元素分类 | 现代元素周期表

我们周围的物质由称为元素的が基本单位构成。在1800年左右，只知道31种元素。后来随着技术的进步，又发现了63种元素。因此，随着元素的数量增加，出现了周期性地对元素进行分类的必要性。

目前，总共有118种元素，其中93种元素是自然界存在的，其余是在实验室中创造的。如果没有建立它们之间的性质关系，单独研究这些元素是困难的。因此，这些元素根据其性质的相似性和差异性以及周期性，被组织或分类到不同的类别或组中。

在元素分类中，元素被排列成称为周期的组，因此这种分类系统被称为元素的周期性分类。

元素分类的历史

过去，许多科学家试图对元素进行分类，并提出了不同的理论，其中一些如下所述。

杜布雷纳的二元组： 当杜布雷纳提出他的元素分类理论时，已知大约有33种元素。他将元素分组为三个一组，即二元组，使得中间元素的原子量是另外两个元素的算术平均值。然而，他的理论并未被接受，因为根据他算术平均数的逻辑，只能将9种元素安排或分类为二元组。当按二元组排列时，其他可用元素并不遵循他的逻辑。

纽兰兹的八音符： 1864年，纽兰兹提出了他的理论来对当时存在的元素总数进行分类。它也被称为八音符定律。在他的分类中，他按照原子质量递增的顺序排列元素，发现一系列元素中的每第八个元素在许多方面与第一个元素相似。纽兰兹的理论就像音乐中的八音符，其中每第八个音符与第一个音符相同。因此，这个理论被称为纽兰兹的八音符定律。

门捷列夫定律： 1869年，俄罗斯化学家门捷列夫提出了一种系统性的元素分类方法。他的分类系统简单有效，为目前使用的现代元素周期性分类奠定了基础。

在门捷列夫的时代，只发现了63种元素。他根据元素的物理和化学性质对元素进行了分类或排列。他将当时发现的63种元素一一与氢和氧反应，并将它们的物理和化学性质记录在不同的卡片上。

在对元素进行反应并在卡片上记录其性质后，他按照原子质量递增的顺序将卡片张贴在墙上。将卡片排列成表格后，表格中留下了一些空白。门捷列夫认为这些空白表明存在尚未发现的元素，因此他说这些空白将被尚未发现的元素占据。他还根据他表格中元素的排列，提前预测了这些元素的性质。他的预测被证明是正确的，因为当这些缺失的元素被发现时，它们的性质几乎与门捷列夫预测的相似。

此外，他还发现，在系统地排列元素后，元素会以一定的间隔重复其物理和化学性质。基于他的发现和观察，门捷列夫提出了一项定律，他称之为周期性定律，该定律指出元素的性质是其原子质量的周期性函数，这意味着当元素按照原子质量递增的顺序排列时，它们的性质会在规则的间隔内重复。因此，根据门捷列夫定律，当元素按照质量递增的顺序排列时，它们应该在规则的间隔内显示出物理和化学性质的相似性。

尽管门捷列夫的元素周期表定义明确，但随着各种新元素的发现，他的表格随着时间的推移发现了一些局限性。根据门捷列夫的周期性定律，新发现的元素无法在他的元素周期表中排列。

门捷列夫元素周期表的局限性

i) 氢元素的位置： 氢在他的表格中的位置不可接受，因为氢的某些性质与碱金属相似，而另一些性质与卤素相似。

ii) 同位素的位置： 同位素的位置也不准确。同位素是相同元素的原子，它们具有相同的原子序数，但原子质量不同。门捷列夫的表格是基于原子质量递增的顺序，但他为具有不同原子质量的同位素分配了相同的位置，而不是将它们放在不同的位置。例如，氢的同位素在他的表格中占据相同的位置。

iii) 反常对的存在： 有些元素没有按照原子质量递增的顺序排列。例如，某些元素对中，原子质量较大的元素位于原子质量较小的元素之前，例如原子质量为40的氩（Ar）位于原子质量为39的钾（K）之前。同样，在他的表格中，原子质量为60的钴（Co）位于原子质量为59的镍（Ni）之前。

