1、第二節 原子結構與元素周期表科學史話：第一張元素周期表在十九世紀初期，人們已經發現了不少元素。在這些元素的狀態和性質方面，有些極為相似，有些則完全不同，有些元素在某些性質方面很相似，但在另一些方面卻又差別很大。化學家們很自然地產生了一種尋求元素相之間內在聯系從而把元素作一科學分類的要求。科學家們在這方面作了不少的工作，曾發表了部分元素間相互聯系的論述。1829年德國段柏萊納根據元素性質的相似性，提出“三素組”的分類法，并指出每組中間元素的原子量大約等于兩端的元素原子量的平均值。但他當時只排了五個三素組，還有許多元素沒找到其間相互聯系的規律。1864年德國邁耶按元素的原子量順序把元素分成六組，使

2、化學性質相似的元素排在同一縱行里。但也沒有指出原子量跟所有元素之間究竟有什么聯系。1865年英國紐蘭茲把當時所知道的元素按原子量增加的順序排列，發現每個元素  它的位置前后的第七個元素有相似的性質。他稱這個規律叫“八音律”。他的缺點在于機械地看待原子量，把一些元素（Mn、Fe等）放在不適當的位置上而把表排滿，沒有考慮發現新元素的可能性。直到1868年，邁耶發表了著名的原子體積周期性圖解。都末找出元素間最根本的內在聯系，但卻一步步地向真理逼近，為發現元素周期律開辟了道路。與邁耶爾相似，以先行者提供的借鑒為基礎，門捷列夫通過自己頑強的努力，于1869年2月編成了他的第一張元素周期表。18

3、69年3月18日，俄國化學會舉行學術報告會，門捷列夫因病未能出席，他委托他的同事、彼得堡大學化學教授門許特金代他宣讀他的論文元素性質和原子量的關系。在論文中，他指出：(1)按照原子量大小排列起來的元素，在性質上呈現明顯的周期性變化。(2)化學性質相似的元素，或者是原子量相近（如Pt，Ir，Os），或者是依次遞增相同的數量（如K，Rb，Cs）。(3)各族元素的原子價（化合價）一致。(4)分布在自然界的元素都具有數值不大的原子量值，具有這樣的原子量值的一切元素都表現出特有的性質，因此可以稱它們是典型的元素。(5)原子量的大小決定元素的特征。(6)應該預料到許多未知元素將被發現，例如排在鋁和硅后面的

4、、性質類似鋁和硅的、原子量位于6575之間的兩種元素。(7)當我們知道了某些元素的同類元素的原子量后，有時可借此修正該元素的原子量。(8)一些類似的元素能根據其原子量的大小被發現出來。正如門捷列夫所指出的，周期律的全部規律性都表述在這些原理中。其中最主要的是元素的物理和化學性質隨著原子量的遞增而做著周期性的變化。他的卓見沒有立即被接受。他的老師、俄國化學家齊寧甚至訓誡他是不務正業。在這種壓力下，門捷列夫沒有象紐蘭茲那樣傷心地放棄對新理論的研究，他不顧名家的指責和嘲笑，繼續為周期律的揭示而奮斗。經過兩年的努力，1871年他發表了關于周期律的新論文。文中他果斷地修正了前一個元素周期表。例如在前一表

5、中，性質類似的各族是橫排，周期是豎排；而在新表中，族是豎排，周期是橫排，這樣各族元素化學性質的周期性變化就更為清晰。同時他象邁耶爾那樣，將那些當時性質尚不夠明確的元素集中在表格的右邊，形成了各族元素的副族。在前表中為尚未發現的元素留下的4個空格，在新表中則變成了6個。門捷列夫深信他所發現的周期律是正確的。他以周期律為依據，大膽指出某些元素的原子量是不準確的，應重新測定。例如當時公認金的原子量為169.2，按此，在周期表中，金應排在鋨、銥、鉑（當時認為它們的原子量分別是198.6，196.7，196.7）的前面。而門捷列夫根據金的性質認為金在周期表中應排在這些元素的后面，所以它們的原子量應重新測

6、定。重新測定的結果是：鋨為190.9，銥為193.1，鉑為195.2，金為197.2。實驗證明了門捷列夫的意見是對的。又例如，當時鈾公認的原子量是116，是三價元素。門捷列夫則根據鈾的氧化物與鉻、鉬、鎢的氧化物性質相似，認為它們應屬于一族，因此鈾應為六價，原子量約為240。經測定，鈾的原子量為238.07，再次證明門捷列夫的判斷正確。基于同樣的道理，門捷列夫還修正了銦、鑭、釔、鉺、鈰、釷的原子量。門捷列夫對于各種元素的單質和化合物的化學性質十分了解，并清楚多種原子量的測定方法，這些知識使他對周期律懷有堅定的信念。而他在周期表中留下空位，并詳細預言尚未發現元素的種種性質，則是他在揭示元素周期律的道路上邁出的最出色、最具膽略的一步。門捷列夫的興趣非常廣泛。他對物理學、化學、氣象學、流體力學等，都有許多貢獻。但他的生活卻十分簡樸。他的衣服式樣常常落后別人十年以至二十年，他