化學元素週期表好難背?先從認識他的歷史開始吧!

Snapask小幫手
11 May 2022

老師簡介⬇️⬇️⬇️
李詠老師曾就讀台大電子工程研究所,編寫知名出版社國中會考自然科講義,並於去年110年度負責學測、會考與指考的自然科考後解題記者會受訪教師。擁有豐富教學經驗的他,以觀念講解重點式方式授課,精實的授課方式讓同學可以輕鬆掌握化學基礎觀念,搭配課程例題講解與日常應用的案例補充,讓同學能奠定良好的化學知識基礎!
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各位同學在國、高中的求學過程中,絕對會接觸到一本自然科學的字典,那就是我們的週期表。而絕大部份同學所知道的範圍即為門得列夫提出第一版週期表,莫色勒發現原子序後改良成現代版本的週期表,但真的這麼的簡單嗎?讓老師跟你們說說週期表的成長史吧!
一開始只有五元素...?
在最早的時期的人們會對原子有興趣,起源於科學家提出的四元素或五元素說(火、風、水、地),或是中國的五行學說(金、木、水、火、土),而再往後道耳頓提出的原子說,更是啟發了大家對各種原子的奧祕,也開始探索各種不同的元素,進而提出對元素的各種不同的歸納與整理。
我們稱這個時期為元素啟發期。接下來是元素幼年期,包含三元群、碲螺旋、八音律三種週期表分法,此時的週期表還不足以稱為表,而是將當下所發現的元素提出一些分類的規則。
三元群為德國化學家德貝萊納提出,他發現性質相似的物質,中間元素的原子量會約等於前一個與後一個元素的原子量之平均值,又稱為三元素組,如:Li、Na、K; Cl、Br、I等組合。
圖片取自約翰·沃爾夫岡·德貝萊納 - 維基百科(https://bit.ly/38aQc3y)
接下來於1862年,法國的化學家尚古多提出了一個簡單的螺旋圖,繪製於周長為16個單位的圓柱上,並將原子量最小的氫排在最高的位子,並且開始按照原子量填入元素,相似的元素會在同一垂直的位置,因碲元素會位於螺旋的中間,故又稱為碲螺旋,而尚古多也是第一個提出按原子量排列元素的科學家。
圖片取自Chancourtois-維基百科(https://bit.ly/38cObE1)
接下來的科學家為紐蘭多,於此時期中最特別的科學家,他提出了以化學性質排列週期表,發現每隔7個元素後元素會有相似的週期性,像是音階一樣,故稱作為八音律法。當時的人們不以為然(覺得原子量就是一切),但其實這對後來的週期表有莫大的影響,畢竟現代週期表同族元素,會有相似化學性質啊!
圖片取自約翰·紐蘭茲 - 維基百科(https://bit.ly/3FtJyS9)
門得列夫駕到!元素表終於成形
再來就要談到大家熟知的,門得列夫時期,也就是元素成長期。
門得列夫於1869年,發表一篇於<化學期刊>的論文,內容就包含一張週期表,上面有按照原子量排列的67個元素,其中4個為當時未知的元素,但門得列夫預測其存在,而後來也有3個被陸續發現(鈧(45)、鎵(68)、鍺(70))。
此份週期表算是門得列夫的成名作,當時的人們也推崇這份週期表,雖然還是有許多無法解釋清楚的地方,但他無疑的提出了一份廣為流傳的週期表,讓週期表這個東西能夠被世人所理解甚至產生好奇心。
圖片取自德米特里·門得列夫 - 維基百科(https://bit.ly/3FtO6b0)
辣個完成元素表的男人——莫色勒
在談莫色勒、以及他代表的元素成熟期前,先跟大家說一個祕密——莫色勒根本就沒有提出週期表!他提出的是所有金屬原子遭陰極射線撞擊後,其放出的X射線頻率平方根與週期表的原子序成比例,稱為莫色勒定律。故每一個元素皆應該有一個像身分證字號般的原子序(當時還沒有發現質子)。
但當他提出這偉大觀念後,他卻毅然決然的踏上軍途,參與當時的一站,最終也遭狙擊手射中,站死沙場。當時的英國政府甚至因為莫色勒的英年早逝,修改法規,讓科學家們不得踏上戰場從軍,以免影響科學的發展(怎麼有一種替代役的既視感)。
圖片取自亨利·莫斯利 - 維基百科(https://bit.ly/38iynPN)
元素週期表終於誕生啦🎉
最後,後人就根據莫色勒提出的原子序,以及原子結構的解密,包括發現電子與其排列方式、質子與原子序的關係、波耳的氫原子模型等等,得知質子數即為原子序,可排列元素順序,並且每週期的元素數量是根據電子的量子數(n、l、ml、ms)去做定義,最後修正成現今完整的週期表。
同學們可以發現,週期表能發展自今,最大的原因是什麼?不是任何儀器、不是任何一個人的功勞、而是與大眾的「好奇心」有關,老師在讀書的時候113號元素甚至都還沒被提出,但現今前7週期、118個元素皆已被完整提出,便是人們對元素及週期表的好奇心使然。
圖片取自於Ptable網站
希望同學看完週期表一生後,也可以對週期表上元素充滿好奇感,究竟這118個元素怎麼組成我們的世界的呢?如果覺得整個週期表太大了,不妨先從前5週期的元素挑選一個自己喜歡的元素,做一些深入的探討,尋找每個元素有趣的一面,而當你喜歡上這個元素的同時,也希望你就會喜歡上這充滿元素奧祕的世界哦!
老師也會在之後的文章中與各位討論各個元素的奧妙,搞不好就選中各位同學最喜愛的那個元素,大家敬請期待!
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