门捷列夫元素周期表的成就

• 他的元素周期表允许系统地研究元素。
• 他在表格中为未发现的元素留下了空白。两个相邻元素之间原子质量的巨大差异使他认为在两个元素之间应该存在一些尚未发现的元素。他预测了三个尚未发现的元素，这些元素后来确实被发现了。他将这些预测的元素命名为Eka-boron（现在称为钪），Eka-aluminium（现在称为镓），以及Eka-Silicon（现在称为锗）。
• 在惰性气体发现后，可以在不干扰门捷列夫元素周期表中现有元素排列的情况下，为它们分配一个新的组。

后来，在19世纪初，一位名叫亨利·莫斯利的英国物理学家说，如果将元素按照原子序数递增的顺序排列，而不是原子质量，它们就会表现出周期性。他认为元素的特性基于它们的原子序数，而不是它们的原子质量。

他的信念催生了一种研究元素周期性新方法，即现代周期性定律。根据现代周期性定律，元素的性质是原子序数的周期性函数，而不是原子质量，这意味着当元素按照原子序数递增的顺序排列时，元素的性质会周期性地出现或周期性地重复。这种方法可以更精确地预测未发现元素的性质，并有助于将新发现的元素正确地放置在元素周期表中。

因此，基于莫斯利的发现，门捷列夫的周期性定律被修改，并使用原子序数来构建现代元素周期表。现代周期性定律被广泛接受，这就是我们今天使用的现代元素周期表基于现代周期性定律的原因。

现代元素周期表的结构

现代元素周期表包含118种元素。它分为四个区域，包括S区、P区、D区和F区。这些区域包含七个水平排列的元素行，称为周期，以及18个垂直排列的元素列，称为族。第1和第2族位于S区，第13到18族位于P区，其余的第3到12族位于现代元素周期表的d区。

元素在现代元素周期表中根据其原子序数排列，因此，现代元素周期表中的第一个框包含原子序数为1的元素，即氢，同样，第二个框包含原子序数为2的氦，第三个框包含原子序数为3的锂（Li），依此类推。

此外，从原子序数为57的元素到原子序数为71的元素被放置在F区的上行系列中。这个系列称为镧系，因为它以原子序数为57的镧元素（化学符号La）开始。f区下方较低或底部的行由原子序数为89的元素到原子序数为102的元素组成。这个行或系列称为锕系，因为它的第一个元素是原子序数为89的锕（Actinium）。因此，f区包含镧系和锕系。

d区中的元素称为过渡元素，因为它们表现出s区和p区元素之间的过渡行为。它们的性质是金属元素（s区，离子性且高活性）和d区元素（共价性）之间的过渡（介于两者之间）。此外，f区元素被称为内过渡元素。

元素周期表还包含金属oid（类金属），它们在元素周期表中形成一条锯齿线。 类金属的性质介于金属和非金属之间，或者我们可以说它们的一些性质与金属共有，一些与非金属共有。由类金属组成的锯齿线将金属和非金属分开。因此，锯齿线的左侧是金属，右侧是非金属。所以，简而言之，元素周期表的S、D和F区包含金属，而p区包含非金属和类金属。

元素周期表的第一族包含碱金属，第二族包含碱土金属。第18族包含惰性气体。

现代元素周期表的特征

• 元素按照原子序数递增的顺序排列。
• 有七行水平排列的元素，称为7个周期，以及18列垂直排列的元素，称为族。因此，现代元素周期表中有18个族，编号从1到18。
• 组中元素的原子序数存在确定差异，分别为8、8、18、18和32。
• 元素在周期中的排列基于其原子能量壳层的数量。
• 第一周期是最短的周期，因为它只包含两种元素：氢（H）和氦（He）。
• 第六周期是现代元素周期表中周期最长的。
• 第七周期尚未完成。
• 属于1、2、13、14、15、16和17族的元素被称为代表性元素或普通元素。
• 第3至12族的元素被称为过渡元素。
• 惰性气体或稀有气体位于第18族。
• f区包含两个元素系列：镧系和锕系。这些系列或f区的元素被称为稀土元素或内过渡元素。
• 第1族的元素称为碱金属；第2族的元素称为碱土金属；第16族的元素称为硫属元素；第17族的元素称为卤素；第18族的元素称为惰性气体。
• 当我们向下移动一个族时，壳层数量会增加。例如，在第一族中，氢（H）有一个壳层，锂（Li）有两个壳层，钠（Na）有三个壳层，依此类推。然而，当我们向下移动一个族时，所有元素最外层（价层）的价电子数保持不变。
• 当我们从左到右在一个周期中移动时，元素价层（最外层）中的价电子数会随着每一步增加一个。