周期表，也称为元素周期表，是 118 种已知化学元素的有组织的排列。化学元素按照原子序数或质子数递增的顺序从左到右、从上到下排列。的原子核，通常与原子质量的增加一致。
元素周期表的组织提供了有关元素结构和属性的重要信息。请继续阅读，详细了解 150 多年前元素周期表的制作方法以及如今的使用原因。
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元素周期表是谁创建的？
德米特里·门捷列夫（Dmitri Mendeleev）是一位俄罗斯化学家和发明家，据《化学家》称，他被认为是元素周期表的“之父”。英国皇家化学学会。 1860年代，门捷列夫是俄罗斯圣彼得堡一所大学的一位受欢迎的讲师。当时，还没有俄语的现代有机化学教科书，因此门捷列夫决定编写一本。据《化学原理》（两卷，1868-1870 年）一书的撰写，他同时解决了无序元素的问题。可汗学院。
事实证明，将这些元素排序是相当困难的。当时，已知有 63 种化学元素，每种元素的原子量都是根据阿伏加德罗假设计算的，该假设指出，当保持相同体积时，等体积的气体和压力，保持相同数量的分子。
当时只有两种策略对这些元素进行分类：将它们分为金属和非金属，或者根据元素的价电子（最外层电子）的数量将它们分组。门捷列夫书的第一部分仅涉及八种已知元素——碳、氢、氧、氮、氯、氟、溴和碘——根据迈克尔·D·戈丁（Michael D. Gordin）在他的书中的说法，这两种策略适用于这些特定元素。 “秩序良好的事物：德米特里·门捷列夫和元素周期表的影子”（普林斯顿大学出版社，2018 年修订版）。但它们还不足以对当时已知的 55 种其他化学元素进行有效分类。
所以，根据英国皇家化学学会门捷列夫将每种元素的属性写在卡片上，并开始通过增加原子量对它们进行排序。这时他注意到原子量和化学性质之间的相关性。
然而，确切的“尤里卡！”导致门捷列夫得出完整元素周期表排序策略的那一刻仍然笼罩在神秘之中。 “要重建门捷列夫根据原子量进行元素周期组织的过程是极其困难的，”戈丁在谈到完整的周期表时写道。 “从历史学家的角度来看，问题在于，虽然门捷列夫在相信自己会成名后保留了几乎所有经过他手中的文件和草稿，但在制定周期律之前他并没有这样做。”
戈丁继续说道：“门捷列夫可以通过两种基本方式从认识到原子量作为一种良好的分类工具的重要性转向周期表草案：要么按照原子量的顺序按行写出元素，要么按顺序写出元素。注意到周期性重复，或者他组装了几种元素的“自然族”，例如卤素和碱金属，并注意到重量增加的模式。”门捷列夫唯一已知的与其方法相关的声明是在 1869 年 4 月发表的；根据戈丁的书，他写道，他“聚集了原子量最低的物体，并按照原子量增加的顺序排列它们”。
无论门捷列夫的思考过程如何，他最终都会根据原子量和价电子来排列元素。他不仅为尚未发现的元素留下了空间，而且还预测了其中五种元素及其化合物的性质。 1869 年 3 月，他向俄罗斯化学会提交了研究结果。同年晚些时候，他的新周期系统作为摘要发表在德国化学期刊上化学杂志（化学杂志），根据加州大学圣地亚哥分校。
阅读元素周期表
元素周期表包含大量信息，但其中一些最重要的是原子序数、原子符号和原子质量。
原子序数：原子核中的质子数称为该元素的原子序数。质子的数量决定了它是什么元素并决定了它的化学行为。例如，总是有六个质子；总是有一个；和总是有八个。同一元素的不同版本（称为同位素）可以具有不同数量的中子。元素也可以获得或失去电子而带电，在这种情况下它们被称为离子。
原子符号：原子符号（或元素符号）是代表元素的缩写（“C”代表碳，“H”代表氢，“O”代表氧等）。这些符号在国际上使用，有时令人意想不到。例如，符号为是“W”，因为该元素的另一个名称是钨。黄金的原子符号是“Au”，因为拉丁语中黄金的意思是“aurum”。
原子质量：元素的标准原子量是用原子质量单位 (amu) 表示的元素的平均质量。尽管每个原子大约有整数个原子质量单位，但您会注意到元素周期表上的原子质量是小数；这是因为该数字是元素的各种天然同位素根据其丰度的加权平均值。
某些人造元素的原子质量稍微复杂一些。据介绍，对于 93-118 号元素，它们是实验室制造的反铀元素（铀以外的元素，原子序数为 92），不存在“自然”丰度。洛斯阿拉莫斯国家实验室 (LANL)。根据国际纯粹与应用化学联合会 (IUPAC) 的数据，这些元素中寿命最长的同位素的原子量被列在元素周期表中。这些原子量应该被认为是临时的，因为根据该机构的说法，未来可能会产生一种具有更长半衰期（该元素的 50% 需要多长时间才能分解）的新同位素。局域网络。
