化學元素周期表是由俄國科學家門捷列夫于1869年首創的。他按照元素的相對原子質量由小到大排列,将化學性質相似的元素放在同一縱行,編制出第一張元素周期表。元素周期表揭示了物質世界的秘密,把一些看來似乎互不相關的元素統一起來,組成了一個完整的自然體系。它的發明是近代化學史上的一個創舉,對促進化學的發展起了巨大的作用。
化學元素周期表是根據原子序數從小至大排序的化學元素列表。列表大體呈長方形,某些元素周期中留有空格,使特性相近的元素歸在同一族中,如鹵素、堿金屬元素、稀有氣體(又稱惰性氣體或貴族氣體)等。這使周期表中形成元素分區且分為七主族、七副族、零族、八族。由于周期表能夠準确地預測各種元素的特性及其之間的關系,因此它在化學及其他科學範疇中被廣泛使用,是分析化學行為時十分有用的框架。
元素周期表揭示了化學元素之間的内在聯系,使其構成了一個完整的體系,成為化學發展史上的重要裡程碑之一。随着科學的發展,元素周期表中未知元素留下的空位先後被填滿。當原子結構的奧秘被發現時,編排依據由相對原子質量改為原子的質子數(核外電子數或核電荷數),形成了現行的元素周期表。
利用元素周期表,門捷列夫成功預測了當時尚未發現的元素特性(镓、钪、鍺)。1913年,英國科學家莫色勒利用陰極射線撞擊金屬産生X射線,發現原子序越大,X射線的頻率就越高,因此他認為核的正電荷決定了元素的化學性質,并将元素依照核内正電荷(即質子數或原子序)排列。後來又經過多名科學家多年的修訂才形成了當代的周期表。
元素周期表中每一種元素都有一個序号,大小恰好等于該元素原子的核内質子數,這個序号稱為原子序數。元素周期表有7個周期,16個族。每一個橫行稱為一個周期,每一個縱行稱為一個族。7個周期可分為短周期(1、2、3)和長周期(4、5、6、7)。16個族可分為7個主族(ⅠA、ⅡA、ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA),7個副族(ⅠB、ⅡB、ⅢB、ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB),1個第Ⅷ族(包括三個縱行),1個零族。
同一周期内,從左到右,元素核外電子層數相同,最外層電子數依次遞增,原子半徑遞減(零族元素除外)。失電子能力逐漸減弱,獲電子能力逐漸增強,金屬性逐漸減弱,非金屬性逐漸增強。元素的最高正氧化數從左到右遞增(沒有正價的除外),最低負氧化數從左到右遞增(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,最外層電子數相同,核外電子層數逐漸增多,原子序數遞增,元素金屬性遞增,非金屬性遞減。
元素周期表具有重大的意義,科學家們正是用此來尋找新型元素及化合物。随着科學技術的不斷進步,一些新元素被發現、定名,補充到了元素周期表中。
2015年12月,國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)宣布俄羅斯和美國的研究團隊已獲得充分的證據,證明其發現了115、117和 118号元素。此外,該聯合會已認可日本理化學研究所的科研人員發現了113号元素。兩個研究團隊通過讓質量較輕的核子相互撞擊,并跟蹤其後産生的放射性超重元素的衰變情況,合成了上述四種元素。
2016年6月,國際純粹與應用化學聯合會宣布(IUPAC)将合成化學元素的第113号(Nh)、115号(Mc)、117号(Ts)和118号(Og)提名為化學新元素。4個新元素的合成與确認,填滿了元素周期表的第7周期,形成了一張完整規範的元素周期表,令世人矚目。(李志民,責任編輯李曦,圖片源自網絡)
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