元素周期表主要由俄罗斯化学家门捷列夫创建,去年为诞生的周年,得到广泛的应用。在18世纪后期,化学家清楚了元素与化合物之间的区别:元素在化学上是不可分割的,而化合物则是由两种或更多种元素组合而成,其性质与组成元素完全不同。
到19世纪初,已经有大量的间接证据证明了原子的存在。到年代,可以按相对原子质量的顺序列出已知元素,例如,氢为1,氧为16。
这样的列表本质上是一维的。但是化学家知道某些元素具有相当相似的化学性质:例如锂、钠和钾或氯、溴和碘。
这似乎有些重复,为此,俄罗斯莫斯科的两名科学家最近提出了全新的元素周期表,通过将化学上相似的元素彼此相邻放置,可以构建二维表。新的元素周期表诞生了。
重要的是,原来的元素周期表是根据观察到的某些元素的化学相似性凭经验得出的。直到20世纪初,原子的结构被确立之后,随着量子理论的发展,才出现了对其结构的理论理解。
现在,元素是根据原子序数,即原子核中被称为质子的带正电粒子的数量排序的,而不是原子质量的排序,但化学排序也是如此。
新的元素周期表现在是遵循以规则间隔在所谓的“壳”中重复的电子排列的方式。到年代,大多数教科书都具有类似于我们今天看到的元素周期表,如下图所示。
某些元素的精确放置取决于我们希望突出显示的特定属性。因此,优先考虑原子电子结构的元素周期表将与主要标准为某些化学或物理性质的表不同。但是,从根本上讲,还可以考虑以一种非常不同的方式对元素进行排序,即不涉及原子序数或不反映电子结构的元素,还原为一维列表。
他们的方法是将每个原来的元素周期表编号(MN)分配给每个元素。有几种方法可以得出这样的数字,但是最新的研究使用了两个可以直接测量的基本量的组合:元素的原子半径和称为电负性的特性,该特性描述原子将电子吸引到自身的强度。
如果通过其MN对元素进行排序,毫不奇怪,最近的邻居拥有相当相似的MN。但是,更有用的是将这一步骤更进一步,并基于所谓的“二元化合物”中组成元素的MN构建二维网格。
这种方法的好处是什么?重要的是,它可以帮助预测尚未制成的二元化合物的性质。这对于寻找未来和现有技术可能需要的新材料很有用。毫无疑问,随着时间的流逝,它将扩展到具有两个以上元素成分的化合物。通过考虑下图所示的元素周期表,可以很好地说明寻找新材料的重要性。
新表不仅说明了这些元素的相对丰度,每个元素的框越大,表示的元素就越多,还突出显示了与我们日常生活中无处不在且必不可少的技术相关的潜在供应问题。
以手机为例。其制造中使用的所有元素均通过电话图标标识,可以看到一些必需元素正变得稀缺,它们的未来供应量不确定。
年后,可以看到元素周期表不仅是一种至关重要的教育工具,而且对于研究人员寻找重要的新材料仍然有用。但是,新的元素周期表版本不必视为较早版本的替代。拥有许多不同的表和列表仅有助于加深我们对元素行为的理解。
该研究论文发表在最近的《物理化学杂志》上。
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