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文檔簡(jiǎn)介
1、科學(xué)發(fā)現(xiàn)系列講座,元素周期律的發(fā)現(xiàn),元素周期律的發(fā)現(xiàn),物質(zhì)是由元素構(gòu)成的,每一種元素都具有不同的特性。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力,人們所發(fā)現(xiàn)的元素?cái)?shù)目不斷增加。到了19世紀(jì),人們發(fā)現(xiàn)的元素已經(jīng)達(dá)到六十多種。隨著元素?cái)?shù)目的增多,化學(xué)家們開始感到他們像是迷失在一座茂密的叢林中:自然界究竟有多少種元素?它們之間的內(nèi)在關(guān)系怎樣?有沒(méi)有規(guī)律?怎樣分類?由于科學(xué)的精髓就在于要從表面的雜亂中理出秩序來(lái),所以科學(xué)家們一直想從元素的特性當(dāng)中找出某種規(guī)律來(lái)。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),元素有許多特性,如單質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、密度、硬度等,化合物的化學(xué)價(jià)、溶解度等。 但是,元素最重要的性質(zhì)是化學(xué)性質(zhì)和原子量,化學(xué)性質(zhì)可以用氧化數(shù)描述,原子
2、量等于化學(xué)當(dāng)量乘化學(xué)價(jià)。以下是到1860年人們所發(fā)現(xiàn)的元素情況一覽表。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),一、從化學(xué)性質(zhì)出發(fā),尋找原子量的分布規(guī)律 將元素系統(tǒng)排列的最早的實(shí)際嘗試,是由德國(guó)化學(xué)家德貝菜納作出的。早在1816年通過(guò)對(duì)性質(zhì)相似的三元素鈣、鍶、鋇的研究,他觀察到鍶的原子量大體上是50,接近于當(dāng)時(shí)公認(rèn)的鈣的原子量(275)和鋇的原子量(725)的平均值。到1929年,他采用貝齊旦烏斯在1926年發(fā)表的新原子量數(shù)據(jù),通過(guò)對(duì)當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的54種化學(xué)元素性質(zhì)的系統(tǒng)研究,他進(jìn)一步明確提出了“三元素組”的分類方法。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),他確定的一些元素組是: 1鋰7 鈣40 氯35.5 硫32 錳55 2鈉23 鍶8
3、7 溴80 硒79 鉻56 3鉀39 鋇137 碘127 碲128 鐵57 從上至下,每三個(gè)元素為一組,性質(zhì)相似,中間一個(gè)元素的原子量是另兩個(gè)元素原子量的平均值。為此,他預(yù)計(jì)新發(fā)現(xiàn)的溴元素的原子量是氯和碘的原子量平均值。當(dāng)這一點(diǎn)被貝齊里烏斯所肯定時(shí),他真是欣喜若狂。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),下面一些元素,他認(rèn)為中間的元素尚未被發(fā)現(xiàn), l. 硼11 鈹9.4 釔60 3 硅28 鋁27.3 銫133 德貝萊納確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一些元素分類的規(guī)律,但他沒(méi)有能夠把所有元素都系統(tǒng)地歸納為一個(gè)體系。他也沒(méi)有機(jī)械地按原子量的規(guī)律硬性地把3個(gè)不同性質(zhì)的元素歸為一組。例如,雖然氮的原子量精確地等于碳和氧的平均值,但仍然把它
4、們看作是三個(gè)孤立的非金屆元素,后來(lái)的事實(shí)證明,德貝萊納是對(duì)的。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),二、從原子量出發(fā),尋找化學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律 1862年,即在坎尼札羅把原子量確定為化學(xué)上的一個(gè)重要的研究手段以后,法國(guó)的地質(zhì)學(xué)家比古耶德尚庫(kù)圖瓦發(fā)現(xiàn),如果按原子量遞增的順序把元素排列成表的形式,他能使性質(zhì)相似的元素處在同一欄內(nèi)。 兩年以后,英國(guó)青年化學(xué)家紐蘭茲也發(fā)現(xiàn):按原子量遞增的順序,每隔八個(gè)元素就有重復(fù)的物理和化學(xué)性質(zhì)出現(xiàn),因?yàn)楹鸵魳?lè)上的八度音相似,所以稱“八音律”。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),但是,他還沒(méi)有認(rèn)識(shí)到在已知元素之間還有未發(fā)現(xiàn)的元素,因此“八音律”存在許多矛盾。 1866年,紐蘭茲在英國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)上提出了“八
