化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史

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1、 化 學(xué) 發(fā) 展 簡(jiǎn) 史 化 學(xué) 與 材 料 科 學(xué) 學(xué) 院 現(xiàn) 代 化 學(xué) 教 育 與 技 術(shù) 研 究 室 第 六 章 化 學(xué) 元 素 周 期 律 問 題 的 提 出 最 初 嘗 試 周 期 律 的 發(fā) 現(xiàn) 門 捷 列 夫 簡(jiǎn) 介 科 學(xué) 實(shí) 踐 的 證 實(shí) 元 素 周 期 表 的 完 善 一 、 學(xué) 習(xí) 本 章 應(yīng) 訪 問 的 網(wǎng) 站 各 種 周 期 表 http:/chemlab.pc.maricopa.edu/periodic/spiraltable.html 門 捷 列 夫 與 元 素 周 期 律http:/ 、 學(xué) 習(xí) 本 章 的 參 考 資 料 楊 承 印 編 著 ， 化 學(xué) 的

2、 歷 程 （ 講 義 ） 美 M. E.韋 克 斯 著 黃 素 封 譯 ， 化 學(xué) 元 素 的 發(fā) 現(xiàn) ，商 務(wù) 印 書 館 ， 1965 美 柏 廷 頓 著 胡 作 玄 譯 ， 化 學(xué) 簡(jiǎn) 史 ， 廣 西 師 大 版 ，2003 化 學(xué) 發(fā) 展 簡(jiǎn) 史 ， 科 學(xué) 出 版 社 ， 1980 袁 翰 青 應(yīng) 禮 文 ， 化 學(xué) 重 要 史 實(shí) ， 人 教 版 ， 1989 日 山 岡 望 著 ， 化 學(xué) 史 傳 ， 商 務(wù) 印 書 館 ， 1995 一 、 問 題 的 提 出 從 1819世 紀(jì) 中 葉 的 100年 間 ， 平 均 每2.5年 就 有 一 個(gè) 新 元 素 被 發(fā) 現(xiàn) 。 到

3、了 1869年已 有 63種 元 素 為 人 們 所 認(rèn) 識(shí) 。 關(guān) 于 各 種 元 素性 質(zhì) 的 研 究 資 料 ， 這 時(shí) 也 累 積 得 相 當(dāng) 豐 富 了 。面 對(duì) 這 些 大 量 而 無 頭 緒 的 材 料 ， 人 們 就 提 出 ：地 球 上 到 底 有 多 少 種 元 素 ？ 怎 樣 去 尋 找 新 元素 ？ 各 種 元 素 之 間 是 否 存 在 著 一 定 的 內(nèi) 在 聯(lián)系 ？ 對(duì) 于 這 一 連 串 的 問 題 ， 在 未 得 到 明 確 回答 之 前 ， 人 們 探 求 未 知 元 素 ， 還 只 能 在 大 量的 實(shí) 驗(yàn) 中 盲 目 摸 索 。 二 、 最 初 的 嘗

4、試 德 貝 萊 納 的 三 元 素 組 1829年 ， 德 國(guó) 的 德 貝 萊 納(Joham Wolfgang Dobereiner， 1780-1849)通 過 對(duì) 當(dāng) 時(shí) 已 知 的 54種 元 素 的 原 子 量 和 化 學(xué) 性 質(zhì) 之 間的 關(guān) 系 進(jìn) 行 研 究 ， 發(fā) 現(xiàn) 有 幾 個(gè) 相似 元 素 組 ， 每 組 包 括 3種 元 素 。如 （ ） 鋰 、 鈉 、 鉀 ； （ ） 鈣 、 鍶 、 鋇 ； （ ） 氯 、 溴 、 碘 ； （ ） 硫 、 硒 、 碲 ； （ ） 錳 、 鉻 、 鐵 。 組 內(nèi) 元 素 ， 不 僅 性 質(zhì) 相 似 ， 中 間 一 個(gè) 元 素 的 化 學(xué)

5、 性 質(zhì) 介乎 它 前 后 兩 個(gè) 元 素 之 間 ， 而 且 其 原 子 量 也 差 不 多 為 二 者 的 算術(shù) 平 均 值 。 此 即 三 元 素 組 （ triads） ： Li Na K Ca Sr Ba原 子 量 7 23 39 40 88 137 (7+39)/2 = 23 (40+137)/2 = 88.5 Cl Br I S Se Te原 子 量 35.5 80 127 32 79 128 (35.5+127)/2 = 81 (32+128)/2 = 80 德 貝 萊 納 在 1828年 推 測(cè) 了 巴 拉 （ A. J. Balard） 所 發(fā) 現(xiàn) 的 類 似 氯 與 碘

