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颠覆认知!元素周期表排列方式遭质疑 化学家:重新排列或成紧迫工作!

2019年03月07日 19:47来源:第一黄金网
责任编辑:summer
摘要
​化学元素周期表自1869年俄国化学家门捷列夫发明后一直沿用至今,150年的传承却在最近一段时间受到了质疑。甚至有的化学家认为,重新设计元素周期表也许很快就会成为一项紧迫工作。

“氢氦锂铍硼,碳氮氧氟氖原……”,化学元素周期表自1869年俄国化学家门捷列夫发明后一直沿用至今,150年的传承却在最近一段时间受到了质疑。部分化学家认为传统的元素周期表排列不甚合理,甚至有的化学家认为,重新设计元素周期表也许很快就会成为一项紧迫工作。

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门捷列夫

据英国《新科学家》周刊网站近日报道,目前,化学元素是根据原子核中的质子数来排列。而且,元素性质主要是由核外电子的排布所决定的。最轻的元素只有一个电子层,较重的元素拥有更多电子层。真正决定每种元素性质的是最外层电子数。元素周期表的排列与外层电子数相关,即具有相同属性的元素被安排在同一族。例如,第一族元素的最外层电子数为1,第二族元素的最外层电子数为2。但它们并不是总能如此完美地匹配。

氢应该在哪里?

氢的最外层电子数为1,因此人们可以认为它确实应该排在这个位置,即在第一族内,排在同样只有一个外层电子的锂和钠之后。然而,氢是气体,不是金属,因此它的属性并不匹配。

氢的最外层只有一个电子,它只需得到一个电子即可达到稳定状态,因此,它是一种活泼性很强的元素,从这个意义上说,它与第17族元素更接近,也就是像氯一样的卤族元素。这些元素都只需要获得一个电子即可达到稳定状态。就其性质而言,氢更接近氯而不是锂。

为什么汞和金如此怪异?

汞在室温下呈液态。从这个意义上说,它与第12族的其他成员完全不同,它们都是固体金属。

在元素周期表中,越往后的元素,原子核中质子所带正电荷数就越多。这会对核外电子产生更大的吸力,意味着它们必须以越来越快的速度运行。根据爱因斯坦的相对论,这会导致它们的实际质量远远大于电子的正常质量,从而增加内向拉力。汞的电子运行速度高达光速的58%,如此紧密的运行使它们无法与别的原子发生联系,从而无法成为固体。同样的道理也解释了为什么金是金色,它是金属中一种独特的颜色:相对论效应改变了电子吸收光的方式。

F区难题

第三族有两个可能属于其他地方的元素。沿着周期表向下看,由电子组成的电子层构成一系列轨道,电子每填满一个轨道便进入下一层轨道。到了第57号元素(镧),电子开始进入新的轨道,即F轨道。为了反映这一点,元素周期表将组成F区的元素单独放在周期表的最下方,从而在第三族留下一个缺口。

报道称,然而,科学家对F区中哪些元素应该排在最前面仍有争议。一些化学家坚持认为,应按电子的排序来确定顺序,即维持现在的顺序,把镧和锕排在F区最左侧。还有人认为,按化学性质(如原子半径和熔点)来看,把目前排在最右的镥和铹排在最前面更好。

所有这些问题都让一些化学家相信,需要重新设计元素周期表。

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美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的埃里克·谢里是主张彻底修改元素周期表的人士之一。他支持一种更为彻底的修改方法:通过把F区的全部30种元素放进现在的第二和第三族之间,使竖列从18列变为32列。这样一来,周期表中的原子序号就可以连续排列。

但德国马克斯·普朗克数学研究所的吉勒莫·雷斯特雷波倾向于另一种方式。鉴于人们对化学反应性的了解增加,他研究了同一周期中元素的化学相似性是否与150年前相同。他的结论是,镧应属于第三族——也就是说,不符合当前顺序。

报道称,重新设计元素周期表或许看起来像是堂吉诃德式的探索,但这也许很快就会成为一项紧迫工作。人们已经开始寻找119号元素。它在哪里,以及把它安排在元素周期表的什么位置,人们将拭目以待。

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