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    根據(jù)周期律,把現(xiàn)在已知的105種元素,按照它們原子序數(shù)(核電荷數(shù))遞增順序依次排成一個長列,然后把這個長列分成若干部分,每一部分都是從最活動的金屬元素開始到惰性氣體為止.并把這些部分各稱為一個周期.然后再把各周期上下相迭,使不同周期內(nèi)性質(zhì)相似的各元素處于同一縱行就象上節(jié)中中我們對從鋰到氬所做的那樣.制成了元素周期表①,所以周期表實際上就是周期律的具體表現(xiàn)形式.

    元素周期表里所顯示出來的各種元素性質(zhì)遞變的規(guī)律,對指導學習化學有很大幫助,因此我們首先要熟悉一下這個

表的結(jié)構(gòu)。

    周期  元素周期表里在橫的方面共分7個部分,每個部。分是一個周期,所以一共有7個周期.所謂周期,就是按照原子序數(shù)遞增版序排列,從一種最活動的金屬開始(第一周期除外),到惰性氣體為止的一系列元素.這些元素具有相同的電子層數(shù).

①這個表的形式和所表示的元素性質(zhì)遞變規(guī)律,和1871年門捷列夫按當時已知的63種元素按原子量遞增順序所排列出來的,并沒有多少變動,只是增加了后來發(fā)現(xiàn)的一些元素。

    在周期表里,我們可以看到,每個周期里元素的數(shù)目并不相同.第一周期里只有氫和氮2個元素,第二和第三周周期里各有8個元素,這三個周期稱為短周期.第四和第五周期各有18個元素,第六周期有32個元素,第七周期到現(xiàn)在為止還只發(fā)現(xiàn)了19個元素.這四個周期都比較長,所以叫做長周期.其中第七周期還未成一個完整的周期,因此又叫做不完全周期、

    在短周期里,元素最外電子層里的電子數(shù)依次從1個遞增到8個(第一周期從1個到2個),比較簡單.在長周周期里,最外電子層里的電子數(shù),雖然也是逐步從1個遞增到8個,但元素的核外電子排布情況,就比較復雜,我們以第四周期為例來說明長周期里元素的電子排布,以及由此而引起的化合價變化的情況。

    第四周期開始的兩個元素鉀和鈣,電子增加在最外層里,從第3個元素鈧到第11個元素銅共9個元素,它們的電子般都增加在次外層里(個別例外),而從第12個元素鋅開始,電子重新又增加到最外電子層里,直到惰性氣體氪最外電子層達到8個電子.因此,這個周期里開始的兩個元素(鉀和鈣)和最后的6個元素(鎵起到氪止),它們最外電子層里電子數(shù)的變化和短周期的元素相似,也就是在最外電子層里,電子依次由1個遞增到8個.這樣比較復雜的電子排布,反映在各元素的化合價變化上的情況是:從鉀到錳的最高正化合價是1價增加到+7價,和短周期里各元素的正化合價的變化相同.但是,在短周期里,+7價元素的后面接著是一個零價元素(惰性氣體),而在這個長周期里,錳以后是三個性質(zhì)相似的元素:鐵、鈷、鎳.這三個元素和短周期里的任何元素都不相似.后后面的銅,化合價又驟然降到+1價,以后從銅的+1價開始,又依次增加到溴達到+7價.溴溴以后是惰性氣體氪,它

是這個周期的最后一個元素。

    第六周期里,從原子序數(shù)是57的元素鑭(La)起,到原子序數(shù)是71的元素镥(Lu)為止,共15個金屬元素,它們組成系元素.由于它們的性質(zhì)相似,在周期表里只能占一格位置,這樣,表內(nèi)格子中寫不下這許多元素,所以把鑭以后的14個元素排在表外。
    第七周期里,原子序數(shù)89的元素鋼(Ac)以后的14個元素彼此性質(zhì)極為相似似,稱為鋼系元素.我們也把以后的元素排在表外.
    族  元素周期表從縱的方面看,共有18個縱行,除了第八、第九、第十這三個縱行算作一族叫第Ⅷ族外,其他十五個縱行,每一個縱行叫做一族.族分兩種,一種叫主族,一種叫副族.通常把由短周期的元素和長周期的元素共同構(gòu)成的族,叫做主族;完全由長周期元素構(gòu)成的族,叫做副族.周期表靠左邊的兩個族和靠右邊的五個族是主族,分別用IA、IA、A、“表示.主族元素的最高價氧化物中元素的化合價等于該元素原子最外電子層上的電子數(shù)自第Ⅳ主族起起,元素的負化合價等于8減去該元素所屬的族數(shù)。
    最右邊一族是惰性元素,它們在通常情況下不起化學變化,化合價是零,因此稱為零族,周期表中間的部分是副族元素.自左至右分別以B、IVB……IB、B表示。
    在元素周期表里,每種元素一般都占一格.在每一格里,均標有元素符號、元素名稱、原子序數(shù)和原子量。