6、的 新 元 素 溴 的 原子 量 約 為 80， 不 久 就 被 貝 采 利 烏 斯 所 證 實(shí) 。三 元 素 組 相 當(dāng) 于 今 天 周 期 表 上 縱 橫 的 局 部 元 素的 分 組 。 尚 古 多 的 螺 旋 線 圖 1862年 ， 法 國(guó) 的 尚 古 多 (Beguyer de Chancourtois， 1820-1886)提 出 了 元 素 的 性 質(zhì) 有 周期 性 重 復(fù) 出 現(xiàn) 的 規(guī) 律 。 他 創(chuàng) 造 了 一 個(gè) 螺 旋 圖 （ 見 下頁(yè) ） ， 將 62種 元 素 按 原 子 量 的 大 小 循 序 標(biāo) 記 在 繞 著圓 柱 體 上 升 的 螺 線 上 ， 這 樣 就

7、可 清 楚 地 看 到 某 些 性質(zhì) 相 近 的 元 素 （ 相 當(dāng) 于 三 元 素 組 ） 都 出 現(xiàn) 在 同 一 條母 線 上 ， 此 即 螺 旋 圖 。 不 幸 的 是 未 能 引 起 重 視 ， 直到 1891年 才 被 承 認(rèn) 。 雖 然 他 的 螺 旋 圖 在 周 期 律 的 發(fā)現(xiàn) 史 上 沒 有 起 到 應(yīng) 有 的 作 用 ， 但 從 認(rèn) 識(shí) 論 的 角 度 來看 ， 尚 古 多 是 第 一 個(gè) 從 元 素 的 整 體 上 提 出 了 元 素 的性 質(zhì) 和 原 子 量 之 間 存 在 的 內(nèi) 在 聯(lián) 系 ， 并 初 步 提 出 了元 素 性 質(zhì) 的 周 期 性 ， 應(yīng) 該 說 ，

8、 螺 旋 線 圖 是 向 揭 示 周期 律 邁 出 了 有 力 的 一 步 。 紐 蘭 茲 的 八 音 律1865年 ， 英 國(guó) 的 紐 蘭 茲 (J. A. R. Newlands， 1837-1898)把 當(dāng) 時(shí) 的 元 素 按 原 子量 大 小 的 順 序 進(jìn) 行 排 列 ， 發(fā)現(xiàn) 從 任 意 一 個(gè) 元 素 算 起 ， 每到 第 八 個(gè) 元 素 就 和 第 一 個(gè) 元素 的 性 質(zhì) 相 近 ， 他 把 這 個(gè) 規(guī)律 和 音 樂 中 的 八 度 音 相 聯(lián) 系 ，稱 為 “ 八 音 律 ”（ Law of octaves)。 由 于 他 的 排 法 過 于 機(jī) 械 ， 因 此 存在 很

9、多 缺 點(diǎn) 和 不 成 熟 的 地 方 ， 受 到 冷 遇 和 嘲 笑 ， 直 到門 捷 列 夫 化 學(xué) 元 素 周 期 律 的 重 要 性 得 到 普 遍 承 認(rèn) 之后 ， 英 國(guó) 皇 家 學(xué) 會(huì) 才 給 他 頒 發(fā) 了 戴 維 獎(jiǎng) 。 三 、 周 期 律 的 發(fā) 現(xiàn) 邁 耶 爾 的 周 期 律 1860年 德 國(guó) 化 學(xué) 家 邁 耶 爾 (J. L. Meyer, 1830-1895)從 卡 爾 斯 魯 厄 會(huì) 議 返 回 途 中 翻看 康 氏 論 文 ， 倍 加 贊 賞 ， 將 其 譯 成 德 文 、發(fā) 表 評(píng) 論 并 加 以 推 廣 ， 這 樣 就 促 使 了 邁 耶爾 研 究 周 期

10、 律 。 1864年 在 他 的 現(xiàn) 代 化 學(xué)理 論 一 書 中 ， 依 原 子 量 的 順 序 ， 詳 細(xì) 地討 論 了 各 元 素 的 物 理 性 質(zhì) ， 并 在 書 中 刊 出了 一 個(gè) 六 元 素 表 ： Li (Be) C N O F Na Mg Si P S Cl K Ca As Se Br Rb Sr Sn Sb Te I Cs Ba Pb Bi (Tl) 上 表 中 各 元 素 按 原 子 量 值 由小 到 大 排 列 成 序 ， 對(duì) 元 素 的 分 組也 已 經(jīng) 做 得 很 好 ， 有 了 周 期 表 的雛 形 ， 并 且 也 留 出 了 尚 未 被 發(fā) 現(xiàn)的 元 素 的

11、空 位 ， 但 該 表 包 括 的 元素 尚 不 及 當(dāng) 時(shí) 已 知 元 素 的 一 半（ 1869年 已 發(fā) 現(xiàn) 63種 元 素 ） 。 1868年 邁 耶 爾 對(duì) 上 述 體 系作 了 修 改 ， 發(fā) 表 名 為 原 子 體 積周 期 性 圖 解 一 文 。 1869年 ， 邁 耶 爾 又 制 作 了 一 個(gè) 化 學(xué) 元 素 周 期表 ， 明 確 指 出 元 素 的 性 質(zhì) 是 它 們 原 子 量 的 函 數(shù) ， 不 過他 的 研 究 偏 重 于 元 素 的 物 理 性 質(zhì) （ 見 下 頁(yè) ） 。 與 門 捷列 夫 相 比 ， 謹(jǐn) 慎 的 邁 耶 爾 未 能 在 他 的 表 中 對(duì) 當(dāng) 時(shí)

