门捷列夫是怎样发现元素周期律的呢?
1834年2月7日,伊万诺维奇·门捷列夫诞生于西伯利亚的托波尔斯克,父亲是中学校长。16岁时,进入圣彼得堡师范学院自然科学教育系学习。毕业后,门捷列夫去德国深造,集中精力研究物理化学。1861年回国,任圣彼得堡大学教授。
在编写无机化学讲义时,门捷列夫发现这门学科的俄语教材都已陈旧,外文教科书也无法适应新的教学要求,因而迫切需要有一本新的、能够反映当代化学发展水平的无机化学教科书。
这种想法激励着年轻的门捷列夫。当门捷列夫编写有关化学元素及其化合物性质的章节时,他遇到了难题。按照什么次序排列它们的位置呢?当时化学界发现的化学元索已达63种。为了寻找元素的科学分类方法,他不得不研究有关元素之间的内在联系。
研究某一学科的历史,是把握该学科发展进程的最好方法。门捷列夫深刻地了解这一点,他迈进了圣彼得堡大学的图书馆,在数不尽的卷帙中逐一整理以往人们研究化学元素分类的原始资料……
门捷列夫抓住了化学家研究元素分类的历史脉络,夜以继日地分析思考,简直着了迷。夜深人静,圣彼得堡大学主楼左侧的的门捷列夫的居室仍然亮着灯光,仆人为了安全起见,推开了门捷列夫书房的门。
“安东!”门捷列夫站起来对仆人说:“到实验室去找几张厚纸,把筐也一起拿来。”
安东是门捷列夫教授家的忠实仆人。他走出房门,莫名其妙地耸耸肩膀,很快就拿来一卷厚纸。
“帮我把它剪开。”
门捷列夫一边吩咐仆人,一边动手在厚纸上画出格子。
“所有的卡片都要像这个格于一样大小。开始剪吧,我要在上面写字。”
门捷列大不知疲倦地工作着。他在每一张卡片上都写上了元素名称、原于量、化合物的化学式和主要性质。筐里逐渐装满了卡片。门捷列夫把它们分成几类,然后摆放在一个宽大的实验台上。
接下来的日子,门捷列夫把元素卡片进行系统地整理。门捷列夫的家人看到一向珍惜时间的教授突然热衷于“纸牌”感到奇怪。门捷列夫旁若无人,每天手拿元素卡片像玩纸牌那样,收起、摆开,再收起、再摆开,皱着眉头地玩“牌”……
冬去春来。门捷列夫没有在杂乱无章的元素卡片中找到内在的规律。有一大,他又坐到桌前摆弄起“纸牌”来了,摆着,摆着,门捷列夫像触电似的站了起来,在他面前出现了完全没有料到的现象,每一行元素的性质都是按照原子量的增大而从上到下地逐渐变化着。
门捷列夫激动得双手不断颤抖着。“这就是说,元素的性质与它们的原子量呈周期性有关系。”门捷列夫兴奋地在室内踱着步子,然后,迅速地抓起记事簿在上面写道:“根据元素原子量及其化学性质的近似性试排元素表。”
1869年2月底,门捷列夫终于在化学元素符号的排列中,发现了元素具有周期性变化的规律。同年,德国化学家迈尔根据元素的物理性质及其他性质,也制出了一个元素周期表。到了1869年底,门捷列夫已经积累了关于元素化学组成和性质的足够材料。
元素周期律一举连中三元,使人类认识到化学元素性质发生变化是由量变到质变的过程,把原来认为各种元素之间彼此孤立、互不相关的观点彻底打破了,使化学研究从只限于对无数个别的零星事实作无规律的罗列中摆脱出来,从而奠定了现代化学的基础。
这些是他的部分事迹;
1850年,进入中央师范学院学习,毕业后曾担任中学教师,后任彼得堡大学副教授。 1867年,担任教授的门捷列夫为了系统地讲好无机化学课程中,正在着手著述一本普通化学教科书《化学原理》。在著书过程中,他遇到一个难题,即用一种怎样的合乎逻辑的方式来组织当时已知的63种元素。 门捷列夫仔细研究了63种元素的物理性质和化学性质,又经过几次并不满意的开头之后,他想到了一个很好的方法对元素进行系统的分类。门捷列夫准备了许多类似扑克牌一样的卡片,将63种化学元素的名称及其原子量、氧化物、物理性质、化学性质等分别写在卡片上。门捷列夫用不同的方法去摆那些卡片,用以进行元素分类的试验。最初,他试图像德贝莱纳那样,将元素分分为三个一组,得到的结果并不理想。他又将非金属元素和金属元素分别摆在一起,使其分成两行,仍然未能成功。他用各种方法摆弄这些卡片,都未能实现最佳的分类。
1869年3月1日这一天,门捷列夫仍然在对着这些卡片苦苦思索。他先把常见的元素族按照原子量递增的顺序拼在一起,之后是那些不常见的元素,最后只剩下稀土元素没有全部“入座”,门捷列夫无奈地将它放在边上。从头至尾看一遍排出的“牌阵”,门捷列夫惊喜地发现,所有的已知元素都已按原子量递增的顺序排列起来,并且相似元素依一定的间隔出现。 第二天,门捷列夫将所得出的结果制成一张表,这是人类历史上第一张化学元素周期表。在这个表中,周期是横行,族是纵行。在门捷列夫的周期表中,他大胆地为尚待发现的元素留出了位置,并且在其关于周期表的发现的论文中指出:按着原子量由小到大的顺序排列各种元素,在原子量跳跃过大的地方会有新元素被发现,因此周期律可以预言尚待发现的元素。 事实上,德国化学家迈尔早在1864年就已发明了“六元素表”,此表已具备了化学元素周期表早几个月,迈尔又对“六元素表”进行了递减,提出了著名的《原子体积周期性图解》。该图解比门氏的第一张化学元素表定量化程度要强,因而比较精确。但是,迈尔未能对该图解进行系统说明,而该图解侧重于化学元素物理性质的体现。
1871年12月,门捷列夫在第一张元素周期表的基础上进行增益,发表了第二张表。在该表中,改竖排为横排,使用一族元素处于同一竖行中,更突出了元素性质的周期性。至此,化学元素周期律的发现工作已圆满完成。 客观上来说,迈尔和门捷列夫都曾独自发现了元素的周期律,但是由于门捷列夫对元素周期律的研究最为彻底,故而在化学界通常将周期律称为门捷列夫周期律:主族元素越是向右非金属性越强,越是向上金属性越强。 同主族元素,随着周期数的增加,分子量越来越大,半径越来越大,金属性越来越强。 同周期元素,随着原子系数数的增加,分子量越来越大,半径越来越小,非金属性越来越强。 最后一列上都是稀有气体,化学性质稳定 中学化学就讲这些,过渡元素不要求。 根据各周期内所含元素种数的不同,将只有2种元素的第1周期和各有8种元素的第2、3周期命名为“短周期”,第4、5、6周期命名为“长周期”,其中4、5周期各有18种元素,第6周期有32种元素,第7周期现有26种元素,由于第七周期尚未填满,所以又叫“未完成周期”("不完全周期")。
俄国的门捷列夫做梦梦到一个表格,然后所有的元素从天而降落入每一个格子中……
于是他醒来后提出了最初的元素周期表。