 元素周期表的終結(jié)

    一般我們可能直觀地認為，填滿元素周期表的應該是第118 號元素，但118 號元素OG 其實早在2006 年就被人工合成。而117 號元素的合成還要晚四年，是在2010 年由美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，橡樹嶺國家實驗室，和俄羅斯杜布納聯(lián)合核研究所的科學家們同時完成的門捷列夫的周期表，為許多當時未知的元素預留了位置。

    他告訴世人，元素周期表不僅僅是所有元素由輕到重的簡單羅列，我們還能依據(jù)它來預測各元素的物理性質(zhì)與化學性質(zhì)，門捷列夫之所以會產(chǎn)生如此天才的想法，是因為雖然當時發(fā)現(xiàn)的元素還不多，只有63 種。

     但將它們按原子質(zhì)量進行增序排列后，他注意到這些元素的某些屬性在排列中，呈現(xiàn)出了周期性的特點，那就是隨著原子序數(shù)的增大，各種元素的顏色、外觀與化學反應等屬性，都體現(xiàn)出了周期性變化。比如原子質(zhì)量為19 的氟，它可以與金屬發(fā)生劇烈的反應，而位于同一序列的原子質(zhì)量為35 的氯，以及原子質(zhì)量為80 的溴，也呈現(xiàn)出了類似的特點，同樣的原子質(zhì)量40 的鈣，與原子質(zhì)量137 的鋇都能在高溫下保持固態(tài)，等等這些。

     門捷列夫他將其稱之為“周期性原理”，并在此基礎(chǔ)上，將有著相似化學性質(zhì)的元素列在了同一列，同時留下了大片的空白，1875 年門捷列夫的預言首次獲得證實。法國化學家布瓦博德朗發(fā)現(xiàn)了鎵，填補了周期表中的第一個空格，之后在1879 年，人們發(fā)現(xiàn)了鈧，1886 年又發(fā)現(xiàn)了鍺，這些元素的發(fā)現(xiàn)，無一例外地證實了門捷列夫的預言。不過對于當時的人們來說元素為什么會呈現(xiàn)出這樣一種周期性規(guī)律，人們是并不清楚的，這個問題的解決，要得益于量子力學的出現(xiàn)。20 世紀初隨著量子力學的不斷發(fā)展，終于在1925 年，人們得出了關(guān)于元素周期表的解釋，那就是元素性質(zhì)的周期性，是原子核外各層電子的排布狀況所決定的。也就是說某個元素的化學性質(zhì)，并不取決于它的原子質(zhì)量，而是取決于原子最外層的電子數(shù)，而周期表上位于同一列的元素，也都有著相同的最外層電子數(shù)，按照這一規(guī)律，人們便得到了一張118 格的元素周期表。

     那么為什么是118 呢，為什么不是881 呢？為什么不是八萬呢?其實理論上可以存在無窮多的元素，但所有的計算結(jié)果都表明,擁有超過特定數(shù)目質(zhì)子的原子核是無法形成的，因為它們都太不穩(wěn)定，僅能存在極短的時間。當然了118 只是一種情況，不同的模型得出的臨界質(zhì)子數(shù)也不相同，有些模型中，可以存在的元素的最大序數(shù)是172 或是173，還有一些模型的結(jié)果是137，不過不管多少，人們的結(jié)論是相同的，那就是雖然理論上存在無窮多的元素，但當質(zhì)子數(shù)大到一定程度的時候，元素存在的時間極其短暫，即使在宇宙某些極端的環(huán)境中可以生成，但存在的時間也幾乎可以忽略不計。

    其實雖然我們說現(xiàn)在元素周期表已經(jīng)被填滿了，但核物理學家一直沒有放棄尋找更大元素的努力，比如119 號和120 號元素。由于元素中一些幻數(shù)的存在，一些超重元素可能具有較高的穩(wěn)定性，存在的時間可能達到幾分鐘甚至幾年，當然了這只是猜想。

    就在量子力學給出元素周期表確證的同一年，最后一個天然元素，75 號元素類錳，也就是錸，被德國化學家諾達克于錳鐵礦中發(fā)現(xiàn)，之后人類便走上了人工合成元素的漫漫長路，1940 年科學家，成功合成了第一個人造元素93 號元素镎，之后钚、镅等超鈾元素也都相繼被合成。