12、 錯(cuò) 誤的 原 子 量 進(jìn) 行 訂 正 和 對(duì) 未 知 元 素 的 預(yù) 言 。 門 捷 列 夫 的 化 學(xué) 元 素 周 期 律 門 捷 列 夫（ ，1834-1907）是 善 于 對(duì) 事 物 進(jìn) 行 綜 合 分 析 ， 能 從 復(fù)雜 的 現(xiàn) 象 中 導(dǎo) 出 新 理 論 的 化 學(xué) 家 。 他堅(jiān) 信 原 子 是 客 觀 存 在 的 。 所 以 他 就 抓住 原 子 量 這 個(gè) 元 素 的 基 本 特 性 去 探 索原 子 量 與 元 素 性 質(zhì) 之 間 的 相 互 關(guān) 系 。 在 深 入 研 究 元 素 的 原 子 量 與 化 合價(jià) 時(shí) ， 門 捷 列 夫 發(fā) 現(xiàn) 各 種 元 素 的 原 子量

13、可 以 相 差 很 大 ， 而 不 同 元 素 的 化 合價(jià) 變 動(dòng) 范 圍 則 較 小 。 而 且 有 許 多 元 素 具 有 相 同 的 化 合 價(jià) 。 他 發(fā)現(xiàn) 同 價(jià) 元 素 的 性 質(zhì) 非 常 相 似 ， 所 有 的 一 價(jià) 元 素 都 是 典 型 的 金 屬 ，七 價(jià) 都 是 典 型 的 非 金 屬 ， 四 價(jià) 的 性 質(zhì) 介 于 兩 者 之 間 。 他 堅(jiān) 信 各種 元 素 之 間 一 定 存 在 著 統(tǒng) 一 的 規(guī) 律 性 。 1869年 35歲 的 門 捷 列 夫 門 捷 列 夫 在 1869年 35歲 的時(shí) 候 ， 發(fā) 表 了 元 素 的 性 質(zhì) 和原 子 量 的 關(guān) 系

14、一 文 ， 1871年又 發(fā) 表 了 化 學(xué) 元 素 的 周 期 性依 賴 關(guān) 系 一 文 ， 對(duì) 他 的 第 一張 元 素 周 期 表 又 進(jìn) 行 了 補(bǔ) 充 和發(fā) 展 。 其 中 心 論 點(diǎn) 就 是 ： 把 元素 按 原 子 量 的 順 序 排 列 時(shí) ， 其性 質(zhì) 呈 現(xiàn) 周 期 性 的 變 化 。 這 就是 所 謂 的 元 素 周 期 律 ， 以 此 為基 礎(chǔ) 繪 制 出 了 化 學(xué) 元 素 周 期 表 。 門 捷 列 夫 1869年 發(fā) 現(xiàn) 的 元 素 周 期 律 的 基 本 觀 點(diǎn)（ ） 按 照 原 子 量 的 大 小 排 列 起 來 的 元 素 ， 在 性 質(zhì)上 呈 現(xiàn) 出 明

15、顯 的 周 期 性 。（ ） 原 子 量 的 大 小 決 定 元 素 的 特 征 ， 正 像 質(zhì) 點(diǎn) 的大 小 決 定 復(fù) 雜 物 質(zhì) 的 性 質(zhì) 一 樣 。 因 此 ， 例 如 和 Te的 化 合 物 ； Cl 和 I 的 化 合 物 等 ， 既 類 似 ， 又 呈現(xiàn) 極 明 顯 的 差 別 。（ ） 應(yīng) 該 預(yù) 料 到 許 多 未 知 單 質(zhì) 的 發(fā) 現(xiàn) ， 例 如 預(yù) 料類 似 鋁 和 硅 的 ， 原 子 量 位 于 65至 75之 間 的 元 素 。 元素 的 某 些 同 類 元 素 將 按 它 們 原 子 量 的 大 小 而 被 發(fā) 現(xiàn) 。（ ） 當(dāng) 我 們 知 道 了 某 元 素

16、的 同 類 元 素 之 后 ， 有 時(shí)可 以 修 正 該 元 素 的 原 子 量 。 在 門 捷 列 夫 的 第 二 張 元 素 周期 表 里 ， 是 把 元 素 以 氧 化 物 和 氫化 物 的 形 式 ， 也 就 是 以 化 合 物 為依 據(jù) 劃 分 成 族 （ group） 。 除 氫 外 ，從 最 輕 的 鋰 開 始 到 氟 為 止 的 過 程中 ， 族 的 性 質(zhì) 呈 現(xiàn) 著 遞 變 性 。 以下 的 周 期 也 大 體 上 相 同 。 第 VIII族是 不 同 于第 I到 第 VII族 的 特 殊 性 元 素 ， 它 是 介于 非 金 屬 性 最 強(qiáng) 的 第 VII族 和 金 屬

