元素周期表的发现及发展史

研究性学习元素周期表的发展和演变研究领域：历史，化学指导老师：付君梅课题成员：王璨（组长）陈思冲陶俊宏陈赐李宜瑾冯国忠课题班级：新疆师范大学附属中学高二（4）班日期：2012年9月新疆师范大学附属中学高二4班元素周期表的发展和演变研究性学习课题小组-2-第一部分：前言课题背景：学习化学有整整两年了，作为学习化学时刻需要的工具——元素周期表对我们的学习作用非常的大，为此，我们准备借研究性学习之机，研究元素周期表的发展历史和几个世纪以来的演变过程。课题目的和意义：通过此活动，使同学们能够进一步了解元素周期表的历史和用途，并对同学们日后的化学学习起到帮助（本次研究注重元素周期表发展的历史，在元素周期表的性质上并不做重点）。课题内容：通过研究等多种方式了解化学元素周期表的发展历史和发现元素周期表的人物，使用大量图片向同学们展示元素周期表的各种形式图，并知道一些元素的用途和作用。课题研究方法：1、到学校、家里、市区图书馆或网上搜索所需资料；2、整理资料；3、分组汇报、交流、讨论、教师指导；4、学生进行总结。人员安排：王璨组织、撰写探究实践报告和负责其它工作；冯国忠，陈思冲负责查找资料；陈赐，李宜瑾负责收集、整理、筛选所需资料；陶俊宏负责多媒体制作。时间安排：2012年8月上旬进行书面报告，8月中旬至9月上旬进行小组探究。新疆师范大学附属中学高二4班元素周期表的发展和演变研究性学习课题小组-3-预期成果：了解元素周期表的历史、发展过程和它的发现者。在化学学习中能够有一些帮助。表达形式：以文字，图片为主，音像资料为辅。摘要：◆诞生：1869年，俄国化学家门捷列夫编制出第一张元素周期表◆依据：按照相对原子质量由小到大排列，将化学性质相似的元素放在同一纵行◆意义：揭示了化学元素之间的内在联系，成为化学发展史上的重要里程碑之一◆发展：随着科学的发展，元素周期表中未知元素留下的空位先后被填满。◆成熟：当原子结构的奥秘被发现时，编排依据由相对原子质量改为原子的核电荷数，形成现行的元素周期表关键词：诞生化学性质里程碑发展相对原子质量-----摘自《百度》百科新疆师范大学附属中学高二4班元素周期表的发展和演变研究性学习课题小组-4-第二部分：对元素周期表的认识一、元素周期表的发现者1.贝莱那1829年，德国的化学家贝莱纳首先敏锐地察觉到已知元素所表露的这种内在关系的端倪：某三种化学性质相近的元素，如氯，溴，碘，不仅在颜色、化学活性等方面可以看出有定性规律变化，而且其原子量之间也有一定理的关系，即：中间元素的原子量为另两种元素原子量的算术平均值。这种情况，他一共找到了五组，他将其称之为三元素族,即:锂3钠11钾19钙20锶88钡137氯17溴35碘127硫16硒79碲128锰55铬52铁562.门捷列夫德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫生于一八三四年二月七日俄国西伯利亚的托波尔斯克市。这个时代，正是欧洲资本主义迅速发展时期。生产的飞速发展，不断地对科学技术提出新的要求。化学也同其它科学一样，取得了惊人的进展。门捷列夫正是在这样一个时代，诞生到人间。门捷列夫从小就热爱劳动，热爱学习。他认为只有劳动，才能使人们得到快乐、美满的生活。只有学习，才能使人变得聪明。他不分昼夜地研究着，探求元素的化学特性和它们的一般的原子特性，然后将每个元素记在一张小纸卡上。他企图在元素全部的复杂的特性里，捕捉元素的共同性。但他的研究，一次又一次地失败了。可他不屈服，不灰心，坚持干下去。在一八六九年二月十九日，他终于发现了元素周期律。他的周期律说明：简单物体的性质，以及元素化合物的形式和性质，都和元素原子量的大小有周期性的依赖关系。门捷列夫在排列元素表的过程中，又大胆指出，当时一些公认的原子量不准确。如那时金的原子量公认为169.2，按此在元素表中，金应排在锇、铱、铂的前面，因为它们被公认的原子量分别为198.6、196.7、196.7，而门捷列夫坚定地认为金应排列在这三种元素的后面，原子量都应重新测定。