周期和分组

元素周期表对所有化学家来说都是必不可少的，也是预测元素如何反应的重要工具。但是，我们所熟知和喜爱的元素最初是如何被发现的呢?是谁把桌子放在一起的?克里斯·史密斯与剑桥大学的化学家彼得·沃瑟斯进行了交谈，首先，它来自哪里?

彼得:嗯，实际上它花了很长时间才开发出来。我的意思是它不是一下子就出现的，实际上很多人在同一时间独立地发现了它实际上是在19世纪60年代，但是在很长一段时间之后，不同的形式开始出现。

克里斯:人们是如何意识到我们周围的元素之间存在着这种关系，并且我们可以将它们排列成这样的表格?

人们在元素周期表出现之前就开始寻找元素的结构和相似之处了。例如，有些元素被认为具有非常相似的属性。例如，其中一些是所谓的“碱性土”，实际上，甚至在它们被我们现代意义上认定为元素之前，它们的化合物就被认为具有非常相似的性质。最终，当这些金属被发现时，它们被称为“碱土金属”，因为它们都有相似的化学性质。同样，你听到的“碱金属”也会发出嘶嘶声，与水发生剧烈反应。所以整个群体被认为是彼此非常相似的东西。于是人们开始寻找将这些相似的元素组合在一起的方法。

Chris -如果你看一下元素周期表，最左边的，就是我们所说的第1族，它们是元素，你刚才提到的碱金属，当我们把它们放到水中时会发出嘶嘶声。左上角的和最左边的有什么区别呢?它们如何改变元素的物理性质?

它们在很多方面都有变化，我的意思是最基本的是它们会随着你往下走而变重。所以单个原子的质量在增加。事实上，锂，钠，钾都很轻，它们可以浮在水面上，但实际上铷和铯会沉在水中，但它们会在水中发生剧烈反应。但也有更微妙的特性。比如说，除去所有元素共有的最外层的电子是多么容易随着元素周期表的变化变得越来越容易。从某种意义上说，这意味着这些金属变得更活泼了。

所以最左边的都是金属。当我们向右移动的时候就到了第一类旁边的基团碱金属它们的反应性要弱一些，不是吗?比如镁，但是它们的行为方式很相似然后随着时间的推移有什么变化呢?

所以当你沿着元素周期表移动的时候你在原子核的中心增加了一个额外的质子。所以从某种意义上说，这将把所有的电子更紧密地束缚在里面，这样就更难从下一个基团上移走两个电子实际上，当你把右边的电子都移走的时候要移走这些电子就非常非常困难了。实际上它们的性质是它们接受电子越多它们就会获得电子，在某些情况下变成带负电荷的离子。

克里斯，我记得我的化学老师在元素周期表的最右边放了一把尺子然后说左边的都是金属右边的都是非金属而表现为金属的金属比非金属多得多。为什么呢?

彼得-这其实很难，这和每个原子的电子数以及它们如何成键有关。实际上只有元素周期表右边的元素中才有分子，比如两个氧原子组成一个氧分子。但是对于其他的电子，你会得到更大的结构，更少的电子试图在它们之间形成更弱的键。这是一种典型的金属，我们称之为离域电子，电子可以更容易地在整个结构中移动。

当门捷列夫把他的桌子组装在一起的时候它看起来和我们今天看到的桌子不一样。他实际上留下了空白。是因为他意识到存在这种周期性行为吗?事物确实遵循一种模式和行为顺序，所以他知道，即使我们发现了一些东西，但必须有一些东西与桌子上的这种位置相匹配。这就是这些差距的来源吗?

当然，我的意思是门捷列夫并不是第一个绘制元素周期表的人，在他之前的人也为尚未发现的元素留下了空白。我的意思是门捷列夫和他的元素周期表的真正不同之处在于他非常准确地预测了那些缺失元素及其化合物的性质。当它们被发现时，这才是真正吸引人们注意到他的系统的原因。

克里斯:什么时候是发现元素的黄金时代?淘金热是什么时候开始出现并填满表格的?

彼得:为了填满表格，你必须有一张表格，但他们确实是突然出现的。但我的意思是，在19世纪50年代末和60年代初的关键事件之一是光谱学的发现。这彻底改变了这一发现，因为在某种意义上，当时剩余的元素非常罕见，很难找到。所以你需要一种非常非常灵敏的技术那就是火焰测试的想法可以一次发现一些元素。

Chris -我很高兴你提出了这个问题因为我们接下来会听到这个领域的先驱，罗伯特·本生。但坐在你面前的是你之前不愿告诉我的令人兴奋的东西。那是什么?

这实际上是第一个元素周期表的副本比门捷列夫的版本早了7年。你说门捷列夫的版本看起来和现代版本很不一样。这个看起来完全不同。这个被设计成包裹在一个圆柱体上实际上它有一个连续的元素按照它们的重量排列当然门捷列夫也这样安排它们。在这个版本中，具有相似属性的元素也在组中垂直对齐。

克里斯-你从哪弄来的?

彼得:这幅画属于圣凯瑟琳学院，将于今年三四月份在那里展出。

克里斯-为了纪念元素周期表诞生150周年?

彼得:没错。我们会展示元素周期表的第一种形式。实际上还有很多其他版本，包括门捷列夫的最初版本。