大学化学, 2017, 32(6): 46-67 doi: 10.3866/PKU.DXHX201612040

知识介绍

再论化学元素周期表的形成和发展

杨奇1, 陈三平1, 邸友莹2, 周春生2, 高胜利,1,2

A Look Back on the Formation and Development of Periodic Table of Chemical Elements

YANG Qi1, CHEN San-Ping1, DI You-Ying2, ZHOU Chun-Sheng2, GAO Sheng-Li,1,2

通讯作者: 高胜利, Email: gaoshli@nwu.edu.cn

基金资助: 第三批国家级精品资源共享课.  教高函(2013)132号
国家精品课程:无机化学和分析化学.  教高函(2007)20号
陕西省高等学校教改项目.  (2015)J32

Fund supported: 第三批国家级精品资源共享课.  教高函(2013)132号
国家精品课程:无机化学和分析化学.  教高函(2007)20号
陕西省高等学校教改项目.  (2015)J32

摘要

以时间为序,将化学元素周期表的发现和发展分为萌芽、突破、发展和展望四个阶段,引用主要史实文献将其串联起来进行解读,以利于周期表的深入教学,并作为相应科学研究之参考。

关键词: 化学元素周期表 ; 形成 ; 发现 ; 发展 ; 解读

Abstract

Taking time as the order, the authors propose that the discovery and development of the periodic table of chemical elements are divided into four stages: germination, breakthrough, development and prospect. This article cites the main historical facts and documents to unscramble the above four stages, which will facilitate the teaching and scientific research of the periodic table.

Keywords: Periodic table of chemical elements ; Formation ; Discovery ; Development ; Unscramble

PDF (10879KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

杨奇, 陈三平, 邸友莹, 周春生, 高胜利. 再论化学元素周期表的形成和发展. 大学化学[J], 2017, 32(6): 46-67 doi:10.3866/PKU.DXHX201612040

YANG Qi, CHEN San-Ping, DI You-Ying, ZHOU Chun-Sheng, GAO Sheng-Li. A Look Back on the Formation and Development of Periodic Table of Chemical Elements. University Chemistry[J], 2017, 32(6): 46-67 doi:10.3866/PKU.DXHX201612040

1 问题的提出

周期律的建立,使化学研究从只限于对大量个别的零散事实作无规律的罗列中摆脱出来,奠定了现代无机化学的基础。恩格斯曾高度评价说:“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律,完成了科学史上的一个勋业,这个勋业可以和勒维耶(U Le Verrier)计算出尚未知道的行星海王星轨道的勋业居于同等地位”[1]。在自然科学的众多学科中,首先是化学、物理学、生物学、地球化学等方面,它都是深入研究的重要工具。许多专门书籍[2-17]和文献[18-24]都给予了有益的详细叙述,阐述了其发生的背景和条件。然而,由于文献依据不完整,使得其中的一些认识并非统一。例如,发现元素周期表的崇高荣誉应归属何人?门捷列夫之后大量新元素的发现和合成对其发展的影响如何?原子结构理论的形成是如何揭示其实质的?特别是,人工超重元素104-118号元素的合成对其发展和展望有何影响?都有必要再次进行商榷。

最近IUPAC对113、115、117和118号元素进行了确认和命名[25, 26],本文试图从另一个角度出发,通过考查其中涉猎的史实文献,以时间为序对周期表的发现和发展进行重新认识和解读,力争有个比较明晰的判断,以利于周期表在教学中的深入进行,并作为相应科学研究之参考。

2 化学元素周期表的发现和发展

化学元素周期表的形成和发展,是无机化学一个重要的里程碑。它的发现、形成和发展离不开许多科学家创新性的研究工作,更离不开伟大的俄罗斯化学家门捷列夫(Мeндeлéeв Д. И.,1834-1907)所做的大量艰苦实验、资料积累和超级发挥、提升,也离不开后人的卓越研究和完善。如果把其划分为萌芽、突破、发展和展望四个阶段,可能会获得共识。

2.1 萌芽阶段反映了化学元素周期表建立和演化中人类的科学思维变化

1789年,法国化学家安托万∙拉瓦锡(Lavoisier A.,1743-1794)[27]用法文出版了已知的33种化学元素(部分为单质和化合物)的列表(表1),将其分为气体、金属、非金属矿物和稀土四组。1790年罗伯特∙克尔(Kerr R.)[28]将其翻译成英文。这应该是世界上第一张有关元素的分类表格。

表1   拉瓦锡的元素表

新窗口打开| 下载CSV


1803年,英国化学家、物理学家约翰∙道尔顿(Dalton J.,1766-1844)[29]提出原子学说。1808年他的代表著作《化学哲学的新体系》正式出版。书中,他首次提出用相对比较的办法求取各元素的原子量,并发表第一张原子量表(图1),引起了科学界的轰动和对测定原子量工作的重视[30-40]。我国著名化学家傅鹰说过:“没有可靠的相对原子质量,就不可能有可靠的分子式,就不可能了解化学反应的意义,就不可能有门捷列夫的周期表。

图1

图1   道尔顿的原子量表


1829年,德国化学家约翰∙沃尔夫冈∙德贝赖纳(Döbereiner J. W.,1780-1849)[41]观察到已知的54种元素有许多的化学性质存在三元素规律,并得到后人的好评[42]。例如,锂、钠、钾因为它们都是柔软的活泼金属而在一个三元素组。重要的是他注意到性质相似的三个元素“原子量”之间的关系,若以当时的氧原子量为100来计算,第二个成员的原子量大约是第一和第三个的平均值(表2),以此可推测第二个成员的性质。

表2   德贝赖纳排列的三元素组

新窗口打开| 下载CSV


和同时代的人不一样,德国化学家利奥波德∙盖墨林(Gmelin L.,1788-1853)[43]很早就注意到了德贝赖纳的研究。1843年,他进一步有所发现,扩大了“三分组”现象(图2)。

图2

图2   格梅林的元素三分组图


1850年,德国药物学家马克斯∙冯∙佩滕科费尔(von Pettenkofer M. J.,1818-1901)[44]认为相似元素组中不应限于三种元素,例如氧、硫、硒、碲也是一个相似元素组。他又指出:各元素的原子量之差常为8或8的倍数。例如:

Li = 7 Na = 7 + 2 × 8 = 23 K = 23 + 2 × 8 = 39

Mg = 12 Ca = 12 + 8 = 20 Sr = 20 + 3 × 8 =44 Ba = 44 + 3 × 8 = 68

1853年,英国化学家约翰∙霍尔∙格拉德斯通(Gladstone J. H.,1827-1902)[45]提出性质相似的同族元素在原子量方面有三种不同的类型,除三元素组型外,还有一类是它们的原子量几乎相等,例如:

铬组 Cr 26.7 Mn 27.6 Fe 28 Co 29.5 Ni 29.6

铅组 Pb 53.3 Rh 52.2 Ru 52.2

铂组 Pt 98.7 Ir 99 Os 99.6

另一类是它们的原子量彼此成一定倍数。例如下列一组元素的原子量都是11.5的倍数:

Ti = 25 2 × 11.5 = 23; Mo = 46 4 × 11.5 = 46; Sn = 58 5 × 11.5 = 57.5;

Y = 68.6 6 × 11.5 = 69; W = 92 8 × 11.5 = 92; Ta = 184 16 × 11.5 = 184

1854年,美国化学家乔赛亚∙帕森斯∙库克(Cooke J. P.,1827-1894)[46]在“元素原子量之间的数量关系以及关于化学元素分类的某些考虑”的论文中指出,“首先,化学元素可按照类似有机化学中的卤素系列的方式来分类;其次,这些元素系列的性质服从某种递变规律;最后,原子量也同样地按递变规律变化,而这种递变规律可用一个简单的代数式来表达”。他还断言,在这规律的背后存在着更深层次的规律。

1857年8月,德国有机化学家弗里德里希∙奥古斯特∙克库勒(Kekulé F. A.,1829-1896)[47]发现碳通常与4个其他原子结合。例如,甲烷有1个碳原子和4个氢原子(图3)。这个概念最终被称为“价”,即常说的“化合价”:不同元素与不同数量的原子相结合[48]。过去这是一个在周期表形成时常被忽略的概念。在门捷列夫和迈耶尔的初期研究中充分体现了化合价的作用。