    元素周期表上就差一個位置虛位以待了，那么這個117 號元素為什么這么難呢，我們簡單看一下合成的過程，就知道這是怎樣的巨大難題，首先科學家對一份镅元素樣本，在美國橡樹嶺國家實驗室進行了18 個月的輻射。隨后這份具有高度放射性的锫被帶回德國美因茨，制成靶體后，又被送到了德國赫爾姆霍茨重離子研究中心在那里的加速器中接受鈣離子束的轟擊，在幾個月的狂轟濫炸后，科學家對樣本進行檢驗，在其中終于找到了117 號元素的痕跡，可見就這樣一點微不足道的收獲，正是實驗技術(shù)突破極限的成就。

    而同一時期，俄羅斯杜布納聯(lián)合原子核研究所，也成功完成了類似實驗，就這樣元素周期表被填滿了?？粗鴿M滿當當?shù)脑刂芷诒?，估計很多物理學家和核物理學家的心情是滿足的，以門捷列夫開端，到117 號元素的成功制造，人類終于完成了這場140 多年的接力賽，這期間多少人將畢生的心血都傾注其中。也有太多人甚至為此付出了寶貴的生命，同時隨著越來越重的元素被逐一發(fā)現(xiàn)，門捷列夫的天才設(shè)想，也一次次地被證實，但是瑕疵還是存在的，那就是一些重元素與周期性原理的預測并不完全吻合，周期性原理的可靠性遭到了挑戰(zhàn)，特別是對于一些超重元素來說，周期性原理甚至完全不適用，完全失去了意義。

    最后得到的元素性質(zhì)與周期性的預測完全不一樣，其實不只是這些人造的重元素與超重元素，一些較輕的天然元素也呈現(xiàn)了反常的狀態(tài)，比如第一副族中的金是黃色的，上面的銀卻是灰白色的，還比如汞，這哥們在常溫下呈現(xiàn)為液態(tài)，而其他所有金屬元素常溫下都是固態(tài)的，還有84 號元素釙的晶體結(jié)構(gòu)是立方體，而位于它上方的52 號元素碲，則有著六邊形的晶體結(jié)構(gòu)，那么我們該如何解釋這些反常現(xiàn)象呢?這就要用到相對論了,隨著原子序數(shù)的增加,原子核中質(zhì)子數(shù)上升,核電荷增強,這使得離原子核較近的電子獲得了更高的運動速度,按照這個趨勢,當原子核中質(zhì)子達到100 左右時,電子的運動速度將變得極大,以致產(chǎn)生顯著的相對論效應,由于質(zhì)能轉(zhuǎn)換,如此一來元素的質(zhì)量也隨之增大,又反過來影響到原子內(nèi)電子的排布以及它們的運動軌跡,比如說在上世界90 年代科學家就發(fā)現(xiàn)，104 號元素钅盧，在溶液狀態(tài)下竟然能像钚一樣反應，要知道這哥倆在周期表中可是相隔了10 個縱列，另外105 號元素钅杜，甚至與相隔14 列的91 號元素鏷，有著相似的化學性質(zhì)，還有雖然106 號元素钅喜的化學性質(zhì)，與周期表的預測相吻合，但它的性質(zhì)卻與同族中的相鄰元素鉬和鎢，有著較大的差異，像上面這些例子還有很多，我們就不一一列舉了。

    可見元素周期表到了后面部分，我們就無法根據(jù)周期性原理，僅僅通過同族元素的化學性質(zhì)來推測其他元素的屬性，不過我們還要了解的是，超重原子核領(lǐng)域的研究其實還處于剛剛起步的狀態(tài)，還有很多未解之謎需要去破解，就比如114 號元素鈇，它就要比理論預言擁有更顯著的相對論效應。

    但毋庸置疑的是，對于超重元素來說，我們已經(jīng)無法從它們在元素周期表中的位置，來準確預測其化學性質(zhì)了。所以說到現(xiàn)在為止，元素周期表已經(jīng)失去了預測功能，它被填滿了，當然了填滿了并不等于被掏空了，就像牛頓萬有引力定律一樣，任何事物都有其歷史屬性，存在于一定的歷史范疇之中，甚至是地心說這樣的，我們現(xiàn)在看來荒誕不經(jīng)的理論，也在歷史上發(fā)揮了巨大的作用。這些貢獻我們都不能抹殺，至于元素周期表失效的事實，也早在所有人的預料之中，這就是科學的發(fā)展，也是人類的進步，況且元素周期表還并沒有被取代，它根據(jù)核外電子排布狀況對元素化學性質(zhì)進行分類的方式，對我們?nèi)匀挥兄薮蟮囊饬x，仍然是最基本的化學元素分類法。門捷列夫的宏偉構(gòu)想走到了盡頭，但化學的發(fā)展卻依然消無聲息地日新月異。

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