研究,新元素的探索,新物资、新材料的寻找,提供了一个可遵循的规律。元素周期律像重炮一样,在世界上空轰响了!

发现元素周期性

门捷列夫发现了元素周期律,在世界上留下了不朽的伟绩,人们给他以很高的评价。恩格斯在《自然辩证法》一书中曾经指出。“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律,完成了科学上的一个勋业,这个勋业可以和勒维烈计算尚未知道的行星海王星的轨道的勋业居于同等地位。”

周期表发展

  英国物理学家莫塞莱

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。1894年,惰性气体氩的发现,对周期律是一次考验和补充。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,进而明确作为周期律的基础不是原子量而是原子序数。在周期律指导下产生的源于结构学说,不仅赋予元素周期律以新的说明,并且进一步阐明了周期律的本质,把周期律这一自然法则放在更严格更科学的基础上。元素周期律经过后人的不断完善和发展,在人们认识自然,改造自然,征服自然的斗争中,发挥着越来越大的作用。

门捷列夫除了完成周期律这个勋业外,还研究过气体定律、气象学、石油工业、农业化学、无烟火药、度量衡等。由于他总是日以继夜地顽强地劳动着,在他研究过的这些领域中,在不同程度上都取得了成就。

1907年2月2日,这位享有世界盛誉的科学家,因心肌梗塞与世长辞了。但他给世界留下的宝贵财产,永远存留在人类的史册上。