元素週期表的發現和發展——新元素來啦！ 精選
已有 10611 次閱讀 2017-4-1 08:58 |系統分類:科普集錦
元素週期律和週期表的發現和發展是隨著元素的不斷髮現和合成, 從最初僅追尋原子量和元素性質的關係，到關聯元素化合價，準確定義原子序數和確立原子核外電子排布結構而完成的。
《化學元素週期表（第四版）》除了“化學元素週期表”四開彩色掛圖之外，作者還試圖從另一個角度，以時間為序，引用主要史實文獻將其串聯起來進行解讀，以利於週期律和週期表的教學和科學研究參考。我們從中節選了部分文字（有刪節和縮寫），以饗讀者。
1. 萌芽
1789年, 拉瓦錫出版了已知的33種化學元素(部分為單質和化合物)的列表，將其分組成氣體、金屬、非金屬礦物和稀土四組。這應該是世界上第一張有關元素的分類表格。
拉瓦錫的元素表
之後，道爾頓、德貝賴納、邁爾等眾多科學家做出了積極的努力和探索。
2. 突破
門捷列夫在尚庫爾圖瓦、奧德林、邁爾、紐蘭茲、欣裡希斯等科學家所列的元素表的基礎上, 加上他自己在實驗中的各種感性材料、尋找的元素的準確原子量, 經過他苦苦探索元素的原子量和元素性質之間的關係規律, 取得了突破性進展，完成了從感性認識到理性認識的飛躍：1868年《化學原理》一書的寫作成了他發現元素週期表的先聲, 進行了“在原子量和化學性質相似性基礎上構築元素體系的嘗試”; 1869年2月17日, 做成了最初的元素週期表，發表了第一篇論文, 明確地使用週期性一詞；1869 年8月, 在科學院的研究報告中討論了週期表上元素的位置與原子體積之間的關係,並在《化學原理》第二版中出現了第二張元素週期表; 接著，他將研究工作系統地整理了4篇論文, 並根據這些成果完成了《化學原理》全書的編著。及至1906年，他又發表了5張元素週期表。因此，說門捷列夫獲得發現元素週期表的崇高榮譽是實至名歸和不容懷疑的。
第一張週期表（1869）
3. 發展
自門捷列夫1869年的元素週期表出現至今,約有700多個不同版本出版。除了眾多矩形變化的形式外,其他像一個圓環、立方體、圓柱、樓房、螺旋形、雙紐線、八角形的稜鏡、金字塔、球體或三角形的應有盡有。這些替代品的開發往往是為突出或強調元素的化學或物理性質，沒有傳統元素週期表展現元素性質規律的明顯特點。無機化學家的週期表強調趨勢、模式和不尋常的化學關係和屬性。
元素性質在週期表中展現的規律
4. 展望
超重元素(superheavy elements) 指原子序數大於等於104的元素，它們的6d亞層被填入電子。對超重元素進行合成方面的研究有助於探索原子核質量存在的極限，最終確定化學元素週期表的邊界，同時也是對原子核殼模型理論正確與否的實際檢驗。根據核結構的“液滴模型”, 當質子增加時核內的凝聚力不再能平衡Coulomb斥力, 重元素的穩定性降低, 原子核迅速分裂,形成了一個不穩定的核素海洋。然而, 按原子核“殼層模型”預期,一個後於雙幻數鉛同位素208Pb的第二個閉合雙殼層應出現在質子數114、中子數184處, 遠遠超過“液滴模型”的不穩定區域。Myers 和Swialeeki首先用半經驗公式討論了這個區域的宏觀穩定性; Nilsson用計算變形核能級方法改進了理論模型並提出宏觀-微觀理論; 在此基礎上,Strutinski等進行了新的理論計算, 並將殼層效應附加於原子核液滴模型理論。1967年, 科學家們預言在閉合雙殼層Z=114 和N=184 附近存在一個超重核素的“穩定島”。理論上超重核素的半衰期最長可達1015年。為了跨過不穩定核素的“海洋”真正登上“穩定島”, 科學家採用重離子作為入射粒子有效地引發合適的核反應。現在，104~118號元素皆已被成功合成出，並得到了IUPAC的承認和命名，七個週期的元素週期表已完整了。但是, 確切地說目前只是剛剛踏上超重元素“穩定島”的邊緣地帶, 還沒有完全進入“穩定島”。一個帶有幻想式的大遠景週期表中包含了218 種元素。
