元素周期表的起源分析概述元素與原子任何科學(xué)研究都是從對(duì)感興趣的物體和現(xiàn)象的研究開(kāi)始，并通過(guò)積累相關(guān)數(shù)據(jù)而進(jìn)行的。隨著規(guī)律的出現(xiàn)，對(duì)相關(guān)事實(shí)的分類(lèi)不可避免地導(dǎo)致了刺激實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的規(guī)律和假設(shè)的形成，直到更好的理解最終形成一個(gè)普遍的理論。研究領(lǐng)域越廣，理論理解的發(fā)展就越麻煩。古希臘的學(xué)者認(rèn)為，地球的元素是由四種元素構(gòu)成的，而地球之外是由以太（ether）構(gòu)成。他們抽象出元素具有一定的形象：火被認(rèn)為是四面體，空氣被認(rèn)為是八面體，水被認(rèn)為是二十面體，地球被認(rèn)為是立方體，以太被認(rèn)為是十二面體，并認(rèn)為元素之間能夠相互轉(zhuǎn)化。最初的化學(xué)起源于煉金術(shù)、煉丹術(shù)。在煉金術(shù)時(shí)期，元素被以形而上學(xué)的方式進(jìn)行解釋十分風(fēng)行。在以開(kāi)普勒，伽利略、牛頓等發(fā)起17世紀(jì)的科學(xué)革命的同時(shí)，化學(xué)領(lǐng)域關(guān)于元素的概念發(fā)生了新的進(jìn)步。波義耳（RobertBoyle）在《懷疑的化學(xué)家》（《TheScepticalChemist》）中寫(xiě)道：“元素是一種原始的、簡(jiǎn)單的、完全不混合的物體；它們不是由任何其他物體構(gòu)成的，而是直接制造完全混合物的成分，也是混合物最終分解所要變成的成分?！比欢鴮?duì)質(zhì)量守恒的認(rèn)識(shí)以及自然科學(xué)機(jī)械論的發(fā)展引發(fā)了化學(xué)和煉金術(shù)之間的最終斷裂，人們開(kāi)始尋求理論和實(shí)踐的同一，構(gòu)建化學(xué)理論的客觀(guān)規(guī)律。在這個(gè)過(guò)程中，圍繞燃燒理論產(chǎn)生了一場(chǎng)有趣的爭(zhēng)論。17世紀(jì)后半葉，燃素理論成為解釋燃燒機(jī)理的流行學(xué)說(shuō)。燃素說(shuō)盡管在當(dāng)時(shí)能夠解釋當(dāng)時(shí)的有關(guān)燃燒的部分事實(shí)，但未能遵守質(zhì)量守恒定律，最終不得不為物質(zhì)基礎(chǔ)的理論讓路。拉瓦錫（Lavoisier）對(duì)物質(zhì)守恒定律的遵循、運(yùn)用和證明開(kāi)啟了堪稱(chēng)“化學(xué)革命”的理論變革。他堅(jiān)持系統(tǒng)地使用天平和其他精密儀器，對(duì)所有化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的嚴(yán)格計(jì)算，為當(dāng)時(shí)的化學(xué)實(shí)踐方式確立了新的范式，使定量分析方法成為規(guī)范。同時(shí)他將化學(xué)方法無(wú)法分解的物質(zhì)定義為元素，形成了元素的操作定義。同時(shí)將元素分為了簡(jiǎn)單物質(zhì)、簡(jiǎn)單的非金屬物質(zhì)、簡(jiǎn)單的金屬物質(zhì)和簡(jiǎn)單物質(zhì)四種。質(zhì)量守恒與化學(xué)實(shí)踐真正聯(lián)系之后導(dǎo)致了化學(xué)組成的若干現(xiàn)象學(xué)定律的形成，例如在化學(xué)物質(zhì)之間的相互作用中被發(fā)現(xiàn)遵守的定比定律、倍比定律。這些定律有助于將大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分類(lèi)和系統(tǒng)化。這些定律對(duì)大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了編碼化和系統(tǒng)化，但沒(méi)有提供一個(gè)邏輯框架來(lái)合理化觀(guān)察結(jié)果。道爾頓（JohnDalton）的原子理論提供了這樣一個(gè)框架，它借用了古代物質(zhì)不可分割單元的概念，并提出了一個(gè)新的理論，即原子說(shuō)。他認(rèn)為物質(zhì)是由原子組成，原子在一切化學(xué)變化中保持本性不變。他做出的重要的一點(diǎn)貢獻(xiàn)在于將原子和元素的概念關(guān)聯(lián)（他認(rèn)為原子的種類(lèi)和元素的數(shù)量一樣多），并賦予原子相對(duì)原子量，確切的解釋了定比定律。他根據(jù)已知的不同元素對(duì)的組合重量，假設(shè)氫原子具有單位重量1，推導(dǎo)出每個(gè)原子的相對(duì)重量。因?yàn)榘粗亓坑?jì)12.6份氫與87.4份氧結(jié)合，道爾頓得出結(jié)論，氧原子相對(duì)于氫原子的重量為87.4/12.6，四舍五入到最接近的值時(shí)，得到整數(shù)7。然而他假設(shè)水的分子式是HO，氨的分子式是HN，造成了原子量測(cè)量的錯(cuò)誤。同時(shí)其將單質(zhì)視為復(fù)雜原子也造成了原子質(zhì)量的混亂。道爾頓的原子學(xué)說(shuō)的一個(gè)必要的補(bǔ)充是分子概念的引入。阿伏伽德羅（AmedeoAvogadro）分析了相互作用氣體之間的體積關(guān)系，在原子和物質(zhì)之間引入了分子的概念。與此同時(shí)分析技術(shù)不斷發(fā)展促進(jìn)了原子量的確定，無(wú)機(jī)化學(xué)和電化學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步也對(duì)此有幫助。電化學(xué)發(fā)展帶來(lái)了物質(zhì)制備技術(shù)的發(fā)展，制備了金屬鉀、鈉、鎂、鈣、鍶、鋇等金屬元素。同時(shí)氣體學(xué)的發(fā)展也從比熱、壓力、密度等不同的角度提供了確定原子量的方法。但在長(zhǎng)一段時(shí)間，原子量、分子量存在著混亂。直到1860年于卡爾斯魯厄國(guó)際會(huì)議后，原子量才得以統(tǒng)一。這也成為了啟發(fā)門(mén)捷列夫走向元素周期表的重要一步。以上條件的成熟為門(mén)捷列夫周期表的提出創(chuàng)造了條件ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Rouvray</Author><Year>2004</Year><RecNum>904</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[31]</style></DisplayText><record><rec-number>904</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619682037">904</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Rouvray,D.H.