图3

图3   甲烷的分子结构


1859年,法国化学家让-巴蒂斯特∙安德烈∙杜马(Dumas J. B. A.,1840-1884)[49]因发现同系的有机物分子量间有一个公差,如:

甲烷CH4 = a            = 16

乙烷C2H6 = a + d = 16 + 14    = 30

丙烷C3H8 = a + 2d = 16 + 2 × 14  = 44

于是他联想到性质相似的元素也可作为同系元素,而它们的原子量也有类似的关系。如:

F = a               = 19

Cl = a + d = 19 + 16.5        = 35.5

Br = a + 2d + d′ = 19 + 2 × 16.5 + 28  = 80

过去这也是一个在周期表研究中常被忽略的概念之一。

1862年,法国地质学家德∙尚古尔多(de Chancourtois A. B.,1820-1886)跨入化学领域,进行了大胆的研究。他把化学元素按原子重量排列,绘制出一幅圆柱形的图解,发现性质相似的那些元素分别位于一条条垂直线上(图4)。于是他发表了一篇论文来阐述他所获得的这项研究成果[50]。然而十分遗憾,他很不善长写作,在论文中使用了许多对化学家没有什么吸引力的地质学词语。发表他论文的这家杂志认为不宜刊登他称之为“地球物质螺旋图”的那幅圆柱形图解。但这幅图解是阐明其观点所必不可缺的,删掉它,论文就失去了存在价值。因此,他的研究成果在周期律的发现史上没有起到应有的作用,但是从认识论的发展看,尚古尔多第一个认识到元素和原子量之间存在的内在关系,并初步意识到元素性质的周期性。应该说,他向揭示周期律迈出了有力的第一步。可是他似乎既没有理解表中所揭示的本质意义,也没有去深究,而仅仅认为找到了又一种方便的整理元素体系的方法。“说的极端一点,他过分热衷于在元素之间品质因数(原子量)的表示上做一些数值置换游戏,而忽视了对元素本身的考究”[24]。19世纪90年代,原来发表他论文的那家杂志终于刊登了他的图解。其实,1863年他的论文也曾引起过人们的重视[51]

图4

图4   尚古尔多设计的圆柱形周期表


1864年,英国化学家威廉∙奥德林(Odling W.,1829-1921)进一步修改了他1857年发表过的以当量为基础的“元素表”[52],而以“原子量和元素符号”为标题重新发表(表3)[53]。该表基本按原子量排列元素,只对碘和碲未顾及其原子量而按性质排列,并在适当地方留下空格,也部分地发现元素性质出现周期性变化的规律。他曾说过:无疑,在表中所出现的某种算术上的关系可能纯属偶然,但总起来说,这种关系在很多方面清楚地表明,它可能依赖于某一迄今尚不为人所知的规律。从形式上看,他的“元素表”比螺旋线图又进了一步。但是,表中错误地将Li、Na、K、Rb、Cs分别放在了三个横列里。全表列入47种元素,他提到了周期律的想法但未深入研究[54]

表3   奥德林的元素表

新窗口打开| 下载CSV


同年,德国化学家尤利乌斯∙洛塔尔∙迈耶尔(Meyer J. L.,1830-1895)[55]提出了按原子量顺序排列元素的《六元素表》(表4)。他敏锐而明确地指出:“在原子量的数值上具有一定的规律性,这是毫无疑义的”。1868年迈耶尔在《近代化学理论》第2版的草稿中曾有了发表第二张元素周期表的打算,它比起第一张表增加了24个元素和9个纵行,只是在他去世后人们整理其原稿时才被发现;同年,迈耶尔发表了著名的《原子体积周期性图解》(图5),图中描绘了固体元素的原子体积随原子量递增而发生的周期性变化;1870年迈耶尔发表了他的第三张元素周期表[56]

表4   迈耶尔的《六元素表》(1864年)

新窗口打开| 下载CSV


图5

图5   迈耶尔的原子体积周期性图解


其实,就迈耶尔的研究而言,当他将1864年的元素表整理成一张表格时,由于还谈不上理解了表的本质意义,因此可以说此表还仅停留在奥德林的阶段。当他看到1869年门捷列夫最初的元素周期表后,迈耶尔则一口气接近了门捷列夫的研究阶段。但他仍保守地将周期律看作是“使人们对原子的模糊认识变得更加清晰,更加丰富的有用手段”[57]。除了将周期律看作是原子体积的属性外,他只提出了对两三个元素原子量的订正,整理了一下周期律的表现形式(周期表),而没有进行更多的研究。迈耶尔完全达到与门捷列夫同一水平,是在他读了门捷列夫1871年的总结性论文以后。从那时起,迈耶尔相信了元素周期律,也将周期律的观点用在一切化学知识上,并展开了对元素周期律的研究,他还为周期律的普及发挥了极大作用。他在态度上的转变,集中体现在他于1871年发表的“论无机化学的体系化”一文中[58]

1864年,英国化学家约翰∙亚历山大∙雷纳∙纽兰兹(Newlands J. A. R.,1837-1898)把当时已知的元素按原子量大小的顺序排列起来,发现从任意一个元素算起,每到第八个元素就和第一个元素的性质相近[59],与八度音程相似(图6),所以他把这个规律称为“八音律”(表5)[60]。该表的前两个纵列几乎相对应于现代元素周期表的第二、第三周期,但从第三列以后就不能令人满意了。其缺点在于既没有充分估计到原子量测定值会有错误,又没有考虑到还有未被发现的元素应留出空位。纽兰兹元素分类的成功之处在于用“序号”这个概念取代了原子量。由此,他克服了前人那种拘泥于原子量数值规则的倾向,即便不完整但也抓住了元素整体的规则。遗憾的是他仅仅停留在分类上,而没能深入到元素具体的物理、化学性质当中去探讨他发现的规则并展开新的研究。这样一来,他使用的分类形式就成了研究的终点,而“序号”所体现出来的新鲜感,则仅仅看作是某种表面的关系,而未能获得进一步探究。

图6

图6   纽兰兹认为从Li到Na有重复的属性


表5   纽兰兹的“八音律元素表”

新窗口打开| 下载CSV


1867年,在伦敦出生、丹麦学习的美国化学家古斯塔夫斯∙德特勒夫∙欣里希斯(Hinrichs G. D.,1836-1923)[61]把元素按原子量的大小排列在不等的半径线上,在同一个半径线上分布着性质相似的元素星形化学元素体系(图7)。但是,欣里希斯仅仅绘制了初看起来类似周期律分类的一张图而已。由于拘泥于寻找相似元素原子量之间表面上的规则,没有做出任何说明,因而未能突破19世纪50年代的研究水平。

图7

图7   欣里希斯的星形化学元素体系


说到这里,我们可以看到:虽然尚古尔多、奥德林、迈耶尔、纽兰兹、欣里希斯等科学家对化学元素周期表的发现打下了可贵的坚实基础,但其研究水平并未达到门捷列夫的水平,这就是发现元素周期表的桂冠戴在门捷列夫头上的原因。评价中更为详细的资料可参考荷兰科学史学家约翰∙威廉∙范∙司庞森(van Spronsen J. W.)[62]和日本尾雅范博士[63]的评点。自然,从理论发展的外部原因来看,也可以认为,门捷列夫元素周期律的发现及其获得迅速的认可和传播,在很大程度上得益于当时俄罗斯化学在欧洲所处的边缘环境给予他得天独厚的发展条件。而处于化学发展中心的德国和英国,发表像元素周期律这样的划时代的理论性研究却反而显得不很容易。例如,1880年迈耶尔在谈到自己“原子的体积”一文的发表时,曾说过这样的话“如果可行的话,我很想就我们的表——迈耶尔和门捷列夫的最初的周期表——中的差异作些更详尽的阐述。可在当时,Annalen杂志的版面受到了限制,分配的页数也是一定的。在那中间,对于不包含任何新实验数据的论文说来,应尽可能地简洁,否则便是滥用了刊载它的编辑的好意”[64]。再如,1866年3月,纽兰兹将他到那时为止的元素分类研究总结成论文在化学学会发表,可是他的文章没有得到印刷。对于其原因,纽兰兹在1873年的例会上询问了当时化学会的会长,得到的回答是:“纯粹理论性的论文在原则上是不出版的,因为那样的论文容易招致种种议论和繁琐的应酬”