大家重测的结果，锇为190.9、铱为193.1、铂为195.2，而金是197.2。实践证实了门捷列夫的论断，也证明了周期律的正确性。一九0七年二月二日，这位享有世界盛誉的科学家，因心肌梗塞与世长辞了。但他给世界留下的宝贵财产，永远存留在人类的史册上。新疆师范大学附属中学高二4班元素周期表的发展和演变研究性学习课题小组-5-二、元素周期表发现史1.周期律发现前的元素分类1789年拉瓦锡在他的著作中首次出现了《元素表》。1815年英人威廉·普劳特提出：1、所有元素的原子量均为氢原子量的整数倍；2、氢是原始物质或“第一物质”,他试图把所有元素都与氢联系起来作为结构单元。1829年德伯赖纳提出五组《三素组》：Li、Na、K;Ca、Sr、Ba;P、As、Sb;S、Se、Te;Cl、Br、I。1843年盖墨林把当时己知的化学元素按性质相似分类制成了元素表。十八世纪六十年代法人尚古多制出了元素分类的螺旋线图或地螺柱图。他最先提出元素性质和原子量之间有关系,并初步提出了元素性质的周期性。螺旋图是向揭示周期律迈出了有力的第一步,但缺乏精确性。1864年英人欧德林用46种元素排出了《元素表》。同年德人迈尔依原子量大小排出《六元素》表。该表对元素进行了分族,有了周期的雏型。1865年英人纽兰兹把62种元素依原子量递增顺序排表,发现每第八个元素性质与第一个元素性质相近,好似音乐中的八度音,他称为“八音律”。八音律揭示了元素化学性质的重要特征,但未能揭示出事物内在的规律性。2.周期律的发现化学家绝不满意元素漫无秩序的状态。从《三素组》到《八音律》,逐步对元素知识进行归纳和总结,试图从中找出视律性的东西,为发现周期律开辟了道路。由于科学资料积累,元素数目增多,终于在十九世纪后半期迈尔和门捷列夫同时发现了元素周期律。1867年俄人门捷列夫对当时已发现的63种元素进行归纳、比较,结果发现：元素及其化合物的性质是原子量的周期函数的关系,这就是元素周期律。依据周期律排出了周期表,根据周期表,他修改了铍、铯原子量,预言了三种新元素,后来陆续被发现,从而验证了门氏周期律的正确性,迅速被化学家所接受。在周期律的指导下,先后发现了稼、钪、锗、钋、镭、锕、镤、铼、锝、钫、砹等十一种元素同时还预言了稀有气体的存在,并于1898年以后,陆续发现了氖、氢、氙等元素,因而在周期表中增加ⅧA族。到1944年自然界存在的92种元素全部被发现。如果说,原子一一分子论的建立是对化学的一次总结,那么周期律的发现,使元素成了一个严整的自然体系,化学变成一门系统的科学,它是化学史上的一个重要里程碑它讨原子结构、有机化学、原子能、地球化学、生物化学、冶金、新元素的发现与合成都有深远的影响。为了纪念门氏的伟大发现,科学家把101号元素命名为钔。恩格斯曾给以高度评价：“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律,完成了科学上的一个勋业。”新疆师范大学附属中学高二4班元素周期表的发展和演变研究性学习课题小组-6-由于时代的局限性,门氏不可能认识到周期律更本质的规律。因此可以说门氏只是原子体系的哥白尼,而原子体系的伽利略和牛顿,自有后来人。三、元素周期表的发展史1.周期律概念的更新十九世纪末,二十世纪初,由于原子量的精确测定,确知碲的原子量大碘,氩大于钾,钴大于镍等。基于这个事实,并照顾到元素性质的相似性,1902年捷克化学家布拉乌勒尔设计的周期表中有几处颠倒了原子量的排列。1905年瑞士化学家维尔纳设计的专表也有这种现象,这是对门氏周期律的直接挑战。面对矛盾,当时科学家无法解释。随着阴极射线、电子、射线、放射性等的发现,1899--1900年英人卢瑟福提出原子有核模型,揭示了原子的复杂结构。1913年荷兰人范德布洛克指出元素在周期表中排列序数等于该元素原子具有的电子数。这一假说开始把元素在周期表中排列序数和原子结构联系起来。这个假定动摇了门氏和他的同辈以及先辈们的周期律的固有概念。1913--1914年间,英国青年物理学家莫斯莱对X射线技术进行了研究,从而验证了范德布洛克的假说,揭示了元素周期律的本质：元素的化学性质是它们原子序数的周期性函数。