6.目前的化学元素周期表

科学家们利用一切办法，想要让化学元素周期表的特征更为明显和明确。

在不同的年代他们将化学元素周期表绘成不同的样式：

有的时期绘制成纵横的条带，有的时期绘制成旋卷于平面之上的螺旋（下图），有的时期又会绘制成错综交织的弧与线。

下面我要给大家介绍的是，在目前的科技水平下化学元素周期表都有哪些绘制方法。

我们来观察下图中的表，进而体会它的重要意义。

跃入我们眼帘的首先是诸多的方格，它们横向排作7列，借助纵直线将那些横列隔成18直行，或者是遵照化学家的意见，隔成18族。不过多数教科书中的化学元素周期表都跟笔者书里的有些不同（几个横列被隔成了两列），然而对我们而言，前一种排列法使用起来却要省不少事。

首列总共有两个元素：氢（H）和氦（He）。二列同三列分别有8个元素。四五列分别有18个元素。此6列方格内总共存在72个元素，但在56～72号的一个方格内存在15个元素而非一个元素，它们属于稀土元素族。到了末尾，后一列理应和前面的那列相同即隔成32格，不过现在还只能先写其中的一些。

首个格子里填的是氢，我们猜不出在它之前又会出现哪些元素，因为氢核内的质子和中子是构造别的原子的基础；这就说明，门捷列夫当初将它安排到表里的第一位是最为明智的。然而到了表的结尾却陷入瓶颈，以前金属铀一直居于表中元素的末位。

门捷列夫元素周期表

但是化学家在之后的实验中发现了超铀元素，于是门捷列夫表的后门把守员就轮不到铀了。铀距最后一格间隔着八格，它们都是新发现的元素：比如排在93号的镎（Np）、94号的钚（Pu）、95号的镅（Am）、96号的锔（Cm）、97号的锫（Bk）、98号的锎（Cf）、99号的䥺（An）、100号的钲（Cn）。

大家看到各个方格上方的数字了吗？仔细观察不难得出它们自1开始沿着方格的顺序依次类推。人们称它们为原子的序号，它们就是各个元素原子里面包含的携带电的粒子的个数，因此它们是各个格、各个元素的最为重要的、不可或缺的性质。

比如说，在填写着原子量为65.38金属锌的方格里，有30这个数字，它一是表示锌的原子序号；二则表示围着锌原子核运动的是30个携带电的粒子，也就是人们所说的电子。

其中的四种元素如排在43位和61位与85位及87位的这几种元素，诸多化学家就在宇宙空间多方寻找过，他们对大量的矿物和盐家族进行了分析，欲放在分光镜下看是否存在人类还没有发现的光谱线，但是始终没有成功。杂志上多次发表了这方面的长篇撰文，告知天下找到了那四种元素，不过经验证明都不是。后来在地球和别的天体上都不见它们的踪影，不过目前人们已经采用人工技术制成了。

排位在第43号的元素在特性方面跟锰接近，因此最初门捷列夫管它叫作类锰，不过现在已经使用人工方法获取了这个元素，人们称它为锝。

位于碘之下的那个元素，就是排位在85号的元素具有一种神奇的特性，比碘更容易逸散，于是门捷列夫称它为类碘。之后它也利用人工方法制成了，人们称它为砹。

在一个很长的时间里第三个元素一直不为人们所知悉，它位处表中的第87位，也在门捷列夫预测的元素内，并称其为类铯。不过现在它也采用人工方法制成了，人们称它为钫。

最后一个元素人们一直都无法在地球和其他星体上获得，它排在第61位，为稀土金属，也是人工制取的，人们称它为钷。

门捷列夫当时仔细分析了大自然的概貌，方绘得了首张化学元素周期表的草图，目前的表跟以前的比起来就完善多了。

之前我讲过，各个方格都有自己的编号，每个序号都只和一个元素对应。不过经物理学家研究，其实并没那么容易。比方说序号为17的那个方格，就它的化学性质而言，仅有一种气体那就是氯，氯原子中央存在着一个核，而围着核运动的核电子有17个，如同星体围着太阳转似的。而物理学家预测说有两种氯：一种重些而另一种则较为轻。然而这两种氯一般以相同的比例混合，因此原子量的平均值一直为35.46。