“穩定島”示意圖與元素週期表遠景圖
5. 新元素來啦
據報道，2015年12月30日，IUPAC與IUPAP組建的聯合工作組確認人工合成了113號、115號、117號和118號4個新元素。2016年6月8日，IUPAC經過稽核後公佈了113號、115號、117號、118號元素髮現者提出的推薦名，推薦名供公眾審查與查閱，審查期為5個月。2016年11月30日，IUPAC正式公佈113號元素名為nihonium，符號為Nh，源於日本國（簡稱日本）的國名Nihon；115號元素名為moscovium，符號為Mc，源於莫斯科市的市名Moscow；117號元素名為tennessine，符號為Ts，源於美國田納西州的州名Tennessee；118號元素名為oganesson，元素符號為Og，源於俄羅斯核物理學家尤里·奧加涅相(Yuri Oganessian)。
全國科技名詞委聯合國家語言文字工作委員會召開113號、115號、117號、118號元素中文定名會，形成了《113號、115號、117號、118號元素中文定名方案》，如下圖所示。該方案需經上報教育部批准後正式公佈。
113號、115號、117號、118號元素中文定名
本文“1~4”部分摘編自高勝利等編著《化學元素週期表（第四版）》，內容有刪節。
ISBN：978-7-03-050097-7
“這是我見到過的最新、最好的週期表，包含的資訊量豐富。一定會被化學界同行所接受。”
——徐光憲 中國科學院院士
——申泮文 中國科學院院士
元素週期表的發現和發展——新元素來啦！ 精選
已有 10611 次閱讀 2017-4-1 08:58 |系統分類:科普集錦
元素週期律和週期表的發現和發展是隨著元素的不斷髮現和合成, 從最初僅追尋原子量和元素性質的關係，到關聯元素化合價，準確定義原子序數和確立原子核外電子排布結構而完成的。
《化學元素週期表（第四版）》除了“化學元素週期表”四開彩色掛圖之外，作者還試圖從另一個角度，以時間為序，引用主要史實文獻將其串聯起來進行解讀，以利於週期律和週期表的教學和科學研究參考。我們從中節選了部分文字（有刪節和縮寫），以饗讀者。
1. 萌芽
1789年, 拉瓦錫出版了已知的33種化學元素(部分為單質和化合物)的列表，將其分組成氣體、金屬、非金屬礦物和稀土四組。這應該是世界上第一張有關元素的分類表格。
拉瓦錫的元素表
之後，道爾頓、德貝賴納、邁爾等眾多科學家做出了積極的努力和探索。
2. 突破
門捷列夫在尚庫爾圖瓦、奧德林、邁爾、紐蘭茲、欣裡希斯等科學家所列的元素表的基礎上, 加上他自己在實驗中的各種感性材料、尋找的元素的準確原子量, 經過他苦苦探索元素的原子量和元素性質之間的關係規律, 取得了突破性進展，完成了從感性認識到理性認識的飛躍：1868年《化學原理》一書的寫作成了他發現元素週期表的先聲, 進行了“在原子量和化學性質相似性基礎上構築元素體系的嘗試”; 1869年2月17日, 做成了最初的元素週期表，發表了第一篇論文, 明確地使用週期性一詞；1869 年8月, 在科學院的研究報告中討論了週期表上元素的位置與原子體積之間的關係,並在《化學原理》第二版中出現了第二張元素週期表; 接著，他將研究工作系統地整理了4篇論文, 並根據這些成果完成了《化學原理》全書的編著。及至1906年，他又發表了5張元素週期表。因此，說門捷列夫獲得發現元素週期表的崇高榮譽是實至名歸和不容懷疑的。
