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元素周期表上一切元素分列是准确的吗?

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在线会员 发表于 2020-9-11 13:12:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
固然我们已用惯了元素周期表,但表上一切元素是不是都已排正在准确的位置上,這不是沒有争议的。
用手指敲钢琴的白色琴键,跟着您的手指向右挪动,每个音符听起來都分歧,“哆-來-咪-發-梭-拉-西”。然则,当您敲到第八个键时,听起來又跟第一个“哆”一样了,只是音调进步了一些罢了。
正在150年前,我们最先意想到化學元素也發死了相似的事变。科學家以至戏称之为“八乐律”。其真最早发明這一“八乐律”的還不是门捷列夫,而是英国化學家约翰·纽兰兹。1865年,纽兰兹将事先已知的61种元素按原子量的递增递次分列,发明每隔7种元素便泛起性子类似的元素,犹如音乐中的音阶一样。惋惜他的這一发明未被时人正视。当他說给偕行听时,他们都讥诮他:“您怎样不依照元素称号的首字母來分列呢?”




恰是元素性子的這种反复,被后來的周期表时兴地表现出來。正在周期表上,性子类似的元素排正在统一列。第一列除开氢元素之外,其他皆是生动金属,个中一些遇水就会猛烈回响反映;周期表的最初一列,则是险些不与任何物资回响反映的惰性气体元素,如氩、氖等。
然则,人们对周期表上的一切元素是不是都已排正在最适宜的位置,不是沒有疑问的。正如音符能够以种种体式格局分列产死音乐一样,元素之间的闭系也能够用分歧的体式格局來形貌。推断哪种更好,哪种更真真,偶然并不是一件轻易的事变。因而,关于当前周期表中某些元素分列,至今仍争议络续;一些化學家以至主张用更激进的要领从新设想元素周期表。
闭于当前元素周期表的争议
门捷列夫最后发现的周期表中,元素是按原子量巨细來分列的。如今,我们则是凭据原子核中質子的数目來分列的。由于我们后來晓得,元素的性子很大水平上是由核外电子的排布决意的,這些电子以电子层的情势盘绕原子核活动。
最輕的元素氢只要一个电子层,最多可包容两个电子。较重的元素有更多的电子层,能够包容更多的电子。迄今一切的元素,电子层最多可达7层,离别用1、2、3、4、5、6、7來透露表现。每一个电子层又最多分为4个电子亚层(正在统一电子层中电子能量另有细小的差異,电子活动的轨道也略有分歧,凭据這些差异把一个电子层分为一个或几个电子亚层),离别用s、p、d、f來符号。一个元素的电子排布,就是标出它有哪些电子层和电子亚层,并正在亚层标记右上角用数字标出各亚层上的电子数。如钠原子的电子排布1s2 2s2 2p6 3s1 ,其寄义是:钠原子有3个电子层,第一电子层只要s亚层,且只要1个电子;第两电子层有s、p两个亚层,s亚层有2个电子,p亚层有6个电子;第三电子层只要s亚层,只要1个电子。
凭据最初一个电子所处亚层是s、p、d、f中的哪个,周期表又分红4个区,离别为s区、p区、d区、f区。大多半周期表将构成f区的元素零丁星散出來,构成镧系和锕系,放正在总表的下方。
只管這种做法已被人人广泛接管,但闭于f区元素该包罗哪些元素仍存正在争议。现在的周期表中,镧元素和锕元素位于自力出來的f区(即镧系和锕系)的最左端,前面的镥(Lu)元素和铹(Lr)元素则正在总表上,不正在镧系、锕系之列。這样做的凭据是,镧和锕原子最初一个电子落正在f亚层,而镥和铹原子最初一个电子落正在s亚层。
然则一些人指出,凭据元素原子半径和熔點等化學性子,镥和铹好像也跟镧系和锕系元素非常邻近,以是应当把它们也包罗进來。這个发起已被局部最近几年來出书的周期表接纳。2016年,国际純化學与运用化學团结会建立了一个事情组來处理這一争辩,但至今還沒有做出决意。
从新设想元素周期表
這些争辩只管噜苏,但已让一些化學家信赖,我们需求从新画制元素周期表,并且這方面迄今也不缺少點子。现在已稀有百个版本的元素周期表。
为了更好地表现当前周期表元素的连續性,加拿大化學家费爾南多·杜福爾开辟了一个三维周期表体系。它看起來像一棵圣诞树,元素从树干出發,构成一个个圆圈,圈越大,越靠近底部。德国化學家西奥多·本菲开辟的螺旋形周期表,则像一只手套,许可f区元素像指头一样向外凸出。美国加州大學恩里克·斯克利则将当前自力出來的镧系和锕系元素都放进总表中,這样一來,总表就不但是有18列,而是有32列了,這样能够包管原子序数不中断。
正在许多人看來,从新设想周期表好像是不切现实的,由于就算当前的周期表存正在缺点,也還不至于需求推倒重來的田地。不外,跟着发明的元素越來越多,這很能够会成为一个紧急的义务。
超重元素能够不相符元素周期律
已往数十年,经由列国科學家的勤奋,我们已将周期表拓展到了第118号。从第93号元素镎最先,都是野生分解的放射性元素。它们极不稳固,存正在时候不到1秒,它们固然被填正在周期表上,但其真我们对它们的化學性子一窍不通。
然则原子核实际预言,質子数为114、中子数为184的原子核具有较高的稳固性(我们虽已制造出114号元素,但惋惜制造的原子核中子数還不是184,以是依旧极不稳固),盘绕它能够存正在着“稳固岛”,“岛”上的原子核也具有较高的稳固性,使我们有能够磨练其化學性子。這些原子核被称为超重核。原子核为超重核的元素称为超重元素。




有迹象注解,超重元素的化學性子能够不相符元素的周期律。這样一來,您就不能不疑心如今运用的元素周期表对它们是不是還有用了。
盘算注解,我们已制造的某些超重元素,很能够显示得像惰性气体元素,只管它们正在周期表上与惰性气体元素不正在统一列。這些盘算基于爱因斯坦的狭义相对论。狭义相对论的一个推论是,物体活动速率越快,質量越大。关于较輕的元素,這个效应能够疏忽不计。但关于超重元素,這个效应就显得很主要了,由于它们的原子核具有更多的正电荷,对核外电子的吸引力更强,這意味着电子绕核转得更快,因而質量也变得更大了。反过來,电子的質质变大了,意味着它们的轨道比我们预期(不斟酌相对论效应)的要更接近原子核,从而改动了原子的化學性子。
以是,若是发明了超重元素,正在周期表中该放正在那里,周期表如何设想才气更好地表现它的属性,关于分歧版本的元素周期表,将是一个“优越劣汰”的挑选。


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