“化學(xué)元素周期表國(guó)際年”活動(dòng)—門捷列夫

聯(lián)合國(guó)教科文組織今年1月在總部巴黎啟動(dòng)“化學(xué)元素周期表國(guó)際年”活動(dòng)，將在今年舉辦一系列主題活動(dòng)，紀(jì)念俄國(guó)科學(xué)家門捷列夫編制化學(xué)元素周期表150周年，并評(píng)價(jià)道：“元素周期表是科學(xué)史上最卓著的發(fā)現(xiàn)之一，刻畫出的不僅是化學(xué)的本質(zhì)，也是物理學(xué)和生物學(xué)的本質(zhì)?！?/p>

關(guān)于這一發(fā)現(xiàn)的始末，眾說紛紜，其中最廣為人知并被門捷列夫本人在后期認(rèn)可的故事是：他在一天夜里夢(mèng)見了所有元素落進(jìn)相應(yīng)的格子，組成了一張表，并稱自己只在一處做了必要的修改。

門捷列夫畫出來的元素表格上的元素符號(hào)與現(xiàn)代基本一致，只有三處不同：碘被標(biāo)記為J而非I，鈾被標(biāo)記為Ur 而非U。Di這個(gè)元素則根本不存在。它在1841年作為一種稀土元素被發(fā)現(xiàn)，直到1885年才最終證明它其實(shí)是第59號(hào)元素鐠（Pr）和第60號(hào)元素釹的混合物。

惰性氣體在門捷列夫的首版手稿中也不存在，它們直到1890年代中期才被世人發(fā)現(xiàn)，并被門捷列夫置于周期表的最左一列，作為“第0族元素”。

門捷列夫在這張表格中發(fā)現(xiàn)的驚天奧秘是周期性。

隨著原子質(zhì)量的增加，元素的化學(xué)性質(zhì)并非一直變化，而是間隔一段出現(xiàn)重復(fù)。如，從鋰（Li）到鉀（K），原子質(zhì)量從7增加到39，門捷列夫的表中共列出了15個(gè)元素。但鋰的化學(xué)性質(zhì)與緊接著排在后面的鈹（Be）性質(zhì)差別頗大，反而與間隔7個(gè)出現(xiàn)的鈉（Na）和再間隔7個(gè)出現(xiàn)的鉀十分相似。跟鈹相似的元素則是鈹之后間隔7個(gè)出現(xiàn)的鎂（Mg）。同時(shí)，碳與硅、氧與硫、氟與氯等互相相似，它們之間的間隔都是7。

首版手稿的每個(gè)縱列即為一輪變化周期，每個(gè)橫排上的元素性質(zhì)相似，后來演化為“族”的概念。

縱然第一版元素周期表在門捷列夫的時(shí)代具有驚人的洞見力和前瞻性，其局限性也是顯而易見的。

門捷列夫在化學(xué)元素旁標(biāo)注的數(shù)字是原子的質(zhì)量，而非現(xiàn)代周期表的排列依據(jù)質(zhì)子數(shù)量。事實(shí)上，他始終沒徹底搞清楚原子的結(jié)構(gòu)，尤其懷疑電子是否存在。

在門捷列夫的時(shí)代，很難給原子稱重。元素在自然界往往以化合物的形式存在，先要提純，還要確定化合價(jià)，這個(gè)過程中可能產(chǎn)生10至100倍的誤差。于是，他給好幾個(gè)元素的質(zhì)量打上了問號(hào)，比如鈾被標(biāo)為116，他后來修改成了更接近現(xiàn)代的數(shù)值。而有些當(dāng)時(shí)認(rèn)為的“蹊蹺之處”，他窮盡一生也未能解答。

世界上第一張?jiān)刂芷诒碜盍钊私蚪驑返乐幨潜砩系娜齻€(gè)位置只標(biāo)了原子質(zhì)量，沒有元素字母。即：門捷列夫預(yù)言了按照周期律，應(yīng)有三種未被發(fā)現(xiàn)的新元素存在。

1871年，他把這三個(gè)元素起名“Eka硼 ”、“Eka鋁”和“Eka硅”，預(yù)測(cè)它們的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)當(dāng)分別與硼、鋁和硅類似。Eka這個(gè)前綴來自于梵文，意為“一”。

這在學(xué)術(shù)界引發(fā)了軒然大波，質(zhì)疑的聲音紛至沓來，但歷史證明他是對(duì)的，這三個(gè)位置屬于1886年發(fā)現(xiàn)的鍺，1876年發(fā)生的鎵和1879年發(fā)現(xiàn)的鈧。在更遠(yuǎn)的后來，科學(xué)家們甚至開始利用周期表的規(guī)律，自己動(dòng)手創(chuàng)造新元素。

值得一提的是，元素周期表上有一個(gè)位置專門留給了門捷列夫：第101號(hào)元素鍆（M）。

150年后的2019年，元素周期表已經(jīng)排到了118號(hào)，科學(xué)家們?nèi)栽跒殚T捷列夫的偉大發(fā)現(xiàn)開疆拓土，而那個(gè)終極問題仍未得到解答：元素周期表的盡頭在哪里？

【微語】愿你的留學(xué)之旅充實(shí)而愉快，每一刻都充滿收獲和成長(zhǎng)。