原来在诸原子中有决定意义的东西不是原子量,而是原子的核电荷以及核外电子数。1916年德国化学家柯塞尔就立即把原子序数放进周期表中,代替了门氏的原子量。1920年英人查德维克证实了摩斯莱的工作。这样,一系列物理学中的新发现,使元素周期律获得了新定义：元素的物理性质和化学性质,以及由元素形成的各种化合物的性质,皆与元素原子核电荷的数量成周期性关系。2.周期律理论的深化与探索按照核电荷递增顺序排列各元素,使前面出现的矛盾迎刃而解。随着现代原子结构理论的建立,周期律理论得到发展。1913年玛丽·居里提出原子核结构设想。1913年卢瑟福和查德维克发现质子。1932年查德维克发现中子。质子和中子发现后,苏联科学家伊万年柯,德国物理学家海森堡等人立即提出原子核由质子和中子组成的理论。1913年英国化学家索迪提出“同位素”概念.1919年阿斯登用质谱仪精确的确是了原子量.1913年丹麦物理学家玻尔用他的原子结构模型成功的解释了氢元素的线光谱。1923--1924年法国年青物理学家德布罗依提出“物质波”概念,1926年德国物理乒家薛定谔提出了解决微观粒子运动方程,对核外电子运功状态和能级的计算提供了依据。遵循周期律,把众多的元素（106种）组织在一起所形成的系统,称做化学元素周期系。周期系的具体形式是各式各样的周期表。如塔式表、三分族元素周期表环形、螺旋形、扇形、蜗牛形,对角形、带形、立体支架形、阶梯形、罗盘形、园筒式等五花八门,各具特色。但其中最常用的是短表和长表。近年来,由新疆师范大学附属中学高二4班元素周期表的发展和演变研究性学习课题小组-7-于人工合成元素增多,长表的优越性日益显露出来,短表已经完成了历史使命,更多的应用让位于长表。长表的重要特点之一是能够很好的把元素分成元素群,便于按群体性质来掌握化学元素的总体知识。表中明显的划分出活泼金属、非金属、过渡元素、低熔合金、镧系、锕系元素区。根据电子构型可分成S区、p区、d区、f区四组。便于人们从结构观点去分析比较。四、元素周期表简介门捷列夫(DmitriMendeleev)将当时已知的63种元素依原子量大小并以表的形式排列，把有相似化学性质的元素放在同一行，就是元素周期表的雏形。利用周期表，门捷列夫成功的预测当时尚未发现的元素的特性(镓、钪、锗)。1913年英国科学家莫色勒利用阴极射线撞击金属产生X射线，发现原子序越大，X射线的频率就越高，因此他认为核的正电荷决定了元素的化学性质，并把元素依照核内正电荷(即质子数或原子序)排列.后来又经过多名科学家多年的修订才形成当代的周期表。元素周期表中共有118种元素。将元素按照相对原子质量有小到大依次排列，并将化学性质相似的元素放在一个纵列。每一种元素都有一个编号，大小恰好等于该元素原子的核内质子数目，这个编号称为原子序数。在周期表中，元素是以元素的原子序排列，最小的排行最先。表中一横行称为一个周期，一列称为一个族.原子的核外电子排布和性质有明显的规律性，科学家们是按原子序数递增排列，将电子层数相同的元素放在同一行，将最外层电子数相同的元素放在同一列。元素周期表有7个周期，16个族。每一个横行叫作一个周期，每一个纵行叫作一个族。这7个周期又可分成短周期（1、2、3）、长周期（4、5、6）和不完全周期（7）。共有16个族，又分为7个主族（ⅠA-ⅦA），7个副族（ⅠB-ⅦB），一个第Ⅷ族，一个零族。元素在周期表中的位置不仅反映了元素的原子结构，也显示了元素性质的递变规律和元素之间的内在联系。使其构成了一个完整的体系称为化学发展的重要里程碑之一。同一周期内，从左到右，元素核外电子层数相同，最外层电子数依次递增，原子半径递减（零族元素除外）。失电子能力逐渐减弱，获电子能力逐渐增强，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。元素的最高正氧化数从左到右递增（没有正价的除外），最低负氧化数从左到右递增（第一周期除外，第二周期的O、F元素除外）。同