1、科學(xué)發(fā)現(xiàn)系列講座第1頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(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(kāi)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(lèi)？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)。第2頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(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

2、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。 第3頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五原子量元素氧化數(shù)原子量元素氧化數(shù)原子量元素氧化數(shù)1H159Co2,3,4116U3,4,5,67Li159Ni2,3,4118Sn4,29.4Be263Cu1,2122Sb3,511B365Zn2127I-1,0,1,3,5,712C4,2,-2,-460Y3128Te-2,0,2,4,614N-3,575In1,3133Cs116O-2,075As5,3,-3137

3、Ba219F-1,079Se-2,0,2,4,6137V2,3,4,523Na180Br-1,0,1,3,5,7182Ta2,3,4,524Mg285Rb1186W2,3,4,5,627.3Al387Sr2188Nb528Si4,290Zr3,4197Au1,331P5,3,1,-392Ce3,4197Pt2,432S-2,0,2,4,694La3198Ir3,4,635.5Cl-1,0,1,3,5,795Di3,4199Os2,3,4,6,839K196Mo2,3,4,5,6200Hg1,240Ca2103Rh3,4204Tl1,350Ti2,3,4104Ru2,4,6,7,8207Pb2,

4、452Cr2,3,6104Pd2,4210Bi3,555Mn2,3,4,6,7108Ag1236Th3,456Fe2,3,6112Cd2第4頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(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

5、元素組”的分類(lèi)方法。 第5頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(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87 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。 第6頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(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

6、 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(lèi)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。 第7頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(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

7、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(chēng)“八音律”。 第8頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五原子量元素氧化數(shù)原子量元素氧化數(shù)原子量元素氧化數(shù)1H1133Cs17Li163Cu1,2137Ba&V2,3,4,59.4Be265Zn2182Ta2,3,4,511B360Y3186W2,3,4,5,612C4,2,-2,-475In1,3188Nb514N-3,575As5,3,-3197Au1,316O-2,079Se-2,0,2,4,6198Pt& Ir2,3,4,619F-

8、1,080Br-1,0,1,3,5,7199Os2,3,4,6,823Na185Rb1200Hg1,224Mg287Sr2204Tl1,327.3Al392&94Ce&La3,4207Pb2,428Si4,290Zr3,4210Bi3,531P5,3,1,-395-96Di&Mo2,3,4,5,6236Th3,432S-2,0,2,4,6103Rh&Ru2,3,4,6,7,835.5Cl-1,0,1,3,5,7104Pd2,439K1108Ag140Ca2112Cd252Cr2,3,6116U3,4,5,650Ti2,3,4118Sn4,255Mn2,3,4,6,7122Sb3,556Fe2,

9、3,6128Te-2,0,2,4,659Co&Ni2,3,4127I-1,0,1,3,5,7第9頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(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“八音律”的見(jiàn)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(jiàn)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。 第10頁(yè)，共2

10、6頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(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。第11頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(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(mén)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(mén)捷列夫?yàn)榱搜芯吭氐姆诸?lèi)和規(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(xiě)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。第12頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素

11、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(mén)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(mén)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(mén)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。第13頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(fā)現(xiàn)門(mén)捷列夫第一次修訂原子量V = 137 51Nb= 188 94Th= 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)第14頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五原子量元素氧化數(shù)

12、原子量元素氧化數(shù)原子量元素氧化數(shù)1H155Er3104Pd2,47Li156Fe2,3,6108Ag19.4Be259Co2,3,4112Cd211B359Ni2,3,4116U3,4,5,612C4,2,-2,-463Cu1,2118Th3,414N-3,565Zn2118Sn4,216O-2,060Y3122Sb3,519F-1,075In1,3127I-1,0,1,3,5,723Na175As5,3,-3128Te-2,0,2,4,624Mg279Se-2,0,2,4,6133Cs127.3Al380Br-1,0,1,3,5,7137Ba228Si4,285Rb1182Ta2,3,4,5

13、31P5,3,1,-387Sr2186W2,3,4,5,632S-2,0,2,4,690Zr3,4197Au1,335.5Cl-1,0,1,3,5,792Ce3,4197Pt2,439K194Nb5198Ir3,4,640Ca294La3199Os2,3,4,6,850Ti2,3,495Di3,4200Hg1,251V2,3,4,596Mo2,3,4,5,6204Tl1,352Cr2,3,6103Rh3,4207Pb2,455Mn2,3,4,6,7104Ru2,4,6,7,8210Bi3,5第15頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(fā)現(xiàn)門(mén)捷列夫的第一張?jiān)刂芷?/p>

14、表利用補(bǔ)充、修訂后的元素原子量與性質(zhì)表，門(mén)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)。第16頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五第17頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(fā)現(xiàn)門(mén)捷列夫第二次修訂原子量Th = 118 231， Y = 60 88 In = 75 113， Di = 95138Ce = 92140， Er = 56178Os = 199195， Te = 128125， I = 127128Au = 197199， La = 94180補(bǔ)充、修訂后的元素原子量與性質(zhì)第18頁(yè)，共26頁(yè)，

15、2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五原子量元素氧化數(shù)原子量元素氧化數(shù)原子量元素氧化數(shù)1H156Fe2,3,6122Sb3,57Li159Co2,3,4127I-1,0,1,3,5,79.4Be259Ni2,3,4128Te-2,0,2,4,611B363Cu1,2133Cs112C4,2,-2,-465Zn2137Ba214N-3,575As5,3,-3138Di3,416O-2,079Se-2,0,2,4,6140Ce3,419F-1,080Br-1,0,1,3,5,7178Er323Na185Rb1180La324Mg287Sr2182Ta2,3,4,527.3Al388Y3184

16、W2,3,4,5,628Si4,290Zr3,4195Os2,3,4,6,831P5,3,1,-394Nb5197Pt2,432S-2,0,2,4,696Mo2,3,4,5,6198Ir3,4,635.5Cl-1,0,1,3,5,7103Rh3,4199Au1,339K1104Ru2,4,6,7,8200Hg1,240Ca2106Pd2,4204Tl1,350Ti2,3,4108Ag1207Pb2,451V2,3,4,5112Cd2208Bi3,552Cr2,3,6113In1,3231Th3,455Mn2,3,4,6,7118Sn4,2240U3,4,5,6第19頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5

17、月20日，11點(diǎn)21分，星期五門(mén)捷列夫化學(xué)元素周期表（發(fā)表于1871年12月）第20頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(fā)現(xiàn)門(mén)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。第21頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五第22頁(yè)，共26頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期五元素周期律的發(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(mén)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，