17、性 最強(qiáng) 的 第 I族 間 的 遞 變 元 素 。 門 捷 列 夫 對(duì) 原 子 量 的 訂正 和 對(duì) 未 知 元 素 的 預(yù) 測(cè) 門 捷 列 夫 全 面 研 究 和分 析 了 元 素 性 質(zhì) 以 后 認(rèn) 識(shí) 到 ，只 是 表 面 地 按 原 子 量 大 小 的順 序 排 列 是 不 行 的 。 因 為 如果 這 樣 排 ， 在 一 價(jià) 鋰 （ 原 子量 為 7） 之 后 就 會(huì) 突 然 出 現(xiàn)一 個(gè) 三 價(jià) 的（11.0）中間 缺 少 了 一 個(gè) 二 價(jià) 元 素 ； 而 在 五 價(jià) 的 氮 （ 14） 之 后 和 六 價(jià) 氧（ 16） 之 間 卻 又 不 自 然 地 插 進(jìn) 一 個(gè) 鈹 （ 1

18、4.1） ， 結(jié) 果 會(huì) 使 鈹 落進(jìn) 到 三 價(jià) 的 硼 、 鋁 族 內(nèi) ， 但 是 從 鈹 的 實(shí) 際 性 質(zhì) 來 看 ， 它 應(yīng) 屬 于二 價(jià) 的 鈣 族 。 為 什 么 會(huì) 產(chǎn) 生 這 種 矛 盾 ？ 經(jīng) 過 反 復(fù) 研 究 ， 他 確 認(rèn)是 鈹 的 原 子 量 數(shù) 據(jù) 錯(cuò) 了 ， 不 應(yīng) 當(dāng) 為 14.1， 而 應(yīng) 為 9.4。 他 沒 有 呆板 地 把 鈹 排 在 氮 和 氧 之 間 ， 而 是 排 在 鋰 、 硼 之 間 ， 這 就 消 除 了 兩 處 違 背 規(guī) 律 的 地 方 ， 使 矛 盾 得 以 圓 滿 的 解 決 。， 門 捷 列 夫 在 辦 公 室 門 捷 列 夫 在

19、 發(fā) 現(xiàn) 周 期 律 及 制作 周 期 表 的 過 程 中 ， 除 了 不 顧 當(dāng)時(shí) 公 認(rèn) 的 原 子 量 數(shù) 據(jù) 而 改 排 了 某些 元 素 （ Os、 Ir、 Pt、 Au、 Te、 I、Ni、 Co） 的 位 置 外 ， 并 且 考 慮 到它 們 周 期 表 中 的 合 理 位 置 ， 大 膽地 修 訂 了 一 些 元 素 （ In、 La、 Y、Er、 Ce、 Th、 U） 的 原 子 量 ， 而且 更 是 先 后 預(yù) 言 了 15種 以 上 的 未知 元 素 ， 這 些 修 訂 和 預(yù) 言 經(jīng) 過 以后 的 科 學(xué) 實(shí) 踐 證 明 基 本 上 是 正 確的 。 此 外 ， 周 期

20、 律 理 論 提 出 后 還經(jīng) 受 了 稀 有 氣 體 元 素 發(fā) 現(xiàn) 的 考 驗(yàn) ?？?之 ， 周 期 律 為 尋 找 新 元 素 提 供了 一 個(gè) 理 論 上 的 向 導(dǎo) 。 門 捷 列 夫 在 他 的 化 學(xué) 元素 周 期 表 中 ， 留 出 了 空 位 給尚 待 發(fā) 現(xiàn) 的 新 元 素 。 他 認(rèn) 為 ，不 能 認(rèn) 為 當(dāng) 時(shí) 表 中 缺 少 某 些元 素 而 破 壞 了 整 個(gè) 的 自 然 序列 ， 因 此 他 堅(jiān) 信 這 些 空 位 元素 的 存 在 ， 并 根 據(jù) 空 位 上 下左 右 元 素 情 況 創(chuàng) 造 性 地 預(yù) 言了 這 些 未 知 元 素 的 性質(zhì) ， 其 中 有 三

21、 個(gè) 未 知 元 素 ， 根 據(jù) 它 們 的 位 置 ， 把 它們 稱 為 類 鋁 、 類 硼 和 類 硅 ， 并 預(yù) 言 了 它 們 的 性 質(zhì) 。 1869年 月 日 ， 在 圣 彼 得 堡 大 學(xué) 召 開 的 俄 國(guó) 化 學(xué) 會(huì)年 會(huì) 上 ， 35歲 的 門 捷 列 夫 因 病 未 能 出 席 該 次 大 會(huì) ， 他 的 劃 時(shí)代 的 這 篇 論 文 由 該 學(xué) 會(huì) 委 員 門 舒 特 金 代 為 宣 讀 的 。 這 篇 論 文和 紐 蘭 茲 的 八 音 律 一 比 較 ， 就 好 像 聽 了 一 段 手 風(fēng) 琴 演 奏 之 后 ，緊 接 著 又 聽 了 管 弦 樂 隊(duì) 演 奏 交 響