第一張週期表（1869）
3. 發展
自門捷列夫1869年的元素週期表出現至今,約有700多個不同版本出版。除了眾多矩形變化的形式外,其他像一個圓環、立方體、圓柱、樓房、螺旋形、雙紐線、八角形的稜鏡、金字塔、球體或三角形的應有盡有。這些替代品的開發往往是為突出或強調元素的化學或物理性質，沒有傳統元素週期表展現元素性質規律的明顯特點。無機化學家的週期表強調趨勢、模式和不尋常的化學關係和屬性。
元素性質在週期表中展現的規律
4. 展望
超重元素(superheavy elements) 指原子序數大於等於104的元素，它們的6d亞層被填入電子。對超重元素進行合成方面的研究有助於探索原子核質量存在的極限，最終確定化學元素週期表的邊界，同時也是對原子核殼模型理論正確與否的實際檢驗。根據核結構的“液滴模型”, 當質子增加時核內的凝聚力不再能平衡Coulomb斥力, 重元素的穩定性降低, 原子核迅速分裂,形成了一個不穩定的核素海洋。然而, 按原子核“殼層模型”預期,一個後於雙幻數鉛同位素208Pb的第二個閉合雙殼層應出現在質子數114、中子數184處, 遠遠超過“液滴模型”的不穩定區域。Myers 和Swialeeki首先用半經驗公式討論了這個區域的宏觀穩定性; Nilsson用計算變形核能級方法改進了理論模型並提出宏觀-微觀理論; 在此基礎上,Strutinski等進行了新的理論計算, 並將殼層效應附加於原子核液滴模型理論。1967年, 科學家們預言在閉合雙殼層Z=114 和N=184 附近存在一個超重核素的“穩定島”。理論上超重核素的半衰期最長可達1015年。為了跨過不穩定核素的“海洋”真正登上“穩定島”, 科學家採用重離子作為入射粒子有效地引發合適的核反應。現在，104~118號元素皆已被成功合成出，並得到了IUPAC的承認和命名，七個週期的元素週期表已完整了。但是, 確切地說目前只是剛剛踏上超重元素“穩定島”的邊緣地帶, 還沒有完全進入“穩定島”。一個帶有幻想式的大遠景週期表中包含了218 種元素。
“穩定島”示意圖與元素週期表遠景圖
5. 新元素來啦
據報道，2015年12月30日，IUPAC與IUPAP組建的聯合工作組確認人工合成了113號、115號、117號和118號4個新元素。2016年6月8日，IUPAC經過稽核後公佈了113號、115號、117號、118號元素髮現者提出的推薦名，推薦名供公眾審查與查閱，審查期為5個月。2016年11月30日，IUPAC正式公佈113號元素名為nihonium，符號為Nh，源於日本國（簡稱日本）的國名Nihon；115號元素名為moscovium，符號為Mc，源於莫斯科市的市名Moscow；117號元素名為tennessine，符號為Ts，源於美國田納西州的州名Tennessee；118號元素名為oganesson，元素符號為Og，源於俄羅斯核物理學家尤里·奧加涅相(Yuri Oganessian)。
全國科技名詞委聯合國家語言文字工作委員會召開113號、115號、117號、118號元素中文定名會，形成了《113號、115號、117號、118號元素中文定名方案》，如下圖所示。該方案需經上報教育部批准後正式公佈。
113號、115號、117號、118號元素中文定名
本文“1~4”部分摘編自高勝利等編著《化學元素週期表（第四版）》，內容有刪節。
ISBN：978-7-03-050097-7
“這是我見到過的最新、最好的週期表，包含的資訊量豐富。一定會被化學界同行所接受。”
——徐光憲 中國科學院院士
——申泮文 中國科學院院士