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兵在掌上阅 亮剑弹指间

元素周期律的探索之路


■王皓凡 李会鹏 于 童

图为门捷列夫在苦苦思索化学元素的排列规律。

自原子、分子学说建立后,化学界似乎被注入了一针兴奋剂。不少化学家隐约感到,活跃在眼前的各种元素之间,似乎存在着某种关系。

早在1829年,德国化学家德贝莱纳率先展开元素周期规律的探索。他别出心裁地提出“三元素组”排列,“每组中三个元素性质相似,且中间元素的原子量等于两边两个元素原子量的一半”。起初,这一规律并未得到大多数人的认可。

1862年,法国化学家尚古多按照元素原子量大小顺序,将当时已知的62种元素,依次排绕在一个圆柱体的螺旋线上,构成一幅“螺旋图”。他惊奇地发现,“化学性质相似的元素在同一条垂线上, 且相对原子质量差值大多接近16”。

继尚古多之后,又有2位重量级人物登场。首先是德国医学博士迈耶尔。1864年,他所著的《近代化学理论》一书中,展示了世界上第一份元素周期表,被称为“6族元素表”。表中,按原子量递增顺序,将元素分成6族。4年后,迈耶尔又增加了28种元素,制作成了第二份元素周期表。表中,进一步区分主族和副族元素,并独立反映过渡元素性质。

显然,迈耶尔在吸取前人探索成果基础上,已发现元素周期变化的一些规律。

迈耶尔之后,另一位重量级人物——英国化学家纽兰兹登场了。他按原子量递增顺序,将元素进行排列,发现“每隔7种元素,便出现性质相似的元素”,构成“8族”元素。遗憾的是,这一发现对于当时人们的认知来说过于超前,因而并未被人接受。

最终,“真理女神”选择了俄国科学家门捷列夫。他带着前人的智慧奔向元素世界最深处,正式向探索元素周期律发起冲刺。

由母亲独自带大的门捷列夫,凭着超人才气和顽强毅力,高中毕业后轻松考入圣彼得堡师范学院,并出色完成学业,以首席毕业生身份先后赴法国和德国留学。1865年,门捷列夫成为圣彼得堡大学无机化学教授,从此开启了光辉人生。

在对元素周期律的探索中,门捷列夫另辟蹊径:用一张纸牌代表一种元素,对63张代表元素的纸牌进行排列。他发现,每一行元素的性质都是按照原子量的增大而自上而下逐渐变化的,呈现出明显的规律性。1869年,他制作出自己的第一份元素周期表。

两年后,门捷列夫在发表的《化学元素的周期性依赖关系》论文中,绘制出了自己的第二份元素周期表。该表把原表中的竖行改为横行,使同族元素处于同一竖行中,更加突出了元素性质的周期律。

难能可贵的是,门捷列夫还精准预测了尚不明确性质和尚未发现的元素分布。后经证实,都准确无误。

元素周期律的发现,如同一座明亮的灯塔,照亮了整个化学元素世界。

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