超重元素，即原子序数高于 104 的元素，也属于这一非自然类别。原子核越大——原子核随着内部质子数量的增加而增加——通常该元素就越不稳定。因此，根据 IUPAC 的说法，这些超大元素转瞬即逝，仅持续几毫秒，然后就会衰变成较轻的元素。例如，超重元素113、115、117和118是2015 年 12 月，完成表格上的第七行或句点。几个不同的实验室生产了超重元素。原子序数、临时名称和正式名称是：
- 113：其中之一（乌特）(NH)
- 115：ununpentium（Uup），（麦）
- 117：ununseptium（新）(Ts)
- 118：一晚（Uuo）（和）
元素周期表是如何排列的？
这通过原子量和价电子。这些变量允许门捷列夫将每个元素放置在特定的行（称为句点）和列（称为组）中。该表由七行和十八列组成。
每行或周期的编号表示该行中元素的轨道数，根据洛斯阿拉莫斯国家实验室。 （原子的原子核中有质子和中子，围绕原子核，电子排列在轨道中。轨道描述了电子的位置及其波状行为。）这意味着第三周期中的所有元素——钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯和氩——具有三个原子轨道，其中有电子。
列或基团表示原子最外层电子的数量；这些被称为价电子，它们是可以与其他元素的价电子发生化学键合的电子。价电子可以通过共价键与另一种元素共享，也可以通过离子键交换，根据普渡大学。
例如，化学家 William Reusch 在他的网页上写道，第 8A 族（或 VIIIA）元素在最高能量轨道上都有全套的八个电子。密歇根州立大学。元素周期表中占据同一列的元素（称为“族”）具有相同的价电子构型，因此化学行为类似。例如，所有第 18 族元素都是惰性气体，这意味着它们不会与任何其他元素发生反应。
过渡元素有一些例外情况，它们填充元素周期表中心的较短列。这些过渡元素具有部分填充的 d 轨道，这有助于其独特的性质。这将它们与主要填充 s 和 p 轨道的主族元素区分开来。
让我们尝试一个例子：我们可以选择，其原子序数为 34，这意味着硒的中性原子中有 34 个电子。这种非金属属于第 4 期第 6A 族。这意味着硒将其电子保留在四个原子轨道中，并在其最外层轨道上有六个价电子，即六个电子。您还可以计算出其第一、第二和第三轨道中有多少电子：第一个轨道最多可容纳两个电子，而第二个轨道有四个子轨道，因此总共可容纳八个电子。根据理论，原子的第三层由 9 个亚轨道组成，最多可容纳 18 个电子。佛罗里达州立大学化学与生物化学系。这意味着硒的第一、第二、第三和第四原子轨道分别有 2、8、18 和 6 个电子。
元素周期表的演变
当门捷列夫于 1869 年首次发布原始元素周期表时，它仅包含 63 种元素——大约是今天元素数量的一半。他的桌子上有间隙，为尚未发现的元素留出空间，门捷列夫利用这些间隙的位置来预测潜在新元素的特性。其中一个例子是门捷列夫所说的“eka-aluminium”，这是一种具有与铝相似特性的提议元素。几年后，该元素被鉴定为镓，其性质被证实与门捷列夫的预测非常相似。
自 19 世纪以来，已知元素的数量几乎增加了一倍。这些新发现的元素慢慢地填补了门捷列夫最初设计的空白，并将该表扩展到更高的原子序数。元素周期表上的所有空白均已正式填补2010年代合成117号元素后，田纳西州。
理论上是可以的进一步扩展元素周期表随着化学家合成越来越重的元素，元素周期表可能永远不会完整。这些人造元素是使用粒子加速器创建的将原子和亚原子粒子粉碎在一起，产生带有额外质子和中子的原子核。然而，这些超重元素非常不稳定且难以制造。 “我们真的不知道可能存在的最重元素是什么，”维托尔德·纳扎雷维奇,密歇根州立大学的核物理学家告诉史密森尼杂志。
如今元素周期表是如何使用的？
通过了解表格中聚集在一起的某些元素具有某些特征和行为，科学家可以找出哪些元素最适合某些行业和流程。例如，据介绍，工程师使用表中第 III 族和第 V 族元素的不同组合来制造新的半导体合金，例如氮化镓 (GaN) 和氮化铟 (InN)。美国国家标准技术研究院（美国国家标准技术研究所）。
一般来说，化学家和其他科学家可以使用该表来预测某些元素将如何相互反应。例如，碱金属位于表的第一列或第一组中，并且往往具有一个价电子，因此带有 +1 电荷。这种电荷意味着它们“与水发生剧烈反应，并且很容易与非金属结合，”化学家 Anne Marie Helmenstine 在上面写道思想公司NIST 表示，镁与钙属于同一族，作为骨植入物合金的一部分，镁越来越有用。由于这些合金是可生物降解的，因此它们充当脚手架，然后在天然骨骼在结构上生长后消失。
自创建一个多世纪以来，元素周期表仍然是科学中最重要的工具之一，为理解物质的组成部分提供了框架。它不仅将所有已知元素组织成一个连贯的结构，而且还可以作为预测和合成新元素以及指导化学创新的路线图。
《Live Science》撰稿人 Traci Pedersen 的补充报道
