元素周期表152年了，你看過最有趣的版本長什么樣？

2022-01-10 14:58 作者:美食在舌尖 0人讀過 | 我要投稿

提到元素周期表，幾乎每一個化學實驗室的墻上都會有一張。

大多數情況下，我們會認為元素周期表的創(chuàng)造歸功于俄國化學家迪米特里·門捷列夫（Dimitri Mendeleev）。他在1869年將當時已知的63種元素寫在卡片上，并根據不同元素的物理和化學性質對它們進行排列。

回顧歷史，門捷列夫并不是第一個創(chuàng)造元素周期表的科學家。比較著名的有化學家約翰·道爾頓（John Dalton），約翰·紐蘭茲（John Newlands）也根據元素的不同屬性對它們進行相應的分類。

約翰·道爾頓的元素列表

這是門捷列夫的元素周期表首次發(fā)表時的樣子，它發(fā)表于1869年。

?門捷列夫的元素周期表中含有缺失的元素

乍一看，門捷列夫的表格與我們熟悉的元素周期表不太一樣。主要原因在于：現代的周期表上有一些被門捷列夫忽略的元素，比如惰性氣體（如氦、氖、氬）。另外這張表的排列方式也與現代版有所不同，現在是將元素排成列，然后再按行排列。

現代版的元素周期表

關于周期表的一些探索

從門捷列夫的表格到我們所熟知的現代版元素周期表，似乎只是一個小小的旋轉。事實上，在門捷列夫的論文發(fā)表后，多年來人們其實對化學元素的其他排列和分布也進行了大量實驗。在將門捷列夫的表格進行永久的90度翻轉之前，曾經有人有人嘗試過大膽而古怪的扭轉了。

Theodor Benfey的螺旋周期表（1964）

一個比較引人注目的旋轉就是海因里?！U姆豪爾（Heinrich Baumhauer）在1870年發(fā)表的螺旋結構，蓋螺旋結構是以氫元素為中心，元素隨著原子質量增加呈螺旋式上升。每個從中心到外圍的直線的輻射上的元素具有相同的屬性，和現代版的元素周期表中同一族的元素一樣。另外亨利·巴塞特（Henry Basset）在1892年也提出了很有創(chuàng)意的“啞鈴”方案。

Heinrich Baumhauer的螺旋

但是，到了20世紀初，周期表就就慢慢定型成了今天這種水平布局，類似于海因里?！ぞS爾納（Heinrich Werner）1950年設計的現代版本，把稀有氣體第一次排列在表格最右的位置。維爾納也借鑒門捷列夫的做法，在表格中留下了空白，但是他的猜測過于大膽。他認為存在有比氫更輕的元素，認為氫和氦之間還可能存在另一種元素，但是經過實踐證明，這兩者在事實上都不存在。

Heinrich Werner設計的元素周期表

這張表格看起來和現代周期表非常相似了，但它仍然需要一些重新的排列。特別有影響力的是Charles Janet的版本。他采用物理學家的方法，采用新發(fā)現的量子理論，建立了一個基于電子構型的布局。由此產生的“階梯”表格受到許多物理學家的青睞。盡管當時一直元素只有92個，但是Janet還是為直到120號的元素都提供了位置。

?Charles Janet的“階梯”的元素周期表

現代的元素周期表實際上是在Janet的版本直接演變而來。比如堿金屬（以鋰為首的第一主族元素）和堿土金屬（以鈹為首的第二主族元素）被從最右邊移到了最左邊，這樣就形成了一個非常寬的元素周期表。這種布局也存在問題：它不能很好布局或書面呈現；后來主要是出于美學原因，在f-區(qū)元素（指原子殼層最外層電子占據f-軌道，也就是鑭系和錒系元素）通常也被剪切下來，放到主表的下面。元素周期表就演變到我們今天所熟悉的樣子。

其實，人們并未停止嘗試修改周期表的布局：其中螺旋狀和3D版本尤為流行，另外，Mark Lorch把門捷列夫的表格和亨利·貝克的倫敦地鐵地圖這兩個標志性的圖形融合在一起：