2.2 突破阶段显示了门捷列夫的哲学思想和科学研究方法以及坚实的研究结果

20世纪,前苏联以著名哲学家、化学史家凯德洛夫(Keдpoв B. M.)、札布罗茨基(Зaбрoдcκий Г.)为首形成了门捷列夫学,发表了许多有价值的资料[4, 12-14, 65-69]。随后,许多中国学者也进行了门捷列夫学的研究[21-23, 70, 71]。这些研究成果可以推动科技思想史与科学方法论的教学与研究工作。参看是有益的,本文不再赘述。这里仅就其研究成果,对门捷列夫在元素周期表突破阶段建立勋业的基石加以分析。

(1)科学的最高境界应该是哲学思想的体现。哲学为自然科学家提供了研究的思维和准则。门捷列夫正是接受了哲学智慧的滋养,才有了运用辩证唯物论的世界观和方法论。门捷列夫在《化学原理》一书第5版的序言中写道:“……这本著作的主题,是我们所研究的这门科学的哲学原理”[72]。然而在当时,要研究化学的“哲学原理”,超越传统和大科学权威所划定的范围而从事研究,并不那么简单。譬如说,门捷列夫在国外逗留期间,到过很多国家,与当时化学方面的权威建立了联系,可是他并没有得到年高望重的德国、法国和英国化学家的赞同。即便到1869年,当门捷列夫发表他所发现的化学元素周期律时,他还得听他所极其尊崇的学者齐宁的训诫:“到了干正事、在化学方面做些工作的时候了”。著名的英国学者卢瑟福在伦敦化学协会纪念门捷列夫诞辰百周年的大会上所发表的演说中,完全证实这一点。他说道:“门捷列夫的思想最初没有引起多大注意,因为当时的化学家更多地从事于搜集和取得各种事实,而对思考这些事实间的相互关系,却重视不够”[73]。然而,正是因为门捷列夫与当时大多数自然科学家的思维相反,深刻关心自然科学的哲学问题,了解到如果没有哲学的概括,自然科学就不能发展,才做出了突破性的决策。从这点出发,我们并不赞同一些人的看法[23]

(2)门捷列夫创造了新的科学研究方法。有了高度的哲学素养,加上科学方法的创造,才可能在研究中高屋建瓴、势如破竹。门捷列夫敏锐地察觉到:“单是事实的收集,哪怕收集的非常广泛;单是事实的积累,哪怕积累的毫不遗漏,都还不能使你获得掌握科学的方法,不能向你提供进一步成功的保证,甚至还不能使你有权照科学这个名词的高级意义来把它叫做科学”[72]。由此,门捷列夫意识到掌握正确的科学方法对揭露元素之间的规律性联系是至关重要的。许多资料详细分析了门捷列夫在周期系研究中创造新的科学研究方法[68, 69, 74-80]。凯德洛夫详尽分析和论证了门捷列夫在发现周期律过程中所应用的科学认识方法,概括为三条,即上升法、综合法和比较法。他指出,上升法是科学发现的关键,综合法是发现规律的途径,比较法则是元素分类的基础[67]。他还指出,门捷列夫纠正了以往按人为分类法建立元素体系的偏颇,指明了过渡元素在元素科学分类上的重要意义。我国学者王克强认为“门捷列夫不仅发现了元素周期系和周期律,而且创立了一种发现、描述元素周期系和周期律的方法”[81]。他把门捷列夫周期系方法的创造概括为“元素周期系分类法”和“元素周期系描述法”,指出:两者是“同一方法的二个基本方面”“二者各尽其妙,相得益彰”。王克强借助从抽象上升到具体的逻辑方法,使门捷列夫周期系方法得到了提高。

简言之,可以把门捷列夫的科学方法叙述为:无意间发现同族元素的原子量差是常数(偶然事件) →敏锐的直觉+丰富的想象→元素周期律→周期理论的几种预言→被发现所证实。

门捷列夫周期律及周期表之所以堪称“科学上的一个勋业”,就在于它描述并预言了未知元素的存在,尔后为科学实验发现所证实,这正是门捷列夫超越前人和同时代其他元素周期律探索者之处。正如门捷列夫自己所说:“我决定这样做,是因为在我预言的那些物质中,要是有一种被人发现,我马上就能彻底相信,并使其他化学家相信,作为我的周期系的基础的那些假设是正确的”。因为每一个自然规律(周期律也不例外)“只有当它可以说产生实际的结果,亦即作出能解释尚未阐明的事物和指出至今未知的现象的逻辑结论时,特别是当这个规律导致能为实验所验证的预言时,才获得科学的意义”。

1875年法国化学家布瓦勃德朗(Boisbaudran P. E. L.)[82]用光谱分析法发现了类铝,即新元素镓。一切特性都和门捷列夫预言的一致,只是比重不同。门捷列夫闻讯后致信巴黎科学院,指出镓的比重应该是6.9左右,而不是4.7。布瓦勃德朗设法提纯了镓,重新测量比重,结果是6.94,从而证实了门捷列夫的预言。对此,布瓦勃德朗曾不胜感慨地说:“我想已经没有必要再来证实门捷列夫的理论见解对镓的比重有着多么巨大的意义了”

1879年瑞典化学教授尼尔森(Nilson L. F.)[83]发现了类硼,即新元素钪。关于该发现,尼尔森指出:“新元素钪无疑就是类硼……这样看来,俄罗斯化学家的见解是证实了,他不但预见到他所命名的元素的存在,还预先指出了它的一些最重要的性质”。

1886年,德国化学教授文克莱尔(Winkler C.)[84]发现了新元素锗,这就是门捷列夫预言的类硅。文克莱尔对此作了证明,他说:“从前只是假定的类硅果然发现了,证明元素周期性的学说的正确性的证据,难道还有比这更明显的吗?这证据当然不只简单地证明了这个大胆的理论,它还意味着化学视野的进一步开阔,在认识领域中迈进了一大步”。

门捷列夫所运用的正确的、实质上是辩证的研究自然的方法,终于取得了丰硕成果。

1889年,门捷列夫应邀在伦敦化学会一次法拉弟演讲(Faraday lecture)中讲了话。他指出,除了以上三个元素外,还可以预言另一些当时还未发现的元素[85]

(3)艰苦卓越的劳动和坚实的研究结果使门捷列夫取得了突破。门捷列夫深深懂得,即使元素周期律的基本思想在头脑里成熟以后,要把这条定律完全揭露出来,仍是一件十分困难的事。他立誓:“不存妄念,坚持工作,决不徒仗空言,应当耐心地去探索神圣而科学的真理[86]。”

门捷列夫在尚古尔多、欧德林、迈耶尔、纽兰茨、辛里斯等科学家绘制的元素表的基础上(虽然在他的著作中没有承认这一点[87]),加上他自己在实验中的各种感性材料、寻找的元素的准确原子量,经过他聪明的大脑苦苦探索元素的原子量和元素性质之间的关系规律,取得了突破性进展,完成了从感性认识到理性认识的飞跃:1868年《化学原理》一书的写作成了他发现元素周期表的先声(图8)[88],进行了“在原子量和化学性质相似性基础上构筑元素体系的尝试”;1869年2月17日,做成了最初的元素周期表(图9表6),发表了第一篇论文[89],明确地使用周期性一词;1869年8月,在科学院的研究报告中讨论了周期表上元素的位置与原子体积之间的关系[90]并在《化学原理》第2版中出现了第二张元素周期表(表7)[91];接着,他将研究工作系统地整理成了4篇论文[92-95],并根据这些成果完成了《化学原理》一书的编著[72, 88, 91, 96]。时至1906年,他又发表了5张元素周期表(表8-表12)。因此,门捷列夫获得发现元素周期表的崇高荣誉是志在必得和不容怀疑的。

图8

图8   1868年手稿


图9

图9   1869年手稿


表6   第一张周期表(1869)

新窗口打开| 下载CSV


表7   第二张元素周期表(1869)

新窗口打开| 下载CSV


表8   元素周期系(1871)

