第19章 化學大發現(2)(3 / 3)

門捷列夫先後預言了15種以上的未知元素,後來基本上都為實踐所證實了。

考驗與發展

隨著門捷列夫所預言的元素一個個被證實,元素周期律得到全世界的普遍承認,成為指導人們進行化學研究的重要的理論。

在門捷列夫元素周期律發現之前,許多元素的發現帶有很大的偶然性。例如碘就是庫多瓦一次在海藻灰的母液中不小心加多了硫酸,結果突然升起了一股紫色的蒸氣,於是歪打正著被發現。

有了元素周期表作參考,人們不必再大海撈針般地尋找新元素了,可以知道大概還有什麼樣的新元素沒有被發現,這些元素的性質大概是怎麼樣的,應該用什麼方法到哪裏去尋找。元素周期表上的空白點一個一個被人們消滅了。

但是,就在1874年,門捷列夫元素周期律經受了一次幾乎使之動搖的嚴重考驗。

英國科學家瑞利發現從空氣中除去氧、二氧化碳、水蒸汽後得到的氮和從化合物中得到的氮比重不一樣。在化學家拉姆齊的幫助下,他發現了一種新元素氬。為研究氬的性質,拉姆齊把釔鈾礦與硫酸一起加熱,第一次在地球上得到了原先用光譜法發現的在太陽上才有的元素氦。

氬和氦的性質和過去人們發現的元素都不相同,它們好像頑固的單身漢一樣,無論酸、堿、通電、加熱,都不能讓它們和任何物質起反應。在周期表中,哪一族也都無法安插它們,如果非要把它們插進已經排得滿滿的各族中,就會打破元素性質的周期性變化。

莫非是元素周期律錯了嗎?為了打破這種尷尬的局麵,於是有的人就論證氬不是什麼新元素,而是氮的變種。

拉姆齊不讚同這些看法,他相信元素周期律是一個普遍的規律。他認為,根據元素周期律,應該還有幾種類似氬和氦的元素存在,它們可以組成性質類似的族,整個地加入元素周期表。

拉姆齊像門捷列夫那樣,也盡可能寫下了這些元素的性質,並預見它們的各種關係,與助手一起,開始了尋找新元素的工作。

1898年,他在分餾液態空氣時,終於找到了三個新的稀有元素:氖、氪、氙,它們同氬和氦一樣,都是性質不活潑的惰性氣體。於是,這5種性質相似的元素組成了一個新的族,集體加入了元素周期表。門捷列夫及另外一些科學家建議這個族叫零族。

元素周期律又一次經受住了實踐的考驗。

隨著科學技術的發展,今天,人們對元素周期律已經有了更深刻的認識。

元素的性質為什麼會隨著原子量的變化而呈現周期性的變化呢?即使當年門捷列夫對這個問題也回答不出來。現在人們已經搞清楚了。

原來,原子還不是物質不能再分的最小微粒。原子是由帶正電的原子核和核外帶負電的電子組成的。電子圍繞著原子核運動著。

原子核也不是不可分化的,它是由質子和中子組成的,質子帶一個正電荷,中子是不帶電的中性粒子。

氫是第一號元素,它的原子核中有一個質子,氦是2號元素,它的原子核中有兩個質子……鈾是第92號元素,它的原子核中有92個質子……也就是說,某種元素原子核中的質子數,就等於它在周期表上的房間號數,這就是原子序數。

元素的原子核中有多少個質子,核外就有多少個電子。元素的性質所以會呈周期性的變化,就是由原子核的結構,特別是核外電子的排布決定的。同一族元素,最外層電子殼上的電子數是相同的,因而他們的化學性質相似。

於是,元素周期率的敘述由元素的性質是原子量的周期函數改為元素的性質是原子序數的周期函數。

有了對元素周期律的新認識,許多原來不能解釋的現象可以解釋了。門捷列夫在元素周期表中把鈷和鎳、碲和碘的位置顛倒了,他以為是它們的原子量測得不準,可是卻一直找不出錯來。現在真相大白了,原來按照原子序數的順序,它們正好該如此排列。

門捷列夫發現元素周期律,是化學史上一個重要的裏程碑。他把幾百年來大量的化學知識係統化起來了,形成了一個有內在聯係的統一的體係,並上升為理論,大大推動了化學的發展。

今天,盡管元素周期律被賦予了新的意義,盡管元素及它們的化合物的性質用元素周期律已不能完全概括,但元素周期律對研究和應用化學依然有著重要的指導意義,它仍然是我們認識世界、改造世界的重要階梯。

物理化學的開創