22、樂 一 樣 ， 那 種 壯 麗 的 旋 律 和優(yōu) 美 的 音 調(diào) 是 多 么 令 人 心 曠 神 怡 和 贊 賞 不 已 。 任 何 新 生 事 物 的 產(chǎn) 生 都 不 是 一 帆 風(fēng) 順 的 ， 元 素 周 期 律 的誕 生 也 不 例 外 。 尚 古 多 的 螺 旋 線 圖 就 受 到 巴 黎 科 學(xué) 院 的 冷 遇而 在 當(dāng) 時(shí) 未 能 發(fā) 表 ； 邁 耶 爾 的 六 元 素 表 也 沒 有 能 及 時(shí) 公 諸 于世 ； 紐 蘭 茲 關(guān) 于 八 音 律 的 報(bào) 告 在 當(dāng) 時(shí) 就 遭 到 一 個(gè) 叫 弗 斯 特（ Foster） 的 教 授 當(dāng) 面 質(zhì) 問 ： “ 是 否 嘗 試 把 元

23、 素 按 符 號(hào) 字 母 的次 序 排 列 ， 這 樣 或 許 可 能 得 到 更 精 彩 的 符 合 ？ ” 在 俄 國(guó) ， 門捷 列 夫 的 發(fā) 現(xiàn) 也 沒 有 立 即 被 承 認(rèn) ， 甚 至 他 的 老 師 ， 著 名 的 有機(jī) 化 學(xué) 家 齊 寧 （ N. N. Zinin, 1812-1880） 也 不 支 持 他 的 工 作 ， 訓(xùn) 誡 他 是 不 務(wù) 正 業(yè) 。 四 、 門 捷 列 夫 簡(jiǎn) 介 德 米 特 里 伊 凡 諾 維 奇 門捷 列 夫 于 1834年 月 日 生 于西 伯 利 亞 一 個(gè) 中 學(xué) 校 長(zhǎng) 的 家 庭 。1854年 由 彼 得 堡 師 范 學(xué) 院 畢 業(yè)后

24、， 擔(dān) 任 了 一 段 時(shí) 間 的 中 學(xué) 教師 。 1856年 以 硅 酸 鹽 化 合 物的 結(jié) 構(gòu) 論 文 獲 碩 士 學(xué) 位 （ 22歲 ） 。 1857年 成 為 彼 得 堡 大 學(xué)的 副 教 授 （ 23歲 ） 。 1859年 赴 德 國(guó) 深 造 ， 在 本 生 的 實(shí) 驗(yàn) 室 工 作 。 1861年 回 國(guó) 后 ， 先 后任 彼 得 堡 工 藝 學(xué) 院 和 彼 得 堡 大 學(xué) 化 學(xué) 教 授 （ 28歲 ） 。 門 捷 列 夫 科 學(xué) 生 涯 的 轉(zhuǎn) 折 點(diǎn) 發(fā) 生 在 1867年 10月 （ 34歲 ） ，他 發(fā) 現(xiàn) 沒 有 一 本 合 適 的 教 科 書 ， 于 是 決 定 自

25、 己 來 寫 一 本 概 括化 學(xué) 基 礎(chǔ) 知 識(shí) 的 書 ， 定 名 為 化 學(xué) 原 理 。 為 了 寫 好 化 學(xué) 原 理 ， 他 仔 細(xì) 地 研 究 了 物 質(zhì) 的 化 學(xué) 性質(zhì) 、 比 重 與 元 素 的 原 子 量 、 化 合 物 的 分 子 量 之 間 的 關(guān) 系 ， 為了 分 類 ， 他 將 每 一 種 元 素 的 各 種 特 性 分 類 寫 在 一 張 卡 片 上 ，進(jìn) 行 研 究 ， 經(jīng) 過 長(zhǎng) 時(shí) 間 的 摸 索 ， 才 緊 緊 抓 住 了 元 素 的 基 本 特性 原 子 量 來 探 索 元 素 之 間 的 規(guī) 律 性 ， 盡 管 當(dāng) 時(shí) 發(fā) 現(xiàn) 的 元素 只 有 63種

26、 ， 許 多 原 子 量 的 測(cè) 定 還 不 夠 準(zhǔn) 確 ， 但 他 還 是 克 服了 許 多 困 難 ， 終 于 在 1869年 2月 編 成 了 第 一 張 化 學(xué) 元 素 周 期 表 。 后 來 當(dāng) 他 成 功 以 后 有 人 問 道 ： 你 是 從 什 么 思 想 出 發(fā) 、 用什 么 方 法 ， 發(fā) 現(xiàn) 并 肯 定 了 周 期 律 ？ 他 說 ： “ 當(dāng) 我 在 考 慮 物 質(zhì) 的 時(shí) 候 ， 總 不 能 避 開 兩 個(gè) 問 題 ：即 物 質(zhì) 有 多 少 和 物 質(zhì) 是 什 么 樣 的 ？ 這 就 是 說 ， 有 兩 個(gè) 概 念 ，物 質(zhì) 的 質(zhì) 量 和 化 學(xué) 性 質(zhì) 。 我 相