新窗口打开| 下载CSV


表9   另一种形式(1871)

新窗口打开| 下载CSV


表10   1879年的元素周期系

新窗口打开| 下载CSV


表11   1906年的元素周期系

新窗口打开| 下载CSV


表12   1906年的另一形式周期系

新窗口打开| 下载CSV


2.3 发展阶段显示了周期律实质的揭示和门捷列夫周期表的包容

元素周期律的发现,证明各种化学元素、各种不同原子之间并不是彼此孤立,而是有深刻的内在联系。这预示着人们的认识将要深入到物质的更深层次——原子结构里去,而对原子结构的研究反过来必然会加深对元素周期律本质的认识。有人认为至今门捷列夫周期表经历了三个大的发展阶段:即1869年门捷列夫创立的“原子量依据论”,1913年英国物理学家亨利∙格温∙杰弗里斯∙莫斯莱(Mosely J. H. G.)确立的“核电荷依据论”和1926年奥地利理论物理学家埃尔温∙薛定谔(Schrodinger E.)确立的“电子排布依据论”[81]。这是对的,科学发展的历史进程完全证实了这一点。因此,这里说的“发展”,着重指门捷列夫元素周期律和周期表对新元素不断发现和合成的包容,新的科学成果使其逐步地完善;同时,对门捷列夫元素周期律和周期表也进行了一次次的肯定。

(1)稀有气体元素的发现使门捷列夫周期表经受了第一次严峻考验。在门捷列夫发明周期表时,还没有一个稀有气体被发现。因此,1871年门捷列夫的周期表(表8)里没有能够预言这些元素的存在,当然也没有它们的位置。1895年以后的几年内,稀有气体元素陆续被发现。1894年,被称为稀有气体之父的英国化学家莱姆赛(Ramsay W.)[97]在一篇题为“周期律和惰性气体的发现”的文章中曾预言在氦和氩之间,存在一个原子量为20的元素。他还预言存在具有原子量82和129两个相似的气体元素。莱姆赛写道:“学习我们的导师门捷列夫的榜样,我要尽一切努力去找寻久已期待和久经推测的氦和氢之间的气态元素的性质和关系,把空格填补起来”。据此,1896年,莱姆赛排出了一个部分元素周期表(表13)。后来的发现证实了这一点。对此,门捷列夫勇于尊重实践,面对新系列元素的发现,指出必须补充元素周期表,由于其当年的“惰性”,于1906年提出的元素周期表(表11)中将它们安排在第Ⅰ族的前面定为零族,使元素周期律理论进一步接受了检验和严峻的考验,进一步完善了周期系,这也构成了一个新的认识循环,并使周期系理论得到了发展。完整的新族形成了,因为新的发现和安排没有跟元素周期律及其周期表发生矛盾,零族元素与Ⅰ族元素的相邻元素之间的原子量差值跟周期表中相邻元素之间的原子量差值基本一致。

表13   莱姆赛的元素周期表

新窗口打开| 下载CSV


(2)莫斯莱定律揭示了元素周期律的本质。19世纪末20世纪初,先进的物理实验新手段(如阴极射线、X射线实验等)不断被应用于实验中,发现了电子[98]、质子[99]、中子[100, 101]和原子核[102]。1911年,卢瑟福提出了带核原子模型[103, 104],原子的质量主要集中在核上(质子数和中子数合起来表现为原子量),说明了元素的原子量与原子核的联系。同年,英国物理学家巴克拉在实验中发现,当X射线被金属散射时,散射后的X射线穿透能力随金属的不同而不同,说明每种元素都有自己的标识X射线[105]。1913年,莫斯莱进一步研究发现,以不同元素作为产生X射线的靶时,所产生的特征X射线的波长λ不同。他将各种元素按所产生的特征X射线的波长排列后,发现其次序与元素周期表中的次序一致(图10),他称这个次序为原子序数(以Z表示)[106]。他还发现Z值与λ之间的经验公式:

图10

图10   元素的X射线谱图


式中,ab为常数,λ为元素的X射线波长,Z为元素的原子序数。根据他的研究,还可得出两点重要结论:①周期表中元素的座次是正确的,虽然按照原子量的数值其中有三对的座位是颠倒的,正因为这样,客观上它已经是按Z值排列了;②一种物质中的原子若其Z值全部相同,这种物质就是元素物质(单质),至于原子量是否完全一样,不是必要条件。原子序数的发现,真正揭露了元素周期律的本质:“元素性质是其原子序数的周期函数”,并解决了门捷列夫周期律中按原子量递增顺序排列有三处位置颠倒的问题。

卢瑟福利用莫斯莱定律得出结论:原子核的电荷在数值上等于元素的原子序数。元素的性质-元素的原子量-元素的核电荷数-元素的原子序数的有机联系,从而发展了门捷列夫的元素周期律。这是人们对元素周期律的一个重要的认识发展过程,并且它把元素周期系理论放在更正确、更科学的本质基础之上。

(3)确定镧系元素的数目和在周期表中应占位置再次发展了元素周期律。在1869年门捷列夫的第一张元素周期表里没有能够、也不可能把镧系元素排放在正确的位置上。虽然在1882年布劳纳∙巴恩斯(Brauner B.)[107]、1892年巴塞特∙亨利(Basset H.)[108]、1895年汤姆森∙尤尔根(Thomsen J.)[109]和罗格斯∙约翰逊(Retgers J. W.)[110]、1905年维纳尔∙阿尔弗雷德(Werner A.)[111]等众多科学家排列的元素周期表中列出了一些镧系元素的位置,但因15个镧系元素并未全部发现,故镧系元素的总数也就不能确定,其在周期表中的位置也没有被确定。意见纷纭,周期表也没有因为大多数镧系元素的发现而发展。直到1921年,丹麦物理学家尼尔斯∙亨利克∙戴维∙波尔(Bohr N. H. D.,1885-1962)和其他一些科学家们基于多种元素光谱的研究,提出了电子在原子核外排布的一些规则[112, 113],建立了近代原子结构理论,又充分考虑到镧系元素性质如此相似,才建立了镧系理论,确定了镧系元素的数目和在周期表中应占的位置,解决了元素周期律中出现的矛盾,再次发展了元素周期律。

(4)原子结构理论的形成深刻揭示了周期律的内在因素。元素周期律的发现,说明各种化学元素、各种不同的原子间并不是彼此孤立,而是有着深刻的内在联系的。这预示着人们的认识将要深入到物质的更深层次——原子结构里去。而对原子结构的研究,反过来必然会加深对元素周期律本质原因的认识,科学发展的历史进程完全证实了这一点。

关于原子结构的研究,科学家是费了大气力的。这包括1900年德国著名物理学家和量子力学重要创始人马克斯∙普朗克(Planck M.,1858-1947)[114]根据黑体辐射实验提出的量子学说,1905年犹太裔瑞士物理学家阿尔伯特∙爱因斯坦(Einstein A.,1879-1955)[115]为解释光电效应实验提出的光子学说,1913年玻尔[116-118]为解释氢原子光谱实验提出的玻尔理论把量子化条件引入原子结构中;1927年美国人戴维森(Davisson C. J.,881-1958)与革末(Germer L. H.,1896-1971)[119]成功做了电子衍射实验证实,1923年法国理论物理学家路易∙维克多∙德布罗意(de Broglie L.V.,1892-1987)[120]提出实物微粒的波粒二象性,以及1926年奥地利理论物理学家埃尔温∙薛定谔(Schrodinger E.,1887-1961)[121]提出对实物微粒运动的统计解释,1927年德国物理学家维尔纳∙卡尔∙海森堡(Heisenberg W. K.)[122]提出微粒运动遵循的测不准关系;电子排布的能量最低原理、洪特规则(Hund′s rule) [123]、泡利不相容原理(Pauli exclusion principle)[124],斯莱特规则(Slater′s rules)[125]和徐光宪规则(Guangxian Xu′s rules)[126],以及鲍林近似能级顺序图(Pauling′s approximate energy-level diagram)(图11)[127]和科顿能级图(Cotton′s energylevel diagram)(图12)[128]。也就是说,根据一系列的实验成果,科学家们进行了深入的量子化学研究,解决了核外电子运动状态的描述和核外电子的排布问题,才真正解决了元素周期律的内在原因问题,这就是:元素性质的周期性变化是由于元素的原子的电子层结构有周期性变化(图13)[129],深刻而准确地反映了原子的微观结构,进一步使周期律更加完善,元素周期表构筑了元素自然分类的完整体系。原子结构不但没有推翻门捷列夫元素周期表排列的正确性,反而发现了它们是惊人的一致!这无形中使其得到了证实,折射出它的包容性。