</author></authors></contributors><titles><title>ElementsinthehistoryofthePeriodicTable</title><secondary-title>Endeavour</secondary-title></titles><periodical><full-title>Endeavour</full-title></periodical><pages>69-74</pages><volume>28</volume><number>2</number><dates><year>2004</year><pub-dates><date>Jun</date></pub-dates></dates><isbn>0160-9327</isbn><accession-num>WOS:000222296600005</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000222296600005</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.endeavour.2004.04.006</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[31]：①放棄了代表煉金術(shù)時(shí)代的形而上學(xué)和神秘的元素概念；②采用了現(xiàn)代和可行的元素定義；③發(fā)展了分離元素并確定其性質(zhì)的分析化學(xué)技術(shù)；④將每個(gè)元素與特征數(shù)（原子量、當(dāng)量）相關(guān)聯(lián)。元素周期律初探在19世紀(jì)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)成功地分離出純態(tài)的所有元素之前，人們就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到一種奇妙的規(guī)律，它把所有原子及其性質(zhì)聯(lián)系在一起，形成一個(gè)單一的體系：當(dāng)元素按正確的數(shù)字順序排列時(shí)，原子質(zhì)量的規(guī)律性增加變得明顯，這暗示著所有原子都是由共同的成分通過(guò)共同的機(jī)制形成的。德國(guó)化學(xué)家JohanDobereiner發(fā)現(xiàn)了元素之間的行為模式ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>D?bereiner</Author><Year>1829</Year><RecNum>905</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[32]</style></DisplayText><record><rec-number>905</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619682509">905</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>D?bereiner,J.W.</author></authors></contributors><titles><title>VersuchzueinerGruppirungderelementarenStoffenachihrerAnalogie</title><secondary-title>AnnalenderPhysik</secondary-title></titles><periodical><full-title>AnnalenderPhysik</full-title></periodical><pages>301-307</pages><volume>91</volume><number>2</number><dates><year>1829</year><pub-dates><date>1829/01/01</date></pub-dates></dates><publisher>JohnWiley&Sons,Ltd</publisher><isbn>0003-3804</isbn><work-type>/10.1002/andplt;/work-type><urls><related-urls><url>/10.1002/andplt;/url></related-urls></urls><electronic-resource-num>/10.1002/andplt;/electronic-resource-num><access-date>2021/04/29</access-date></record></Cite></EndNote>[32]。他對(duì)表現(xiàn)出相似行為的三種元素的個(gè)體進(jìn)行了詳細(xì)的研究。他研究的第一組元素是鈣鍶鋇，他能夠證明這些元素不僅具有相似的化學(xué)特性，而且它們之間通過(guò)數(shù)學(xué)關(guān)系相互關(guān)聯(lián)：氧化鍶幾乎完全是氧化鈣和氧化鋇原子量的平均值。在其他幾個(gè)方面，元素鍶的原子量似乎也具有將其精確地置于元素鈣和鋇之間的性質(zhì)。隨后又對(duì)其他三種元素進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，在包括鋰鈉鉀（圖2）、氯溴碘和硫硒碲等三元素組中發(fā)現(xiàn)了相同的規(guī)律。除此之外，元素分類(lèi)的嘗試非常多，化學(xué)家們嘗試通過(guò)原子量的數(shù)學(xué)規(guī)律來(lái)組織序列，例如BeguyerChancourtois的三維元素周期表、John.A.RNewlands的八音律分類(lèi)。人們嘗試從繁雜的知識(shí)中歸納和總結(jié)元素的知識(shí)，越來(lái)越多的元素被包含在表中。同時(shí)表中開(kāi)始出現(xiàn)空隙留給當(dāng)時(shí)未知的元素，這意味著研究者開(kāi)始依賴(lài)元素的周期律來(lái)構(gòu)造元素周期表。圖SEQ圖\*ARABIC2JohanDobereiner對(duì)性質(zhì)相似的元素進(jìn)行組合表SEQ表\*ARABIC7John.A.RNewlands的八音律表圖SEQ圖\*ARABIC3BeguyerChancourtois的三維元素周期表門(mén)捷列夫（DmitriIvanovichMendeleev）1869年創(chuàng)立的元素周期表是科學(xué)理論產(chǎn)生的一個(gè)理想例子。隨著對(duì)物質(zhì)研究的深入，出現(xiàn)了大量的元素和許多關(guān)于它們的性質(zhì)和行為的觀(guān)察。在越來(lái)越多的事實(shí)積累的同時(shí)，人們一直試圖以有意義的方式組織數(shù)據(jù)。門(mén)捷列夫選擇使用原子量、原子價(jià)構(gòu)建元素物理