27、信 物 質(zhì) 質(zhì) 量 的 永 恒 性 ， 因 此 自然 而 然 地 就 產(chǎn) 生 了 這 樣 的 思 想 ， 在 元 素 的 質(zhì) 量 和 化 學(xué) 性 質(zhì) 之間 ， 一 定 存 在 著 某 種 聯(lián) 系 。 ” 晚 年 的 門 捷 列 夫 又 為 形 而 上 學(xué) 的 自 然觀 所 束 縛 。 在 電 子 發(fā) 現(xiàn) 以 后 ， 他 仍 然 不 能正 視 原 子 可 分 性 的 事 實(shí) ， 繼 續(xù) 否 認(rèn) 原 子 的復(fù) 雜 性 和 可 分 性 ， 否 認(rèn) 元 素 轉(zhuǎn) 化 的 可 能 性 。但 事 實(shí) 上 正 是 以 電 子 的 發(fā) 現(xiàn) 、 原 子 的 可 分性 和 元 素 轉(zhuǎn) 化 的 可 能 性 為 根 據(jù)

28、 發(fā) 展 起 來 的原 子 結(jié) 構(gòu) 學(xué) 說 ， 才 是 現(xiàn) 代 周 期 律 的 真 實(shí) 基礎(chǔ) 。 從 這 個(gè) 意 義 上 講 ， 形 而 上 學(xué) 的 自 然 觀沒 能 使 門 捷 列 夫 根 據(jù) 新 的 成 果 ， 進(jìn) 一步 發(fā) 展 周 期 律 的 學(xué) 說 。 1890年 ， 為 抗 議 沙 皇 壓 制 民 主 ， 他 憤 然 辭 去 彼 得 堡大 學(xué) 教 授 職 務(wù) （ 56歲 ） 。 1895年 ， 當(dāng) 局 為 敷 衍 公 憤 ， 聘請(qǐng) 他 為 國(guó) 家 度 量 衡 局 的 局 長(zhǎng) （ 61歲 ） 。 1907年 2月 2日 早晨 ， 這 位 不 朽 的 科 學(xué) 家 停 止 了 呼 吸 ，

29、這 天 據(jù) 他 73歲 的 生日 只 有 6天 。 五 、 科 學(xué) 實(shí) 踐 的 證 實(shí) 以 銦 為 例 ， 當(dāng) 時(shí) 公 認(rèn) 的 原 子 量 為 75.6， 他 認(rèn) 為 應(yīng) 是 113.4，后 來 重 測(cè) 為 114.3。 再 以 鈾 為 例 ， 公 認(rèn) 的 原 子 量 為 116， 他 認(rèn)為 應(yīng) 是 240， 這 與 現(xiàn) 代 所 測(cè) 數(shù) 值 238.07相 差 不 大 。 門 捷 列 夫 預(yù) 言 的 “ 類 鋁 ” 最 具 戲劇 性 。 1875年 ， 法 國(guó) 人 布 瓦 博 德 朗 (P. E. L. de Boisbaudran, 1838-1912)在 比利 牛 斯 山 的 閃 鋅 礦

30、中 發(fā) 現(xiàn) 一 種 新 元 素 ，并 以 古 法 國(guó) 名 命 名 為 “ 鎵 ” ， 他 把 所 測(cè)得 的 關(guān) 于 鎵 的 一 些 重 要 性 質(zhì) 簡(jiǎn) 要 地 刊 在 巴 黎 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 上 。 不 久 門 捷 列 夫 來信 指 出 他 報(bào) 告 中 鎵 的 比 重 不 是 4.7， 而應(yīng) 為 5.9 6.0。 布 氏 疑 惑 ， 他 自 己 是 唯一 擁 有 鎵 的 人 ， 他 怎 么 知 道 我 的 測(cè) 定 有 誤 呢 ？ 于 是 他 重 新 測(cè) 定 ， 結(jié) 果 為 5.94。 布 氏 大 為 驚 訝 ， 他在 另 一 篇 論 文 中 寫 道 ： “ 我 以 為 沒 有 什 么 必 要

31、再 來 說 明門 捷 列 夫 這 一 理 論 的 巨 大 意 義 了 ” 。 化 學(xué) 史 上 第 一 次 一 個(gè) 預(yù) 言 的 新 元 素 發(fā) 現(xiàn) 了 ， 這 件 事引 起 了 普 遍 的 重 視 ， 門 捷 列 夫 的 論 文 迅 速 被 翻 譯 成 法 文和 英 文 ， 使 全 世 界 的 科 學(xué) 家 都 知 道 了周 期 律 的 內(nèi) 容 和 意 義 ， 人 們 從 此 便 更有 指 導(dǎo) 地 尋 找 新 元 素 了 。 發(fā) 現(xiàn) 鎵 以 后 的 4年 ， “ 類 硼 ” 被 瑞典 人 尼 科 爾 森 （ L. F. Nilson， 1840-1899） 在 硅 鈹 釓 礦 石 和 黑 稀 金

