元素周期表

　　这张表的精妙之处在于，化学家可以根据同一类群或同一周期的另一种元素来确定一种元素的特征。
　　元素周期表，是118种已知化学元素的有序排列。这些化学元素从左到右、从上到下排列，顺序是原子序数(原子核中的质子数)的增加，通常与原子质量的增加相一致。
　　根据洛斯阿拉莫斯国家实验室的说法，元素周期表上的水平行被称为周期，每个周期数表示该行中元素的轨道数。(原子的原子核中有质子和中子，在原子核周围，电子排列成轨道，原子轨道是一个数学术语，描述电子的位置以及它的波状行为。)
　　例如，周期为1的元素有一个电子自旋的原子轨道;第二周期有两个原子轨道，第三周期有三个，以此类推，直到第七周期。元素周期表上的列或群表示具有相同数量价电子的原子元素，也就是最外层的电子。例如，8A组(或VIIIA)中的元素在最高能量的轨道上都有8个完整的电子。元素周期表中同列的元素(称为＂族＂)具有相同的价电子构型，因此化学性质也类似。例如，所有的第18族元素都是惰性气体，这意味着它们不与任何其他元素反应。
　　谁发明了元素周期表?
　　俄罗斯化学家、发明家德米特里·门捷列夫被认为是元素周期表的＂父亲＂。19世纪60年代，门捷列夫是俄罗斯圣彼得堡一所大学的著名讲师。当时还没有俄文的现代有机化学教科书，所以门捷列夫决定自己写一本。他在写《化学原理》(两卷，1868-1870)的时候，同时处理了无序元素的问题。
　　把这些元素按任何顺序排列都是相当困难的。当时，已知的化学元素有63种，每一种元素的原子量都是根据阿伏伽德罗假设计算出来的。阿伏伽德罗假设认为，在相同的温度和压力下，气体的体积相等，分子的数量也相同。
　　当时只有两种方法对这些元素进行分类:将它们分为金属和非金属，或者根据元素的价电子数(或最外层的电子数)对它们进行分组。门捷列夫书的第一部分只讨论了8种已知元素——碳、氢、氧、氮、氯、氟、溴和碘，这两种策略对这些特定元素有效，但它们还不足以对当时已知的另外55种化学元素进行有效分类。
　　根据英国皇家化学学会，门捷列夫把每个元素的性质写在卡片上，然后他开始通过增加原子量来排列它们。就是在这个时候，他注意到某些类型的元素定期出现，并注意到原子量和化学性质之间的相关性。
　　让门捷列夫想出排序策略，并最终制作出完整的元素周期表的时刻，笼罩在神秘之中。要重建门捷列夫根据原子量建立元素周期表的过程是极其困难的，从历史学家的角度来看，问题在于，门捷列夫保存了几乎每一份在他相信自己会成名后曾在他手上划过的文件和草稿，但他在制定周期性定律之前并没有这样做。
　　门捷列夫可能通过两种基本方式，从认识到原子量作为一个好的分类工具的重要性，发展到制定一个周期系统草案:要么他按照原子量的顺序写出元素，并注意到元素的周期性重复，要么他组装了几个元素的‘自然组’，比如卤素和碱金属，并注意到原子量的增加模式。门捷列夫唯一一份与他的方法有关的声明发表于1869年4月。收集了原子重量最低体，并按照它们的原子重量增加的顺序排列。
　　无论他的思想过程如何，门捷列夫最终都是根据原子量和价电子来排列元素的。他不仅为尚未发现的元素留出了空间，而且预测了其中五种元素及其化合物的性质。1869年3月，他将这一发现提交给了俄罗斯化学学会。同年晚些时候，他的新周期系统作为摘要发表在德国化学期刊《化学杂志》上。
　　阅读元素周期表
　　元素周期表包含了大量的信息:
　　原子序数:原子核中质子的数量被称为该元素的原子序数。质子的数量决定了它是什么元素，也决定了元素的化学行为。例如，碳原子总是有6个质子;氢原子总是有一个;氧原子总是有8个。同一种元素的不同版本，称为同位素，可以有不同数量的中子;此外，一种元素可以获得或失去电子来带电，在这种情况下，它们被称为离子。
　　原子符号:原子符号(或元素符号)是用来表示元素的缩写(＂C＂表示碳，＂H＂表示氢，＂O＂表示氧，等等)。这些符号在国际上广泛使用，有时令人意想不到。例如，钨的符号是＂W＂，因为该元素的另一个名称是wolfram。此外，金的原子符号是＂Au＂，因为在拉丁语中表示金的词是＂aurum＂。