图11

图11   鲍林近似能级顺序图


图12

图12   科顿能级图


图13

图13   原子结构的周期性


(5)锕系理论使近代周期表趋于完整。1940年以前,铀元素始终处于周期系的末端。以往,人们在化学上用“超铀元素”(transuranic element)泛指原子序数在92(铀)以上的重元素。l944年,美国著名核化学家格伦∙西奥多∙西博格(Seaborg G. T.,1912-1999)[130]根据重元素的电子结构提出了锕系理论,即在周期表中存在着与镧系元素位置相似的另一系列重内过渡元素——锕系元素。这一理论使近代周期表趋于完整:一是为后来逐一合成人工超铀元素指明了方向;二是从电子结构理论出发说明有可能人工合成出104-118号超重元素(superheavy elements),从而完善第七周期;三是为镧系元素放在周期表下单列找到了依据,使近代周期表完善了“对称性占主导地位的形式美”[131],这是自然界物质运动内在美的体现,是从无序到有序的整合,是自由创造美与自然科学美的结合[132];四是为周期表延伸的遐想做出了提示。

超铀元素大都是不稳定的人造元素,它们的半衰期很短,这给人工合成这些元素带来困难。幸运的是,由于科学技术的发展,人们在技术上已掌握了先进的方法制取它们[133-137]。合成它们的大致方法是:较轻的超铀元素(从Z = 93的镎到Z = 100的镄)可以用中子俘获法(反应堆稳定中子流或核爆炸)来获得。Z>100的元素要用耗费巨大的加速器重离子轰击(如直线加速器将重粒子束最大能量达每个核子10.3 MeV,廻旋加速器为8.5 MeV)来制备(即带电粒子核反应法)。

2.4 展望显示了人们对周期律的再实践-再认识-再检验和周期表的延伸

科学和技术在不断发展,人们将会使用多种途经更为深刻地研究周期律和周期表。这里包括人们对周期律的再实践-再认识-再检验和对周期表延伸的向往。相信也会得到意想不到的结果。

(1)多种形式的周期表应运而生。门捷列夫元素周期律及其图表是在他编写《化学原理》教科书过程中发现的,同时也是在他生前8次修订的《化学原理》中得到发展和完善的。他说:“《化学原理》是我心血的结晶,其中有我的形象,我的教学经验和我们真挚的科学思想”。自1869年门捷列夫的元素周期表出现至今,有大约700多个不同版本出版[138]。除了众多矩形变化的形式外,其他像圆环、立方体、圆柱、建筑、螺旋、双纽线、八角形的棱镜、金字塔、球体或三角形的应有尽有[139-148]。这些替代品的开发往往要么是为了突出或强调元素的化学或物理性质,要么是为了研究或教学的方便。我国学者也为此进行了大量生动而有趣的研究[149-154],近年来出版的一些图表也是颇具特色风格的[155, 156]。然而,这些替代品没有传统元素周期表展现元素性质规律的明显特点(图14)。无机化学家的周期表强调电子结构趋势[157, 158]、模式和不寻常的化学关系与属性[159],包括将元素氢的位置单独放在表的上方中央[160]

图14

图14   元素性质在周期表中展现的规律


(2)七个周期的元素周期表已完整。超重元素指原子序数大于等于104号的元素[161],它们的6d亚层被填入电子。对超重元素进行合成方面的研究有助于探索原子核质量存在的极限,最终确定化学元素周期表的边界,同时也是对原子核壳模型理论正确与否的实际检验。根据核结构的“液滴模型”[162-164],当质子增加时核内的凝聚力不再能平衡库仑斥力,重元素的稳定性降低,原子核迅速分裂,形成了一个不稳定的核素海洋。然而,按原子核“壳层模型”[165-168]预期,一个后于双幻数铅同位素208Pb的第二个闭合双壳层应出现在质子数114、中子数184处[169],远远超过“液滴模型”的不稳定区域。迈耶尔[170]首先用半经验公式讨论了这个区域的宏观稳定性;尼尔森[171]用计算变形核能级方法改进了理论模型并提出宏观-微观理论;在此基础上,斯特鲁金斯基进行了新的理论计算,并将壳层效应附加于原子核液滴模型理论[172]。1967年,科学家们预言在闭合双壳层Z = 114和N = 184附近存在一个超重核素的“稳定岛”(island of stability,图15)[173]。理论上超重核素的半衰期最长可达1015年。为了跨过不稳定核素的海洋真正登上稳定岛,科学家采用重离子作为入射粒子有效地引发了合适的核反应。现在,104-118号元素皆已被成功合成[174, 175],并得到了IUPAC的承认和命名[176-181],七个周期的元素周期表已经完整。但是,确切地说目前只是刚刚踏上超重元素稳定岛的边缘地带,还没有完全进入稳定岛。

图15

图15   稳定岛示意图


(3)元素周期表可能存在一个上限。稳定岛假说的提出鼓舞着科学家们在自然界和人工合成两个领域去找寻新的超重元素。刘国湘和胡文祥根据对天然核素稳定性、重离子核反应截面的限制、核素存在时间的限制、电子壳层的稳定性等方面的综合分析,提出元素周期表可能存在一个在第八周期138号元素左右的上限[182, 183]。1969年,约翰内斯∙格鲁门(Grumann J.)等432认为下一个超重稳定岛将以164为中心,超重核的寿命为几分钟,甚至可长达若干年[184]。这样不但可以完成元素周期表的第七周期,还可填充5g-6f超锕系和6g-7f新超锕系两个内过渡系(各32种元素),完成每周期50种元素的第八、九超长周期,直至Z = 218 (图16)[173]。应该说,这是一个带有幻想式的大远景周期表。

图16

图16   元素周期表远景图


俄罗斯联合原子核研究所的官员透露,俄研究人员将联合美国科学家,尝试合成元素周期表里的第119号元素(暂定名为Uue)的实验[185]。有人认为它应是碱金属钫下方的元素,可称为类钫(Eka-Francium),甚至推测了它的性质(图17) [186]。然而相对论效应使这一结论存在着一些不确定性[187]。合成Uue的首次尝试发生在1985年:科学家在美国加州伯克利的超重离子直线加速器(super HILAC)中用钙-48轰击锿-254,结果未鉴别出任何原子。因而其收率限制为300 nb[188, 189]

图17

图17   119号元素的基态电子配置


这一反应选择了254Es作为原料。254Es的质量数大,半衰期相对较长(270天),可获得性高(数毫克),因此常被用来合成超重元素[190]。然而这一反应近期极不可能生成Uue原子,因为很难生产足够多的锿-254来制作一个尺寸足够大的靶,从而将实验的灵敏度提升到所需级别[188]。锿尚未在自然界中发现,只能在实验室制取。不过,由于Uue是扩展元素周期表第8周期的第一个元素,未来极有可能用其他反应来制取。德国的GSI亥姆霍兹重离子研究中心正尝试用钛核轰击锫制取Uue[191]。目前还没有发现位于第8周期的元素;而且由于液滴不稳定性,或许只有原子序数较低的第8周期元素(原子序数低于128)在物理上可能存在[192, 193]

胡文祥[194]认为如果反物质的字宙确实存在,那么其反物质元素周期表也可能存在一个上限。这也许有着深远的物理学、化学和哲学意义。我们认为用人类只了解4%的物质世界去解释和猜测96%的未知宇宙尚需等待,这是人们对周期律的再实践-再认识-再检验的一个长期过程。