5、音律”的見解時(shí),引起了哄堂大笑。有人諷刺說(shuō),你怎么不按元素的字母排列呢?可見要讓人們接受一個(gè)青年人提出的新的但是還不完整的思想,是多么的困難,科學(xué)界內(nèi)部的保守勢(shì)力同樣在阻礙科學(xué)的進(jìn)步。許多年以后,即在元素周期表的重要性得到普遍承認(rèn)以后,他們的論文才得以發(fā)表。紐蘭茲甚至還因此而獲得了勛章。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),“八音律”在理論上是粗糙的,不完整的;在實(shí)踐上也沒(méi)有提出可供檢驗(yàn)的預(yù)言。它的意義在思想上,首先給出了元素按原子量的順序出現(xiàn)的規(guī)律的雛形。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),三、同時(shí)從原子量與化學(xué)性質(zhì)出發(fā),尋找變化規(guī)律 俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫終于從雜亂無(wú)章的元素迷宮中理出了一個(gè)頭緒。 門捷列夫?yàn)榱搜芯吭氐姆诸惡?/p>
6、規(guī)律,把當(dāng)時(shí)已知的幾十種元素的主要性質(zhì)和原子量寫在一張張的小卡片上,反復(fù)進(jìn)行排列,比較它們的性質(zhì),探索它們之間的聯(lián)系。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),1869年,他正式提出元素周期律,它在周期表中排列了當(dāng)時(shí)已經(jīng)知道的63種元素。門捷列夫的元素周期律的原理基本上同紐蘭茲的相同,不過(guò)門捷列夫的周期律更加的科學(xué)和完整,同時(shí)也比他具有更大的勇氣和信心來(lái)宣揚(yáng)自己的觀點(diǎn)。 門捷列夫的“周期表”比紐蘭茲的元素表更為復(fù)雜,也更接近我們今天認(rèn)為是正確的東西。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),門捷列夫第一次修訂原子量 V = 137 51 Nb= 188 94 Th= 236 118 新發(fā)現(xiàn)Er = 55 補(bǔ)充、修訂后的元素原子量與性質(zhì),
7、元素周期律的發(fā)現(xiàn),門捷列夫的第一張?jiān)刂芷诒?利用補(bǔ)充、修訂后的元素原子量與性質(zhì)表,門捷列夫給出了他的第一張?jiān)刂芷诼蓤D表。 作為試探與假設(shè),他在圖表中一些需要探討的問(wèn)號(hào)。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),門捷列夫第二次修訂原子量 Th = 118 231, Y = 60 88 In = 75 113, Di = 95138 Ce = 92140, Er = 56178 Os = 199195, Te = 128125, I = 127128 Au = 197199, La = 94180 補(bǔ)充、修訂后的元素原子量與性質(zhì),門捷列夫化學(xué)元素周期表(發(fā)表于1871年12月),元素周期律的發(fā)現(xiàn),門捷列夫以一種似乎是非常大膽的口氣宣布說(shuō):屬于這些空位的的元素將來(lái)一定會(huì)被發(fā)現(xiàn)。不僅如此,他還用表中待填補(bǔ)進(jìn)去的元素的上、下兩個(gè)元素的特性作為參考,預(yù)言了表中三個(gè)待填補(bǔ)的元素的大致性狀。,元素周期律的發(fā)現(xiàn),1875年法國(guó)化學(xué)家布瓦博德朗宣布發(fā)現(xiàn)了新元素鎵,它的比重為4.7,原子量是59點(diǎn)幾。門捷列夫根據(jù)周期表,斷定鎵的性質(zhì)與鋁相似,比重應(yīng)為5.9,原子量應(yīng)為68,而且估計(jì)鎵是由鈉還原而得。一個(gè)根本沒(méi)有見過(guò)
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