我们再来说说另外一个例子，谁都知道排在第30位的为锌。但是物理学家再次预测到，它也有不止一种，有些重而有些轻，总共有6种。这样一来，一个方格内尽管仅有一种化学元素，而且都有自己与生俱来的特性，但是这类元素常常有不止一种，简而言之存在“同位素”而且不止一种。一些元素存在一种同位素，而有些则有十个之多。

不言而喻，同位素的出现，让化学家兴奋不已。为何一切同位素的分量都严格遵循一定的比例？又为何同位素的这个位置重的部分多而另一个位置却是轻的多呢？化学家想尽办法想搞清楚其中的缘由。他们研究了来源不一的盐：来自海水的盐、来自湖泊的盐、岩盐、产自中非洲的盐；他们分别用这些盐制取了氯气，令人惊讶的是这些氯气的原子量居然相同。为了获得准确的结论他们找来了天上落下的石头制取氯气，得到的氯气成分根本就没改变。也就是说无论这种元素来自何方，原子量都相同。

后来，化学家成功了。有几位化学家在实验中尝试着将轻重不一的同位素分开，结果氯气经过较长时间的繁复的蒸馏过程出现了两种气体：一种是氯原子轻些的，另一种是氯原子重些的。但是两种氯气的化学特性完全相同，然而它们的原子量却不相同。

同位素出现后，一下子让化学元素周期表变得很不寻常了。之前92个方格一目了然，一格一种元素，方格中的序数表示核外的电子数，所有的一切都恰到好处、清晰无比、具体，但是一夜之间人们发现原来的又不对了。

这时人们突然发现世界上不止有一种氯原子，而是三种，它们的重量依次为15、16、18。不可思议的是，氢也有三种原子：1是第一种原子量；2为第二种的；3是第三种的。最后一种在世界上鲜有，就没有必要记了，第二种也常常被人们忽略。人们给它取了个很怪的名字叫氘[2]。

就化学性质而言，氘和一般的氢气并没有什么区别，但是氘要比氢气重两倍。在大型工厂借助电流分解水，便可得到纯氘，以氘合成的水较之用轻些的氢气合成的水要重一些。重水具有特殊的特性：其有害生命（对活细胞的杀伤力很大）。简而言之，氘的存在对别的生命有害。

化学家在实验过程中发现这一点后，地球化学家尝试着在大自然中也能得到同样的答案。大家应该明白，在曲颈甑中都能将不同重量的氢原子分开。怎么就不能在大自然中做到呢？差别在于：大自然中的化学过程都不是悄无声息地展开的，我们所处的环境不都是永恒在变吗？熔掉的岩浆不是都一会儿在地下，一会儿又出现在地面上吗？不一定同工厂和研究机构那样容易地采集到纯的同位素。大家应该很明确，海水较之河水与雨水拥有的重水多，而某些矿物里的重水多于海水里的。如此一来，呈现在我们眼前的又是一个全新的世界，这是之前的矿物学家和地球化学家都想象不到的。

那些化合物间的差异不是很明显，得借助先进的化学方法和物理方法才能发现。

就算这个差别为几百万分之一克与几百万分之一厘米，甚至是几千分之一克或几千分之一厘米，探索自然界的石块、水和土壤之时，矿物学家和地球化学家都无法感觉到。有时我们意识不到有三种氧、六种锌、两种钾，因为它们之间的差异十分小，进一步来讲，就是说我们目前的研究方法还有待改进。

唯有化学家和物理学家采用精确方法深研后，才能找到元素的同位素。毋庸置疑，如果我们用精密的方法去认识大自然的一切，定会发现世界上人们还没预测到的化学定律。

朋友们，我们就不要再纠结在同位素上了，我们不妨将门捷列夫周期表的一个格子假想成一个稳固的化学元素。排列在50格内的我们就把它只当作锡，不管情况如何变化都如此看待，有它参与的化学反应也应如此对待，在大自然中一些相同的晶体里就有它的身影，其原子量在哪儿都为118.7。