　　原子质量:一种元素的标准原子量是该元素的平均质量，单位为相对原子质量。尽管每个原子的相对原子质量大概是一个整数，你会注意到元素周期表上的相对原子质量是一个小数;这是因为这个数字是一种元素的各种天然同位素基于其丰度的加权平均值。同位素是一种原子核中中子数不同的元素。(要计算一种元素的平均中子数，就要从原子质量中减去质子数(原子序数)。)
　　例如，你可以这样计算碳的原子质量，碳有两种同位素:
　　用同位素的丰度乘以原子质量：
　　碳12:0.9889 x 12.0000 = 11.8668
　　碳-13:0.0111 x 13.0034 = 0.1443
　　然后，添加结果:
　　11.8668 + 0.1443 = 12.0111 =碳的相对原子质量
　　元素93-118的原子质量:洛斯阿拉莫斯国家实验室指出，对于实验室创造的超铀元素(铀以外的元素，原子序数为92)，没有＂天然＂丰度。根据国际纯粹与应用化学联合会的说法，对于这些元素，寿命最长的同位素的原子量被列在元素周期表上。国际纯粹与应用化学联合会是化学命名和术语方面的世界权威。这些原子量应该被认为是临时的，因为未来可能会产生具有更长的半衰期(该元素的50%需要多长时间才能分解)的新同位素。
　　超重元素，即原子序数在104以上的元素，也属于非自然元素。一般来说，原子核越大——随着原子核内质子数量的增加而增加——该元素就越不稳定。因此，这些超大的元素转瞬即逝，在衰变为更轻的元素之前只存在几毫秒。例如，超重元素113、115、117和118在2015年12月被验证，完成了表格上的第七行，或周期。几个不同的实验室产生了超重元素。原子序数、临时名称和正式名称为:
　　113: ununtrium (Uut), nihonium (Nh)！
　　115: ununpentium (Uup), moscovium (Mc)
　　117: ununseptium (Uus), tennessine (Ts)
　　118: ununoctium (Uuo), oganesson (Og)
　　元素周期表是怎么排列的?
　　元素周期表是按原子量和价电子排列的。这些变量允许门捷列夫将每个元素放在特定的行(称为周期)和列(称为组)中。该表包含7行和18列。同一行中的每个元素与同一行或同周期中的其他元素具有相同数量的原子轨道(电子存在的空间)。这意味着所有处于第三周期的元素——钠、镁、铝、硅、磷、硫、氯和氩——都有三个电子所在的原子轨道。同时，列或群表示原子最外层的电子数; 这些被称为价电子，它们是能与其他元素的价电子形成化学键的电子。价电子可以与另一种元素共享，这是一种共价键，也可以在一种离子键中交换。
　　例如，所有在第二列的元素都有两个价电子;在第三列，它们有3个价电子。在元素周期表中间的较短的列中，也有一些例外。这些过渡元素
　　让我们来举个例子:我们可以选择硒，它的原子序数是34，这意味着硒的中性原子总共有34个电子。这种非金属属于第4阶段6A组。这意味着硒元素的电子在4个原子轨道上，有6个价电子，或者说6个电子在最外层轨道上。你还可以计算出它的第一、二、三轨道上有多少电子:第一个轨道最多能容纳两个电子，而第二个轨道有四个亚轨道，所以总共能容纳8个电子。根据佛罗里达州立大学化学和生物化学系的研究，原子的第三层由9个亚轨道组成，最多可以容纳18个电子。这意味着硒的第一、第二、第三和第四个原子轨道上分别有2、8、18和6个电子。
　　元素周期表现在是怎么用的?
　　通过知道放在桌子上的某些元素具有特定的特征和行为，科学家可以找出哪些元素最适合某些行业和流程。例如，工程师们使用表中第三组和第五组元素的不同组合来制造新的半导体合金，如氮化镓(GaN)和氮化铟(InN)。
　　一般来说，化学家和其他科学家可以用这个表格来预测某些元素如何相互作用。例如碱金属，在表的第一列或第一组，往往有一个价电子，因此带+1电荷。这种电荷意味着它们＂与水反应强烈，容易与非金属结合。镁和钙属于同一组，正逐渐成为植入骨的合金的一部分。由于这些合金是可生物降解的，它们可以作为支架，然后在天然骨骼在结构上生长后消失。