32、礦 中 找到 ， 為 紀(jì) 念 他 的 生 身 地 斯 堪 的 納維 亞 而 命 名 為 鈧 。 1886年 ， 門 捷 列 夫 預(yù) 言 的 第 三 個(gè) 元 素“ 類 硅 ” ， 被 德 國(guó) 化 學(xué) 家 文 科 勒 (C. A. Winkler， 1838-1904)所 發(fā) 現(xiàn) ， 他 為 紀(jì)念 德 國(guó) 而 將 這 一 元 素 命 名 為 “ 鍺 ” (Ge)。 根 據(jù) 化 學(xué) 元 素 周 期 律 ， 門 捷 列 夫 先 后預(yù) 言 了 鎵 、 鈧 、 著 、 釙 、 鐳 、 錒 、 鏷 、 錸 、锝 、 鈁 、 砹 等 11種 元 素 ， 并 指 導(dǎo) 人 們很 快 得 以 發(fā) 現(xiàn) 。 根 據(jù) 這

33、 一指 導(dǎo) 思 想 ， 1894年 ， 英 國(guó)的 拉 姆 賽 (W. Ramsay,1852-1916)等 化 學(xué) 家 在 發(fā) 現(xiàn) 氬 和 氦 的 前 提 下 ，又 預(yù) 言 了 整 個(gè) 稀 有 氣 體 元 素 一 族 的 存 在 。 在1898年 以 后 ， 果 然 就 陸 續(xù) 發(fā) 現(xiàn) 了 氖 、 氪 、 氙等 元 素 ， 并 在 周 期 表 中 增 加 為 新 的 一 族 。 六 、 化 學(xué) 元 素 周 期 表的 完 善 1785年 ， 英 國(guó) 的 開 文迪 什 通 過 實(shí) 驗(yàn) 發(fā) 現(xiàn) ， 把 不 含水 蒸 氣 、 二 氧 化 碳 的 空 氣 除去 氧 氣 和 氮 氣 后 ， 仍 有 很 少

34、量 的 殘 余 氣 體 存 在 。這 種 現(xiàn) 象 在 當(dāng) 時(shí) 并 沒 有 引 起 化 學(xué) 家 的 重 視 。 從 1882年 以 來 ， 英國(guó) 物 理 學(xué) 家 雷 利 (L. Rayleigh， 1842-1919)主 要 從 事 氣 體 密 度的 測(cè) 定 ， 他 在 測(cè) 定 氮 氣 的 密 度 時(shí) ，發(fā)現(xiàn) 從 空 氣 中 分 離 出 來 的 氮 氣 是1.2572g/L， 而 從 含 氮 物 質(zhì) 中 制 得的 氮 氣 是 1.2508g/L， 經(jīng) 過 多 次 測(cè)定 ， 兩 者 質(zhì) 量 相 差 仍 然 是 幾 毫 克 。 對(duì) 于 上 述 這 種 微 小 的 差 異 ， 雷 利 勛 爵 并沒 有

35、 忽 視 ， 他 懷 疑 從 空 氣 中 分 離 出 來 的氮 氣 里 含 有 未 被 發(fā) 現(xiàn) 的 較 重 的 氣 體 。1894年 他 得 到 化 學(xué) 家 拉 姆 賽 的 建 議 和 協(xié)助 ， 查 閱 了 開 文 迪 什 過 去 寫 的 科 學(xué) 資 料 ，重 做 了 當(dāng) 年 的 實(shí) 驗(yàn) ， 他 在 除 掉 空 氣 里 的氧 氣 和 氮 氣 以 后 ， 得 到 了 很 少 量 極不活 潑 的 氣 體 。與 此 同 時(shí) ， 拉 姆賽 采 用 另 法 從 空氣 中 也 得 到 了 這種氣 體 因 其 極 不 活 潑 ， 命 名 為 “ Argon”,意 為 氬 ， 懶 惰 之 意 。1868年 ，

36、 法 國(guó) 天 文 學(xué) 家 嚴(yán) 森 (J. P. Jensen，1824-1907)和 洛 克 爾 (J. N. Lockyer， 1836-1920)在 觀 察 日 全 食 時(shí) ， 發(fā) 現(xiàn) 一 條 奇 怪 的 譜 線 ， 命 名 為 氦 （ Helium, 希 臘 語 ，意 為 太 陽(yáng) ） ， 1895年 ， 拉 姆 賽 用 光 譜 證 實(shí) 地 球 礦 物中 也 含 有 這 種 元 素 ， 以 后 幾 年 又 從 空 氣 中 分 餾 出 的粗 氬 中 分 離 出 氖 、 氪 、 氙 。 到 了 1910年 ， 這 5種 稀有 氣 體 元 素 便 形 成 了 周 期 表 中 一 個(gè) 完 整 的

