所有原子的中心都有原子核,電子圍繞原子核運(yùn)行。原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成,每個質(zhì)子帶一個單位的正電荷,中子不帶電。而每個電子各帶一個單位的負(fù)電荷。原子本身呈電中性,所以質(zhì)子帶的正電荷總數(shù)與電子帶的負(fù)電荷總數(shù)相等。
原子核的質(zhì)子數(shù)量就是所謂的“原子序數(shù)”。元素周期表就是按原子序數(shù)從小到大、從左到右排列的。排第一的是有1個質(zhì)子的氫,排第二的是有2個質(zhì)子的氦,排第三的是有3個質(zhì)子的鋰……如此這般。
當(dāng)然,圍繞原子核運(yùn)行的電子數(shù)量也與原子序數(shù)相等。換言之,原子擁有的電子數(shù)量是按原子序數(shù)遞增的。將這些元素放進(jìn)周期表,外圍軌道的電子狀態(tài)相似的元素就會排成一列。
一八六九年,俄國科學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素存在相似的周期性。他根據(jù)變化規(guī)律,將元素歸納成一張表——元素周期表就此誕生。當(dāng)時人們還不了解原子的結(jié)構(gòu),所以歸納出這樣一張能體現(xiàn)出元素間關(guān)聯(lián)的一覽表,是一件具有里程碑意義的大事。
一覽表還有什么好處呢?有了它,我們就能預(yù)言未知的元素。門捷列夫在元素周期表中為尚未發(fā)現(xiàn)的元素空出位置,并對這些元素的特征進(jìn)行預(yù)測,還給它們起了“暫用名”。
比如,他將位于鋁(Al)正下方的元素命名為“類鋁”,將硅(Si)正下方的元素命名為“類硅”。
一八七五年,法國化學(xué)家德?布瓦博德朗從鋅的硫化礦物中提取出了鎵(Ga)。根據(jù)它的性質(zhì),可知它就是周期表中的“類鋁”。
一八八六年,德國化學(xué)家C·溫克勒從硫銀鍺礦中成功分離出了鍺(Ge)。人們意識到,那就是門捷列夫預(yù)言的“類硅”。
新元素一個接一個被人們發(fā)現(xiàn),填補(bǔ)了元素周期表中的空白。而這些新發(fā)現(xiàn)的元素與門捷列夫的預(yù)言不謀而合。這也從側(cè)面證實了周期表的正確性,于是這張表格一躍成為化學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。門捷列夫的智慧著實令人欽佩。
但我覺得現(xiàn)今的學(xué)校教育太側(cè)重于歷史知識。我們固然要向門捷列夫致敬,可是為了讓學(xué)生感受到周期表的魅力,老師得為他們打一些量子化學(xué)的基礎(chǔ)。因為周期表能在不使用算式的情況下,表現(xiàn)出量子化學(xué)的結(jié)論。