2015年10月2日

時代與天才的結晶 元素週期表的蛻變

作者/張 澔(義守大學通識教育中心副教授)

十九世紀的週期表,就像一張天空星座圖,充滿了神祕的美感,如此迷人的圖案似乎暗藏了構成萬物的傳奇密碼。元素的性質與原子量之間是否存在某一種關係?這不是一個突然的想法,而是西方自然哲學對於自然奧祕的一種猜測與預測,而門得列夫並不是唯一有這種想法的人,然而為何大家卻只推崇他的成就?在20世紀初,隨著量子化學的發展,再加上新發現的元素,週期表如何逐漸蛻變成我們今天所看到的面貌?

元素週期表的創生
元素及原子是兩個構成近代化學發展的基石。從古希臘時代,不論是元素或者原子,便定義為構成自然萬物的最小物質。既然是構成萬物的最小單位,自然成為化學家夢想征服的聖地,如此才能真正瞭解萬物構成的奧祕。

十八世紀末拉瓦節的化學革命,讓我們逐漸開始知道哪些才是真正的元素,而十九世紀初道耳吞所提的原子理論,又讓原子量成為化學化合時必備的數據。在1815~1816年之間,英國化學家普勞特(William Prout, 1785~1850)觀察到,當時所知各種元素的原子重量都是氫原子重量的整數倍。1829年德國化學家德貝萊納(Johann Wolfgang Döbereiner, 1780~1849)提出了「三元群」(Triaden)規則,把當時已知的53個元素中的30個元素分成三大組。

在1862年法國化學家尚古多(Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois, 1820~1886),以義大利化學家坎尼扎羅(Stanislao Cannizzaro, 1826~1910)在1858年於法國科學院宣讀元素週期表的論文中,將原子量數值作為基礎,闡述元素會按原子量大小來排列,呈現「碲螺旋」狀(telluric helix),因「碲」元素排列在此螺旋圖案的中間。

從1863年開始,英國化學家紐蘭德(John Alexander Reina Newland, 1837~1898)開始研究化學元素性質的週期性。1865年他受德貝萊納「三元群」的啟發,把當時已知的61種元素按照原子量的大小順序排列,發現每隔7種元素便出現性質相似週期性,就如同音樂中的音階一樣,他稱之為八音律法(Law of Octaves)。

1864年德國化學家邁爾(Julius Lothar Meyer, 1830~1895) 完成《近代化學理論》(Die Modernen Theorien der Chemie),在書中,他按照元素的化學鍵,將28個元素分為6族。但是在1870年的時候,他卻按元素及原子量的關係來排列它們的週期性。......【更多內容請閱讀科學月刊第550期】

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