3 结语

我国著名教育家、化学家傅鹰教授曾经多次指出:“一门科学的历史是这门科学中最宝贵的一部分,因为科学只能给我们知识,而历史却能给我们智慧”。本文只是试图从另一个角度以时间为序,引用主要史实文献将其串联起来进行解读,以利于周期表的深入教学和科学研究参考。以上述观点为据,我们编制了一种有特色的化学元素周期表[195-198],得到了徐光宪院士和申泮文院士的肯定。徐先生说:“这是我见到过的最新、最好的周期表,包含的信息量丰富。一定会被化学界同行所接受”。申先生说:“西北大学化学系高胜利等著《化学元素周期表》是我国当前的一套信息资料最为丰富的化学教学工具,我对此表示欢迎和支持,学化学课的学生可以人手一册作为学习参考工具”

本文无意对门捷列夫的世界观进行讨论。许多学者对其晚年的研究持否定态度,这是客观的。正如20世纪50年代,苏联学者扎布罗茨基指出的那样:“如果说门捷列夫在创作道路的开始,要求以广泛的物理观点来解释化学问题,那么晚年在解决广泛的物理问题上他开始捍卫的,仅只是化学观点。因此,这种与科学发展中的进步趋向背道而驰的企图没有得到成功,是很自然的”[69]

总之,在目前科学大发展的背景下,学习门捷列夫辩证、唯物的哲学观点,科学的方法论以及其务实的研究作风,并从中吸取有益的启示,这对推动现代化学的发展、推进今天提倡的创新性科学研究和教学肯定是会受益匪浅的。

参考文献

恩格斯.自然辩证法.于光远等,译编.北京:人民出版社, 1984.

[本文引用: 1]

赵匡华. 化学通史, 北京: 高等教育出版社, 1990.

[本文引用: 1]

《化学发展简史》编写组.化学发展简史.北京:科学出版社, 1980.

特立丰诺夫, N. B;特立丰诺夫, B.化学元素发展简史.崔浣华,译.北京:科学技术文献出版社, 1986.

[本文引用: 1]

Kauffman G. B. J. Chem. Edu. 1969, 46 (3), 128.

车云霞; 申泮文. 化学元素周期系, 天津: 南开大学出版社, 1999.

Petrucci, R. H.; William, S. H.; Herring, F. G. General Chemistry: Principles and Modern Applications, 9th ed.; Pearson Education:New Jersey, 2007.

刘少炽. 原子结构与化学元素周期系, 西安: 陕西科学技术出版社, 1986.

钱止英. 原子结构与元素周期系, 上海: 上海教育出版社, 1980.

凌永乐. 化学元素周期律的形成和发展, 北京: 科学出版社, 1979.

田凤岐. 元素周期律, 北京: 北京出版社, 1979.

皮萨尔热夫斯基, O. N.德·伊·门捷列夫元素周期系.徐克敏,译.北京:高等教育出版社, 1959.

[本文引用: 1]

阿利亚, C. M.伟大的自然定律——门捷列夫元素周期表和它在今天的意义.石岩山,译.北京:中国青年出版社, 1956.

柯立斯尼科夫, A. P.门捷列夫周期律.沈瑞年,顾彤,译.北京:人民教育出版社, 1958.

[本文引用: 1]

郭德荣. 元素的演变和周期律的本质, 银川: 宁夏人民教育出版社, 2005.

立方. 元素周期表的新探索, 武汉: 华中师范大学出版社, 1989.

Scerri E. Selected Papers on the Periodic Table London: Imperial College Press, 2009.

[本文引用: 1]

赵江东.中国建材科技, 2009, No. 2, 92.

[本文引用: 1]

Lavelle, L. J. Chem. Edu. 2009, No. 86, 1187.

吴映民.琼州大学学报, 1999, No. 2, 8.

盛根玉.化学教学, 2011, No. 5, 65.

[本文引用: 1]

吴蜀江.科技进步与对策, 2003, No. 17, 96.

宋莉; 邹勇. 自然辩证法通讯, 1998, 20 (2), 45.

[本文引用: 2]

尾雅范. 科学学研究, 2003, 21 (4), 352.

[本文引用: 2]

Karol P. J. ; Barber R. C. ; Sherrill B. M. ; Vardaci E. ; Yamazaki T. Pure Appl. Chem. 2016, 88 (1-2), 139.

[本文引用: 1]

Karol P. J. ; Barber R. C. ; Sherrill B. M. ; Vardaci E. ; Yamazaki T. Pure Appl. Chem. 2016, 88 (1-2), 155.

[本文引用: 1]

Lavoisier, A. Traité Élémentaire de Chimie, Présenté dans un Ordre Nouveau, D'après des Découvertes Modernes; Chez Cuchet: Paris, 1789.

[本文引用: 1]

Robert, K. Elements of Chemistry; William Creech: Edinburgh, 1790.

[本文引用: 1]

Dalton, J. A New System of Chemical Philosophy; Bickerstaff: Manchester, 1808.

[本文引用: 1]

秋实,孙晓云.河北师范大学学报(自然科学版), 1990, No. 2, 95.

[本文引用: 1]

林承志.化学教育, 1997, No. 5, 40.

Roscoe, H. E.; Arthur, H. A New View of the Origin of Dalton's Atomic Theory; Macmillan: London, 1896.

Höganäs. National Encyklopedin; Bra Böcker AB: Sweden, 1990.

Avogadro, A. J. Phys. Chem. Natur. Hist. 1811, No. 73, 58.

Petit, A. T.; Dulong, P. L. Ann. Chim. Phys. 1819, No. 10, 395.

Morrow S. I. J. Chem. Edu. 1969, 46 (9), 580.

Mary N. Before Big Science: The Pursuit of Modern Chemistry and Physics 1800-1940 Twayne Publishers: New York, 1996.

Cannizzaro, S. Liebigs Annalen 1853, No. 88, 129.

Cannizzaro, S. Nuovo Cimento 1858, No. 7, 321.

张家治. 化学史教程, 太原: 山西教育出版社, 1987, 263.

[本文引用: 1]

Döbereiner, J.W. Pogg. Ann. Phys. Chem. 1829, No. 15, 301.

[本文引用: 1]

Collins P. M. D. Platinum Metals Rev. 1986, 30 (3), 141.

[本文引用: 1]

Gmelin, L. Gmelin's Handbuch der Anorganischen Chemie, 4th ed.; Verlag Chemie: Heidelberg, 1843, Vol 1.

[本文引用: 1]

Pettenkofer, M. J. V. Gelehrten Anzeiger 1850, No. 30, 261.

[本文引用: 1]

Gladstone, J. H. Phil. Mag. 1853, No. 5, 313.

[本文引用: 1]

Cooke, J. P. Am. J. Sci. 1854, No. 17, 387.

[本文引用: 1]

Kekulé F. A. Annalen der Chemie und Pharmacie 1857, 104 (2), 129.

[本文引用: 1]

Spronsen J.W. The Periodic System of Chemical Elements Elsevier: Amsterdam, 1969.

[本文引用: 1]

Dumas, J. B. Ann. Chim. Phys. 1859, No. 55, 129.

[本文引用: 1]

Chancourtois, A. E. B. Académie des. Sci. 1862, No. 54, 757.

[本文引用: 1]

Telluric, V. Classement naturel des Corps Simples ou Radicaux Obtenu au Moyen d'un Systeme de Classification Helicoidal etNumerique; Plates: Paris, 1863.

[本文引用: 1]

Odling, W. Phil. Mag. 1857, No. 13, 423.

[本文引用: 1]

Odling, W. Quarterly J. Sci. 1864, No. 1, 642.

[本文引用: 1]

Scerri E. The Periodic Table: A Very Short Introduction Oxford University Press: Oxford, 2011.

[本文引用: 1]

Meyer, L. J. Die Modernen Theorien der Chemie und ihre Bedeutung fur die Chemische Statik; Maruschke & Berendt: Breslau, 1864.

[本文引用: 1]

Meyer, L. J. Ann. Chem. 1870, No. 7, 354.

[本文引用: 1]

Meyer, L. J. Die Natur. der Chem. Pharmacie 1870, No. 7, 354.

[本文引用: 1]

Meyer, L. J. Ber. Deut. Chem. Ges. 1873, No. 6, 101.

[本文引用: 1]

Newlands, J. A. R. Chem. News 1864, No. 10, 94.

[本文引用: 1]

Newlands, J. A. R. Chem. News 1865, No. 12, 83.

[本文引用: 1]

Hinrichs, G. D. Programm der Atomechanik oder die Chemie eine Mechanik de Pantome; Augustus Hageboek: Iowa City, 1867.

