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提到元素周期表,几乎每一个化学实验室的墙上都会有一张。
大多数情况下,我们会认为元素周期表的创造归功于俄国化学家迪米特里·门捷列夫(DimitriMendeleev)。他在年将当时已知的63种元素写在卡片上,并根据不同元素的物理和化学性质对它们进行排列。
回顾历史,门捷列夫并不是第一个创造元素周期表的科学家。比较著名的有化学家约翰·道尔顿(JohnDalton),约翰·纽兰兹(JohnNewlands)也根据元素的不同属性对它们进行相应的分类。
约翰·道尔顿的元素列表
这是门捷列夫的元素周期表首次发表时的样子,它发表于年。
门捷列夫的元素周期表中含有缺失的元素
乍一看,门捷列夫的表格与我们熟悉的元素周期表不太一样。主要原因在于:现代的周期表上有一些被门捷列夫忽略的元素,比如惰性气体(如氦、氖、氩)。另外这张表的排列方式也与现代版有所不同,现在是将元素排成列,然后再按行排列。
现代版的元素周期表
关于周期表的一些探索
从门捷列夫的表格到我们所熟知的现代版元素周期表,似乎只是一个小小的旋转。事实上,在门捷列夫的论文发表后,多年来人们其实对化学元素的其他排列和分布也进行了大量实验。在将门捷列夫的表格进行永久的90度翻转之前,曾经有人有人尝试过大胆而古怪的扭转了。
TheodorBenfey的螺旋周期表()
一个比较引人注目的旋转就是海因里希·鲍姆豪尔(HeinrichBaumhauer)在年发表的螺旋结构,盖螺旋结构是以氢元素为中心,元素随着原子质量增加呈螺旋式上升。每个从中心到外围的直线的辐射上的元素具有相同的属性,和现代版的元素周期表中同一族的元素一样。另外亨利·巴塞特(HenryBasset)在年也提出了很有创意的“哑铃”方案。
HeinrichBaumhauer的螺旋
但是,到了20世纪初,周期表就就慢慢定型成了今天这种水平布局,类似于海因里希·维尔纳(HeinrichWerner)年设计的现代版本,把稀有气体第一次排列在表格最右的位置。维尔纳也借鉴门捷列夫的做法,在表格中留下了空白,但是他的猜测过于大胆。他认为存在有比氢更轻的元素,认为氢和氦之间还可能存在另一种元素,但是经过实践证明,这两者在事实上都不存在。
HeinrichWerner设计的元素周期表
这张表格看起来和现代周期表非常相似了,但它仍然需要一些重新的排列。特别有影响力的是CharlesJanet的版本。他采用物理学家的方法,采用新发现的量子理论,建立了一个基于电子构型的布局。由此产生的“阶梯”表格受到许多物理学家的青睐。尽管当时一直元素只有92个,但是Janet还是为直到号的元素都提供了位置。
CharlesJanet的“阶梯”的元素周期表
现代的元素周期表实际上是在Janet的版本直接演变而来。比如碱金属(以锂为首的第一主族元素)和碱土金属(以铍为首的第二主族元素)被从最右边移到了最左边,这样就形成了一个非常宽的元素周期表。这种布局也存在问题:它不能很好布局或书面呈现;后来主要是出于美学原因,在f-区元素(指原子壳层最外层电子占据f-轨道,也就是镧系和锕系元素)通常也被剪切下来,放到主表的下面。元素周期表就演变到我们今天所熟悉的样子。
其实,人们并未停止尝试修改周期表的布局:其中螺旋状和3D版本尤为流行,另外,MarkLorch把门捷列夫的表格和亨利·贝克的伦敦地铁地图这两个标志性的图形融合在一起:
元素周期表浴室
图片来源:JanRadford
之前看到过一个在浴室瓷砖上用马克笔写元素周期表的简陋版,而这个就是整齐漂亮的高配版了。不过因为是20年前装修的浴室,所以第七周期的后面和现在相比缺失比较多。
迷你元素周期表
图片来源:RobertLeSuer
这是一个3D打印的立体迷你元素周期表,它体现了元素的第一电离能。如果你对3D打印元素周期表感兴趣也可以查看他们的论文→DOI:10./acs.jchemed.8b
元素周期表艺术字
图片来源:DanielPrice
手绘艺术字风格的元素周期表,就是字一眼看过去有点看不懂_(:з」∠)_
乐高元素周期表
图片来源:TomKuntzleman
这个版本细节非常有趣!其实每个格子都是有设计过的,比如氢元素的格子有一个小火箭,表示液氢有作为火箭燃料使用过:
看全部的细节介绍可以访问网站→
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