37、新 族 零 族 。 由 于 這 些 零 族 元 素 的 出 現(xiàn) ， 使 得 從 鹵 族 到 堿 金 屬元 素 的 變 遷 過 程 得 以 合 理 解 釋 ， 從 而 使 周 期 律 更 加接 近 客 觀 真 理 ， 鞏 固 了 它 的 地 位 。 門 捷 列 夫 也 承 認(rèn) 這 點(diǎn) ： “ 我 認(rèn) 為 拉 姆 賽 也 是 周 期律 的 確 定 者 之 一 ， 因 為 他 發(fā) 現(xiàn) 了 He、 Ar、 Kr、 Xe，并 決 定 了 原 子 量 ， 而 且 數(shù) 值 正 符 合 元 素 周 期 律 的 規(guī)律 。 ” 2. 現(xiàn) 代 周 期 律 的 建 立 1913年 ， 英 國(guó) 的 莫斯 萊 (H.Mo

38、seley，1887-1915)經(jīng) 過 對(duì) 特 征X射 線 的 研 究 ， 發(fā) 現(xiàn) 以不 同 元 素 作 為 產(chǎn) 生 X射線 的 靶 子 ， 所 產(chǎn) 生 的 特征 射 線 的 波 長(zhǎng) 不 同 。他 將 各 元 素 按 所 產(chǎn) 生 的特 征 X射 線 的 波 長(zhǎng) 排 列以后就 發(fā) 現(xiàn) 排 列 次 序 與 周 期 表 中 的 次 序 是 一 致 的 ， 它 把 這 個(gè) 次序 命 名 為 原 子 序 數(shù) 。 指 出 ， 核 內(nèi) 的 單 位 電 荷 數(shù) 才 是 周 期 表 中 元素 排 列 順 序 的 本 質(zhì) 依 據(jù) 。 這 樣 就 解 決 了 原 子 量 排 列 顛 倒 的 問 題 。， 1910年

39、 ， 英 國(guó) 的 物 理 學(xué) 家 索迪 (F.Soddy， 1877-1956)提 出 了同 位 素 的 假 說 ， 僅 僅 限 制 在 放 射性 元 素 以 內(nèi) 。 1912年 ， 英 國(guó) 的 物 理 學(xué) 家 湯姆 遜 (J. J. Thomson， 1856-1940)發(fā) 現(xiàn) 通 常 元 素 也 有 同 位 素 。 1931年 ， 美 國(guó) 哥 倫 比 亞 大 學(xué) 的 化 學(xué)教 授 尤 里 (H. C. Urey， 1893-1981)和 他的 助 手 們 把 四 升 液 態(tài) 氫 在 三 相 點(diǎn) 14K下緩 慢 蒸 發(fā) ， 最 后 只 剩 下 幾 立 方 毫 米 液 氫 ，然 后 作 光 譜

40、 分 析 ， 結(jié) 果 在 氫 原 子 光 譜 的譜 線 中 ， 得 到 一 些 新 譜 線 ， 它 們 的Deuterium， 中 譯 名 為 氘 ， 符 號(hào) D。 后 來英 美 科 學(xué) 家 又 發(fā) 現(xiàn) 了 質(zhì) 量 為 3的 Tritium，中 譯 名 為 氚 ， 符 號(hào) T。 尤 里 因 此 獲 1934年諾 貝 爾 化 學(xué) 獎(jiǎng) 。 38歲 時(shí) 的 尤 里 年 過 80的 尤 里位置正 好 與 預(yù) 期 的質(zhì) 量 為 2的 氫 譜 線一 致 ， 從 而 發(fā) 現(xiàn) 了重 氫 ， 尤 里 稱 為 1905年 ， 瑞 士 化 學(xué) 家 維 爾 納 (A. Werner， 1866-1919)改 變 了

41、門 捷 列夫 周 期 表 的 形 式 ， 在 他 的 長(zhǎng) 式 周 期表 中 ， 把 當(dāng) 時(shí) 已 發(fā) 現(xiàn) 的 12種 鑭 系 元素 排 在 一 起 ， 讓 它 們 在 周 期 表 下 方單 排 一 行 ， 以 表 示 它 們 在 表 中 共 占一 個(gè) 位 置 。 維 爾 納 的 最 大 貢 獻(xiàn) 還 在 無 機(jī) 化 學(xué)領(lǐng) 域 ， 由 于 提 出 了 配 位 理 論 ， 闡 明了 絡(luò) 合 物 中 化 學(xué) 鍵 的 本 質(zhì) ， 使 得 無機(jī) 化 學(xué) 由 經(jīng) 典 走 向 現(xiàn) 代 化 ， 他 由 此 獲 得 1913年 諾 貝 爾 化 學(xué) 獎(jiǎng) ，成 為 第 一 位 獲 得 諾 貝 爾 獎(jiǎng) 金 的 瑞 士 人 。 1919年 10月 15日 去 世 ，享 年 53歲 。 作 為 近 代 無 機(jī) 化 學(xué) 結(jié) 構(gòu) 理 論 的 奠 基 人 ， 維 爾 納 是 當(dāng) 之 無愧 的 ， 人 們 稱 他 為 “ 無 機(jī) 化 學(xué) 中 的 凱 庫(kù) 勒 ” ， 確 實(shí) 是 再 合 適 不 過 了 。 周 期 表 的 不 同 表 達(dá) 形 式