门捷列夫表也不会因为人们发现了同位素而失去价值，只是在一些细节上发生了微妙的变化，其实它还是那么简洁明了、一目了然，确切地反映着大自然的概貌，与门捷列夫伊始描绘的情形毫无差别，门捷列夫也许预测到了这张表的重要作用。

我们再来好好研究一番该表，细想一下它在矿物学家和地球化学家探索大自然时发挥着怎样的作用呢。

大家先从表的各个直行的格子看起，由上到下将整个表过一遍。

我们从首行开始，先来看锂、钠、钾、铷、铯、钫，这六个就是人们常说的碱金属。去除人工制取的钫之外，大自然中的它们都是不分开的。几种我们熟知的化合物就来源于它们：我们食用的盐就是钠的化合物，加工烟火的硝石就是钾化合物中的一种。

除了钠和钾剩下的四种碱土金属并不多见，人们用它们生产结构复杂的电器仪器，六种元素虽有差别，不过它们的化学性质却很相似。

到了该看第二行了，与上一行一样，这些元素也是碱土金属，首先是最轻的铍，最后就是很不平凡的镭了。它们的特性比较接近，跟一个家庭里的成员一样。

而排在第三行依次为硼、铝、钪、钇，接下去依序为15个稀土金属，最末那个是锕。现实生活中我们熟知的只有硼和铝这两种元素，焊药可以由硼砂担任。霞石、长石、刚玉、铝土中包含着铝，像金属器皿、锅子、调羹可由纯铝制作。这个族类的元素要复杂一些。铝属于金属家族的正品了，但是硼为非金属而非金属，因为它与典型的金属在一起后就变身成了盐（比如硼砂）。

碳和硅、钛、锆、铪以及钍，它们排列在第四行。碳和硅为大自然中的主要元素，碳在所有生物体中都能找到，它也藏身于所有的石灰岩之中，对于硅我打算用一章的篇幅来介绍。

接下来我们该说第五六七行了，它们都是一些特殊的金属元素，它们对于钢铁工业那可是不可或缺的，在钢里增添它们，钢的性质就会起变化。

接下来我们就该和大家讨论门捷列夫表的重点了，也就是该表的第八九十行。在该表中这里最为显著的不同就是，横着毗邻的那三种金属的性质很相似。铁、钴、镍的性质也很接近，也常在大自然中的同一个地方出现，即使进行化学分析也难让它们分离。钉、铑、钯这几个轻铂金属家族的成员与锇、铱、铂这些重金属族里的成员，这些元素也极为相似。

看完表的中心部分我们继续往下，紧跟中心部分的这四行分布着铜、锌、锡、铅，它们都属于重金属族类，它们在人们的生活中无处不在。

转眼到了第十五行，氮气先进入我们的视线范围，紧随其后的便是逸散性强的磷与砷，接着就是锑这个半金属元素，典型的金属铋被安排到了最后。这一行暗示大家后面就要大不一样了，因为后面的元素有光泽的金属不再出现，人们十分熟悉其性质的金属也跑得无影无踪了。排在此处的都是化学家眼里的非金属元素，比如气体和液体还有非金属的固体。

氧、硫、硒、碲都位居第十六行，这些元素的性质已为大家所熟知，钋的性质人们还一无所知。我们继续往下看，呈现在我们眼前的是第十七行的那些容易逸散的元素，排在最前的气体如氢和氟及氯三种，继续往下就是溴这种液体，固体的结晶碘紧跟溴排列着，它是很容易逸散的，末尾是人工制取的砹，人们对它还是一无所知。这就是化学家所称的卤素（不包括氢气），大意是这些元素可让盐横空出世。十八行里的都是稀有气体，它们的另一个名字是惰性气体。所有其他的元素都休想同它们发生化合反应；在地球上的每一个角落、一切矿物及大自然中都有它们若隐若现的身影。轻的气体是太阳的气体排在第一位，氡气排在这些元素的末尾但是它异常古怪，因为它的原子仅能存留几日。