[本文引用: 1]

Spronsen J.W. The Periodic System of Chemical Elements-A History of the First Hundred Years Elsevier: New York, 1969.

[本文引用: 1]

尾雅范. メンデレ-ユフの周期律先见.北海道大学书刊行会:札幌市, 1997.

[本文引用: 1]

Meyer, L. J. Ber. Deut. Chem. Ges. 1880, No. 13, 259.

[本文引用: 1]

Keдров, B. M. Oклассификации наук. Вопр. Филос; Izd-vo Nauka: Москова, 1955.

[本文引用: 1]

凯德洛夫, B. M.化学元素概念的演变.陈盈升,袁绍渊,译.北京:科学出版社, 1985.

Keдров, B. M. Денъ однговеликого открытия.Издательство соцально-экономической литературы; Izd-vo Nauka: Москова, 1958.

[本文引用: 1]

Keдров, B. M. Filosofiskii Analiz Pervykh Trudov D. I. Mendeleeva o Periodicheskom Zakone; Izd-vo Nauka: Москова, 1959.

[本文引用: 1]

札布罗茨基, Г.门捷列夫的世界观(纪念门捷列夫逝世50周年)(1907-1957年).张光楠,徐贤珊,译.上海:三联书店, 1959.

[本文引用: 3]

何法信. 曲阜师范大学学报, 1991, 17 (3), 100.

[本文引用: 1]

张明雯. 自然辩证法通讯, 1993, 15 (6), 15.

[本文引用: 1]

Mendeleev, D. I. The Principles of Chemistry; Longmans: London, 1871, 4th & 5th volume (part 2, chapters 9-23).

[本文引用: 3]

杨德荣. 科学技术论研究, 成都: 西南交通大学出版社, 2004.

[本文引用: 1]

盛根玉,吴敬华.华东师范大学学报(自然科学版), 1981, No. 1, 115.

[本文引用: 1]

林永康; 陈亦人. 台州师专学报, 1999, 21 (6), 82.

林永康.科学史译丛, 1982, No. 1, 28.

林永康.门捷列夫//周林.科学家论方法.呼和浩特:内蒙古人民出版社, 1983.

林永康.门捷列夫周期律的孕育和发现//朱新民,申先甲.中国兴起的潜科学.北京:光明日报出版社, 1986.

林永康.门捷列夫的化学哲学//唐敖庆,卢嘉锡,徐光宪.化学哲学基础.北京:科学出版社, 1985.

林永康.门捷列夫是怎样发现元素周期律的//钱时惕.重大科学发现个例研究.北京:科学出版社, 1987.

[本文引用: 1]

王克强. 技术发展的历史逐辑, 西安: 西安交通大学出版社, 1992.

[本文引用: 2]

Boisbaudran, P. E. L. Comptes rendus 1875, No. 81, 493.

[本文引用: 1]

Nilson, L. F. Comptes rendus 1879, No. 88, 642.

[本文引用: 1]

Winkler C. Ber. Deut. Chem. Ges. 1887, 19 (1), 210.

[本文引用: 1]

Goldwlrite H. J. Chem. Edu. 1979, 56 (1), 35.

[本文引用: 1]

韦克思, M. E.化学元素的发现.黄素封,译.北京:商务印书馆, 1965.

[本文引用: 1]

邢如萍; 成素梅. 科学技术哲学研究, 2010, 27 (2), 50.

[本文引用: 1]

Mendeleev, D. I. The Principles of Chemistry; Longmans: London, 1868, 1st volume (part 1, chapters 1-11).

[本文引用: 2]

Mendeleev, D. I. Russ. Khim. Obshch. 1869, No. 1, 60.

[本文引用: 1]

Mendeleev, D. I. Concerning the Atomic Volumes of Simple Bodies; Arb, II Kongr. Russ. Arzt. Naturf.: Kinderarzt, 1869.

[本文引用: 1]

Mendeleev, D. I. The Principles of Chemistry; Longmans: London, 1869, 2nd Volume (part 1, chapters 12-22).

[本文引用: 2]

Mendeleev, D. I. Bull. Acadé. Impér. Sci. de St. -Pétersbourg 1871, No. 16, 45.

[本文引用: 1]

Mendeleev, D. I. Russ. khim. Obshch. 1871, No. 3, 25.

Mendeleev, D. I. Ber. Deut. Chem. Ges. 1871, No. 4, 348.

Mendeleev, D. I. Ann. Chem. Pharmacie 1872, No. 8, 133.

[本文引用: 1]

Mendeleev, D. I. The Principles of Chemistry; Osnovy khimii: St. Petersburg, 1870, 3rd Volume (part 2, chapters 1-8).

[本文引用: 1]

Ramsay, W. Proc. Royal Soc. London 1894, No. 57, 265.

[本文引用: 1]

Thomson J. J. Phil. Mag. 1897, 44 (269), 293.

[本文引用: 1]

Rutherford, E. Nature 1913, No. 92, 423.

[本文引用: 1]

Chadwick J. Nature 1932, 129 (3252), 312.

[本文引用: 1]

Chadwick J. Phys. Engin. Sci. 1933, 142 (846), 1.

[本文引用: 1]

Geiger, H. Proc. Royal Soc. London 1910, No. 83, 492.

[本文引用: 1]

Rutherford E. Phil. Mag. 1911, 21 (4), 669.

[本文引用: 1]

Rutherford, E. Nature 1913, No. 92, 423.

[本文引用: 1]

Shampo, M. A.; Kyle, R. A. Mayo. Clinic. 1993, No. 68, 1176.

[本文引用: 1]

Mosely, H. G. J. Phil. Mag. 1913, No. 26, 1024.

[本文引用: 1]

Brauner, B. Chem. Ber. 1882, No. 15, 15.

[本文引用: 1]

Basset, H. Chem. News 1892, No. 65, 3.

[本文引用: 1]

Thomsen, J. Z. Anorg. Chem. 1895, No. 9, 190.

[本文引用: 1]

Retgers, J.W. Z. Phys. Chem. 1895, No. 16, 644.

[本文引用: 1]

Werner, A. Ber. 1905, No. 38, 914.

[本文引用: 1]

Bohr, N. Nature 1921, No. 107, 104.

[本文引用: 1]

Kramers, H. H. The Atom and the Bohr Theory of Its Structure; Gyldendal: London, 1923.

[本文引用: 1]

Planck, M. Ann. der. Physik. 1901, No. 4, 553.

[本文引用: 1]

Einstein A. Ann. der. Physik. 1905, 322 (6), 132.

[本文引用: 1]

Bohr, N. Phil. Mag. 1913, No. 26, 1.

[本文引用: 1]

Bohr, N. Phil. Mag. 1913, No. 26, 476.

Bohr, N. Phil. Mag. 1913, No. 26, 857.

[本文引用: 1]

Davisson, C. J.; Germer, L. H. Crystal Nat. 1927, No. 119, 556.

[本文引用: 1]

de Broglie, L. Nature 1923, No. 112, 540.

[本文引用: 1]

Schrödinger E. Phys. Rev. 1926, 28 (6), 1049.

[本文引用: 1]

Heisenberg, W. Zeitschrift Physik 1927, No. 43, 172.

[本文引用: 1]

Hund, F. Linienspektren und periodisches System der Elemente; Springer: Berlin, 1927.

[本文引用: 1]

Nobel Lecture. [2016-12-25]. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1945/pauli-lecture.pdf.

[本文引用: 1]

Slater, J. C. Phys. Rev. 1930, No. 36, 57.

[本文引用: 1]

徐光宪.化学学报, 1956, No. 22, 80.

[本文引用: 1]

Pauling L. The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals Cornell University press: New York, 1939.

[本文引用: 1]

Cotton, F. A.; Wilkinson, G. Basic Inorganic Chemistry; JohnWiley & Sons: New York, 1976.

[本文引用: 1]

Curtin, D.W. The Aesthetic Dimension of Science; Philosohical Library: New York, 1988.

[本文引用: 1]

Seaborg, G. T. Chem. Eng. News. 1945, No. 23, 2190.

[本文引用: 1]

武志富,黄亮,袁琳.化学世界, 2004, No. 1, 55.

