门捷列夫通过整理前东说念主蕴蓄起的数据彩娱乐注册CLY588.VIP,发现了元素周期律。这是化学上的伟大发现。
但是,元素的化学性质为什么会出现周期性的变化,这背后的原因是什么?
古人云:“运势如轮转,吉凶相依存。”在浩瀚的星象与命理之中,总有些生肖看似平凡无奇,却蕴藏着惊人的潜力,如同静待时机的黑马,一旦条件成熟,便能一飞冲天,逆风翻盘。
门捷列夫本东说念倡导志到:他不知说念这问题的谜底。他肯定,翌日的磋议会揭示出背后的原因。
20世纪初,物理学家在对原子的磋议上赢得了惊东说念主的进展。终于,东说念主们不祥阐明元素周期表背后的奥秘了!
这一爽脆竖立,值得每位学生了解、赏玩与品味。
兰兹伯格的初等物理教科书中,对这一竖立作念了精彩的涵养。
这出当今这套书第3册第22章“原子结构”的第15节。
这一章共17节,讲了许好多多极其进攻的实践,比如,原子的大小与质地,基本电荷,带电粒子质地的测量,电子质地随速率的增多,同位素,以及原子的核式模子,原子的能级,光受激辐照,原子的可见光谱与X光谱。第15节盘问门捷列夫的元素周期系统,终末两节先容光量子与量子力学基础。
原书中这部天职容(第15节)占了接近3页。为了浅薄群众意会,我把它分红3个部分:
第一部分:原子的行星模子怎样阐明了元素周期表中的礼貌性;
第二部分:为什么原子的化学性质只由最外层电子决定;
第三部分:原子为什么这样牢固(坚固)。
第一部分
门捷列夫发现的,元素化学性质变化的周期律,反馈出了原子结构中的内在礼貌性(黑体字是我翻译书中的原句)。
这句话直击要害。当咱们濒临元素周期表时,假定咱们还莫得学过原子结构的基础常识,能不可料到:元素化学性质发达出的周期性变化(天然不是数学上哪种严格兴趣兴趣的周期性——这个不进攻),反馈的是原子结构的内在礼貌性?
咱们应该料到这少许,或者,咱们应该带领孩子料到这少许。咱们在学习的时分,不应只是肃穆事实,还必须肃穆事实所指令的兴趣兴趣。
作家紧接着说:因此,元素周期律不但对于化学,而且对于物理学,皆具有头等进攻性。
对于原子结构的“及格”表面,必须不祥阐明元素周期表中反馈出来的元素化学性质的礼貌性。
是以彩娱乐注册CLY588.VIP,比如,说念尔顿的原子结构模子,在元素周期律被发现以后,就称不起“及格”了。
这一章的前边先容了物理学家开辟起来的原子的行星模子,何况标明,行星模子不祥告捷地阐明好多复杂的格式(氢原子的光谱等);
当今,它能阐明元素周期表呈现出的礼貌吗?(咱们必须意志到,原子结构的表面要承担的任务有何等费劲,它需要阐明些许各式千般的事情!)要是能,是怎样阐明?
原子具有各式千般的行为。它们什么时分发达出化学性质?作家指出,当原子之间的碰撞引起分子的造成时,原子发达出它们的化学性质。
当原子之间发生碰撞时,相互靠得很近,按照原子的行星模子,它们的电子壳层相互作用(影响)。因此,原子的化学性质由其电子壳层的结构决定,最终是由原子的核电荷数决定。因此,周期表中的元素是按照核电荷数增多的步履陈列的。
这还阐明了,为什么同位素原子(原子核质地不同,但核电荷数疏导)具有实足疏导的化学性质。
接下来需要弄明晰,原子化学性质与其电子壳层结构之间的具体关系是怎样的?为了看出这些关系,作家用图表给出化学周期表中前3个周期每种元素的电子壳层结构。
肃穆到:一种给定元素所在的族的序号,等于终末一个被填充的原子壳层中的电子数量。每族中的元素具有相似的化学性质。
由这不错得出,原子的化学性质是由终末一个未被填充完的壳层中的电子决定。这些电子被称为价电子。
价电子的数量决定了元素的化合价。比如,锂,钠,钾只好一个价电子,它们皆是单价的。
电子壳层被填充完的原子莫得价电子,化学上是惰性,组成零族元素,因为价电子数量为0。
当原子的电子数量增多时,元素的化学性质从金属变为非金属。当下一个壳层被填满时,得到惰性元素。随着电子数量进一步增多,新的壳层运行被填充,彩娱乐登陆网址运行新的周期,元素再一次从金属向非金属过渡。
从第四个周期运行,电子壳层的填充步履变得复杂,书顶用小号字体纰漏先容了磋议实践。这样作念是理智的;中学的科学课应幸免太深邃复杂的实践,用最纵情气把最基础的实践阐明透顶。
终末,作家用一句话归来元素化学性质周期性背后的原因。它是由于,元素化学性质主要由原子最外层电子数量决定,而当各个壳层挨次被填充时,最外层电子数量是周期性叠加的。
第二部分
但是,决定原子化学性质的,为什么只是原子的最外层电子,而不是全部电子呢?
