元素周期表的发展

本页只讲一条中四内容标准：元素周期表的发展。这是一个篇幅不长却很常考的课题，因为科学家如何一步步建起周期表，正好解释了现代周期表为何这样排列。

按顺序掌握几项关键贡献，你就能回答「谁做了什么」的题，也能回答考官爱问的「为什么按质子数而不是原子质量」的题。

化学家为何需要一张周期表

到了十九世纪初，化学家已发现许多元素，却没有一套有条理的方式去排列它们。好的分类会把性质相似的元素归在一起，这样只要知道一种元素的性质，就能预测它邻居的性质。

周期表正是许多科学家在彼此的想法上逐步改进、直到得出一套可靠又能预测的排列的成果。

几项关键贡献

你应能按顺序说出每位科学家的贡献：

• **拉瓦锡（Antoine Lavoisier）**编制了最早的已知元素清单之一，把它们粗略分为金属与非金属。这是有用的开端，却太粗略，看不出任何重复的规律。
• 德贝赖纳（Johann Döbereiner）注意到某些元素会以三个一组、性质相似的方式出现，他称之为三元组（triad）。在锂、钠、钾这样的三元组里，中间那个元素的相对原子质量大约是另外两个的平均。这是性质与原子质量相关的第一个提示。
• 纽兰兹（John Newlands）把已知元素按原子质量递增排列，发现每隔第八个元素性质就相似，像音阶上的音符一样。他称之为八音律（Law of Octaves）。它对较轻的元素有效，对较重的却失灵，所以当时未被完全接受。
• 门捷列夫（Dmitri Mendeleev）在 1869 年编制出第一张被广泛接受的周期表。他按原子质量递增排列元素，却把性质相似的元素放进同一个纵列。关键是，他为尚未发现的元素留下空位，甚至预测了它们的性质。当镓、锗等元素后来被发现、并与他的预测吻合时，他的周期表就被接受了。
• 莫塞莱（Henry Moseley）后来证明，正确的排序依据是质子数（原子序数），而不是原子质量。按质子数递增排列，消除了门捷列夫周期表里少数几处反常。

现代周期表如何排列

现代周期表按质子数递增排列。由于中性原子里电子数等于质子数，这种排列使价电子数相同的元素排在同一个纵向的族里，因此它们化学性质相似。

这正是为什么按质子数排列远比按原子质量排列更合理：它反映了电子排布，而电子排布才是真正决定化学行为的东西。门捷列夫的洞见，按性质归类，是对的；莫塞莱补上了那个使归类变得精确的性质。

例题

题目。 在现代周期表里，氩（相对原子质量 39.9）排在钾（相对原子质量 39.1）之前。

请解释为什么这个顺序是对的，即使氩的原子质量较大。

第一步，认出排序规则。 现代周期表按质子数递增排列，而不是按原子质量递增。

第二步，比较质子数。 氩的质子数是 18，钾的质子数是 19。

所以按质子数，氩（18）必须排在钾（19）之前。

第三步，对照性质核对。 氩是不活泼的第 18 族稀有气体，钾是很活泼的第 1 族金属。

把氩放在第 18 族、钾放在第 1 族，正好与它们的性质相符，证实按质子数排列是对的。

答案。 氩排在钾之前，是因为现代周期表按质子数递增排列（Ar = 18，K = 19），而这个顺序也把每个元素放进与其化学性质相符的族里。

练习题

题目。 (a) 说出门捷列夫用来排列周期表的性质。

(b) 说出用来排列现代周期表的性质。(c) 给出门捷列夫在表中留下空位的一个理由。

答案。 (a) 递增的原子质量（并把性质相似的元素放进同一纵列）。(b) 递增的质子数（原子序数）。(c) 他为尚未发现的元素留下空位，并预测其性质，好让这些元素被发现时能被辨认出来。

考试提示

考官常要你把某位科学家与他所贡献的具体想法配对，所以要把这些配对记准：德贝赖纳，三元组、纽兰兹，八音律、门捷列夫，空位与预测、莫塞莱，质子数。最常见的高分题是为什么现代周期表用质子数而不是原子质量，完整答案是：质子数把元素排成使价电子数相同者落入同一族，并消除按原子质量排列时出现的反常（如氩，钾这一对）。

回答时一定要提到电子排布，因为那正是评分方案所看重的推理。

本节定位

本条标准为**元素周期表一章开篇，为随后的一切铺路：一旦你接受元素按质子数排列，族与周期的观念，以及第 1 族、第 17 族与第 18 族的行为，都会自然地跟着出来。请用复习笔记复习这条时间线，用例题**操练推理题。

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快速回顾

• 德贝赖纳把元素归入三元组；纽兰兹提出八音律。
• 门捷列夫按原子质量递增排列、按性质归类，并留下带预测的空位。
• 莫塞莱按质子数递增排列，现代周期表沿用至今。
• 按质子数排列之所以有效，是因为它把价电子数相同的元素排进同一族。