[本文引用: 1]

王鹏; 唐陈. 大学化学, 2003, 18 (2), 28.

[本文引用: 1]

Seaborg, G. T.人造超铀元素.魏明通,译.台湾:中华书局, 1973.

[本文引用: 1]

Seaborg, G. T.原子能译丛, 1973, No. 10, 1.

Seaborg G. T. Contemp. Phys. 1987, 28 (1), 33.

KellerC.. 超铀元素化学, 北京: 原子能出版社, 1977.

戈尔丹斯基, B. N. ;波利卡诺夫, C. M.超铀元素.威正直,译.北京:科学出版社, 1984.

[本文引用: 1]

Scerri E. The Periodic Table: Its Story and Significance Oxford University Press: New York, 2007.

[本文引用: 1]

Clark, J. D. Science 1950, No. 111, 661.

[本文引用: 1]

Sanderson R. T. J. Chem. Edu. 1954, 31 (9), 481.

Mazurs E. G. Graphic Representations of the Periodic System During One Hundred Years University of Alabama Press: Tuscaloosa, 1955.

Alexander, R. Alexander Arrangement of Elements. U.S. Pat. 3, 581, 409, 1965.

Grigorovich, V. K. Periodic Law of Mendeleev and Electronic Structure of Metals; Nauka Publication: Moscow, 1966.

Edward, G. Mazurs Graphic Representations of the Periodic System During One Hundred Years, 2nd ed.; University of AlabamaPress: Tuscaloosa, 1974.

Clark, J. O. E. Chemistry; Hamlyn Publishing Group: Middlesex, 1982.

Manner A. T. The Divine Plot: Astrology, Reincarnation, Cosmology and History George Allen & Unwin: London, 1986.

Melinda, G. Periodic fractal of the elements. [2016-08-25]. http://superliminal.com/pfractal.htm.

Fernando, D. Tableau des éléments; Guérin Éd.: Chamonix, 1996.

[本文引用: 1]

武留法; 郑东荧. 许昌师专学报, 1992, 11 (4), 30.

[本文引用: 1]

郑东荧; 陈经明; 武留法. 许昌师专学报, 1994, 13 (3), 30.

武留法; 张银梅. 许昌师专学报, 1996, 15 (4), 30.

王进贤; 邢志良. 西北师范大学学报(自然科学版), 1999, 35 (3), 113.

周萍泽.科学天地, 1997, No. 11, 27.

邹少兰,周国芳.信息技术教育, 2000, No. 3, 56.

[本文引用: 1]

张经华; 袁绲; 刘清珺. 中国人的元素周期表, 北京: 化学工业出版社, 2010.

[本文引用: 1]

周公度; 叶宪曾; 吴念祖. 化学元素综论, 北京: 科学出版社, 2012.

[本文引用: 1]

Myers R. The Basics of Chemistry Greenwood Publishing Group: Westport, 2003.

[本文引用: 1]

Chang, R. Chemistry, 7th ed.; McGraw-Hil: New York, 2002.

[本文引用: 1]

Quam, G. N.; Quam, M. B. J. Chem. Edu. 1934, No. 11, 288.

[本文引用: 1]

Cronyn M.W. J. Chem. Edu. 2003, 80 (8), 947.

[本文引用: 1]

IUPAC Provisional Recommendations for the Nomenclature of Inorganic Chemistry. (2004-10-28) [2016-12-25]. http://www.iupac.org/reports/provisional/abstract04/connelly_310804.html.

[本文引用: 1]

Garmow, G.; Zeit. F. Phys. Rev. 1928, No. 51, 204.

[本文引用: 1]

Wheeler J. A. Phys. Rev. 1938, 53 (10), 778.

Bohr N. ; Wheeler J. A. Phys. Rev. 1939, 56 (5), 426.

[本文引用: 1]

Mayer M. G. Phys. Rev. 1948, 74 (3), 235.

[本文引用: 1]

Mayer M. G. Phys. Rev. 1950, 78 (1), 16.

Haxel O. J. ; Ensen J. H. D. Phys. Rev. 1949, 75 (11), 1766.

Marie, G.; Jensen, J. H. D. Elementary Theory of Nuclear Shell Structure; Wiley: New York, 1955.

[本文引用: 1]

Meldner, H. Ark. Fysjk. 1967, No. 36, 593.

[本文引用: 1]

Myers, S. D.; Swialeeki, W. J. Nucl. Phys. 1966, No. 81, 1.

[本文引用: 1]

Nilsson, S. G.; Nix, J. R.; Sobiczewski, A. Nucl. Phys. 1968, No. 115, 543.

[本文引用: 1]

Strutinski, V. M. Nucl. Phys. 1967, No. 95, 420.

[本文引用: 1]

Seaborg, G. T. J. Chem. Edu. 1969, No. 46, 626.

[本文引用: 2]

Burrows H. ; Weir R. ; Stohner J. Pure Appl.Chem. 1994, 66 (12), 2419.

[本文引用: 1]

Corish J. ; Rosenblatt G. M. Pure Appl. Chem. 2003, 75 (10), 1613.

[本文引用: 1]

Tatsumi K. ; Corish J. Pure Appl. Chem. 2010, 82 (3), 753.

[本文引用: 1]

Loss R. D. ; Corish J. Pure Appl. Chem. 2012, 84 (7), 1669.

秦芝; 范芳丽; 吴晓蕾. 化学进展, 2011, 23 (7), 1507.

高胜利; 杨奇; 李剑利; 范广; 李晓霞; 陈丽萍; 党学堂; 吴峥远. 解码化学元素周期, 北京: 科学出版社, 2013.

Karol P. J. ; Barber R. C. ; Sherrill B. M. ; Vardaci E. ; Yamazaki T. Pure Appl. Chem. 2016, 88 (1-2), 139.

Karol P. J. ; Barber R. C. ; Sherrill B. M. ; Vardaci E. ; Yamazaki T. Pure Appl. Chem. 2016, 88 (1-2), 155.

[本文引用: 1]

胡文祥. 武汉化工学院学报, 1992, 14 (2), 70.

[本文引用: 1]

胡文祥.防化学报, 1994, No. 2, 73.

[本文引用: 1]

Grumann, J.; Mosel, U.; Fink, B.; Greiner, W. Z. physik. 1969, No. 228, 371.

[本文引用: 1]

陈贺能.第119号元素.江苏科技报, 2011-04-21.

[本文引用: 1]

Morss, E.; Norman, M.; Fuger, J. The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements, 3rd ed.; Springer Science: Dordrecht, 2006.

[本文引用: 1]

Hoffman, D. C.; Lee, D. M.; Pershina, V. Transactinides and the Future Elements; Springer: Netherlands, 2006.

[本文引用: 1]

Lougheed R.W. ; Landrum J. H. ; Hulet E. K. Phys. Rev. C. 1985, 32 (5), 1760.

[本文引用: 2]

Elementymology & Elements Multidict. (2011-02-14) [2016-12-25]. http://elements.vanderkrogt.net/.

[本文引用: 1]

Schadel, M.; Bruchle, W.; Brugger, M. J. Less Common Metals. 1986, No. 122, 411.

[本文引用: 1]

The Race to Extend the Periodic Table Continues. (2012-05-12) [2016-12-25]. http://www.economist.com/node/21554502/comments.

[本文引用: 1]

Transuranium element (chemical element). (2010-03-16) [2016-12-25]. https://www.britannica.com/science/transuranium-element.

[本文引用: 1]

Emsley J. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements New Oxford University Press: New York, 2011, pp 593.

[本文引用: 1]

胡文祥.科学(Scientific American中文版), 1994, No. 9, 65.

[本文引用: 1]

高胜利; 陈三平; 谢钢. 化学元素周期表, 北京: 科学出版, 2006.

[本文引用: 1]

高胜利; 陈三平; 谢钢. 化学元素周期表, 第2版 北京: 科学出版社, 2007.

高胜利; 杨奇; 李剑利; 范广; 李晓霞; 陈丽萍; 党学堂; 吴峥远. 化学元素周期表, 第3版 北京: 科学出版社, 2012.

高胜利; 杨奇; 陈三平; 周春生. 化学元素周期表, 第4版 北京: 科学出版社, 2016.

[本文引用: 1]

/