作家莫得在前边的论断那边停住,而是紧接着提倡这个问题。
因为,前边只是通过相比前三个周期中每种元素的电子排布情况,预计出元素的化学性质是由原子最外层电子决定。咱们并不睬解为何会是这样。
当今必须进一步雅致这一问题。
作家这样阐明:化学反应中每个原子开释或招揽的能量,不跨越几个电子伏(参考前边的统共老到题)。这个能量实足改换原子的外层电子排布。关联词,要想改换内层电子的轨说念,这个能量太低了,内层电子的跃迁能比外层电子大得多(参阅本章14节)。因此,当原子汇集要素子时,内层电子的排布保握不变。[注]
注:我心爱这样想:刮大风时,海面卷起好多米高的巨浪,吓死东说念主。但是,这只发生在大海名义,而在海水深处,一切如常。在化学反应中,原子的情况亦然如斯。天然咱们看到反适时发出夺方针色泽,或其它权贵的变化,但在原子里面,一切如时常相同。通盘的变化皆只是发生在原子的最外层汉典。
作家莫得停留在这里,而是用另一件笔据佐证这一阐明。
这笔据来自光谱学。光谱学中有一个引东说念主介怀的事实:化合物的X射线谱,是组成它的各元素的X射线谱的纰漏叠加。
与X射线谱不同,可见光谱是由外层电子的行为决定的,这些电子正巧即是决定原子化学性质的那些电子。是以,化学性质相似的元素,可见光谱亦然相似的。(科学最奥秘的地点之一,即是使东说念主们在原先合计互不干系的格式之间发现磋议!)
当原子造要素子时,“化学”电子,同期亦然“光学”电子,发生重组,从而,原子的光学性质随着改换。
这即是为什么,分子的光谱与组成它的各原子的光谱时时存在权贵的永诀。
第三部分
在限制这一节的时分,作家又研讨了原子的牢固性(强度)问题。
这一章的第1节已指出过,原子比分子牢固得多,或者说,坚固得多。
中学化学书常会告诉学生:在化学反应中,天然分子改换,但原子不发生变化。关联词,好多书不会告诉学生,这标明原子比分子结子得多,牢固得多。
作家指出,原子的牢固性,是由于原子核的牢固性。当原子的性质发生变化时,比如,变成离子,或汇集要素子时,只是外层电子发生重组,而原子核不受影响。
是以,历程这样的变化后,原子很容易从头变回本来,比如,从离子变回中性原子,分子领会为原子。
为了使原子发生更剧烈的变化,必须让原子核的核电荷数发生改换。这是可能的。不外,由于原子核越过小何况越过坚固,这需要极其庞大的妙技。
终末一句话指向第24章,原子核与核反应。
注2:化学反应顶用到的妙技一般是研磨、溶化、加热、通电流、高压等等。
这短短的一节,是不是教给咱们好多东西?
而且,作家不是告成把论断向读者布告,而是带领读者想考,一步一步到达方针。
他涵养得很清雅,一步也不跳过。
他的视线又那么无边,带领咱们看到好多枢纽事情之间的内在磋议。
我本东说念主读完这一节彩娱乐注册CLY588.VIP,是很受栽种而又很享受的!