化學(xué)元素周期表的其它幾種形狀樣式
實(shí)驗(yàn)室k / 2019-01-17
眾所周知，球的表面積與半徑的平方成正比。半徑翻倍，表面積就是原來(lái)的4倍。半徑是原來(lái)的3倍，那么表面積就是原來(lái)的9倍。原子的表面積也會(huì)隨著半徑的加長(zhǎng)而猛增。
表面積變大，原子核周圍電子軌道的種類也相應(yīng)增多，甚至?xí)霈F(xiàn)內(nèi)層軌道的能量比外層更高的反常情況。這會(huì)導(dǎo)致電子先把外圍軌道排滿，然后才排布至內(nèi)層軌道。有這種特征的元素被稱為“過(guò)渡元素”。
最外層軌道的電子排布是決定元素性質(zhì)的關(guān)鍵因素。根據(jù)這一點(diǎn)編制的元素周期表就如下圖所示。
普通的元素周期表只把鑭系元素和錒系元素放在同一格里，而這張表是把所有過(guò)渡元素都集中起來(lái)。我們也可以說(shuō)它擴(kuò)大了鑭系和錒系的范圍。
其實(shí)人們?cè)诤荛L(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)使用的是下圖這種短式周期表。當(dāng)時(shí)大家還不了解元素的電子軌道，所以這張表的編排方式和上圖有很大的差別，但是“將過(guò)渡元素的一部分集中在一起”是兩者的共同點(diǎn)。
最外層軌道的電子數(shù)量相同，只有次外層的電子數(shù)量不同——這就是過(guò)渡元素。到第6周期就更夸張了，最靠外的2層軌道的電子排布都完全一樣。這些元素就是稀土元素。
如果不把稀土元素集中在一格里，而是像過(guò)渡元素一樣分別列出的話，就會(huì)變成下圖那樣中間細(xì)兩頭粗的元素周期表。
這樣的周期表太寬，看起來(lái)很不方便，所以人們才會(huì)把稀土元素集中起來(lái)。我們熟悉的周期表就是這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的。
除此之外，還有一種顛覆傳統(tǒng)思路的周期表。
在我們的印象中，第1列元素應(yīng)該在最左邊，而第18列元素應(yīng)該在最右邊。如果換一個(gè)思路，把第1列和第18列接起來(lái)呢？（見(jiàn)下圖）
2號(hào)元素氦之后本來(lái)是3號(hào)元素鋰，10號(hào)元素氖后面本來(lái)是11號(hào)元素鈉。它們之間本就沒(méi)有“斷檔”。要是我們不在第1列和第18列之間切一刀，而是把第3列和第4列切開(kāi)，就能畫(huà)出一張國(guó)會(huì)議事堂形的元素周期表。這張表能直觀體現(xiàn)出“周期數(shù)越大，所屬元素的數(shù)量就越多”，也讓我們充分感覺(jué)到，“原子”這一球體的表面積會(huì)隨著原子序數(shù)的增加而擴(kuò)大。
事實(shí)上，第3列和第4列之間也沒(méi)有“斷檔”。所有元素都按原子序數(shù)依次相連。但是我們不可能在平面上完美體現(xiàn)出這一點(diǎn)，再怎么紋盡腦汁都沒(méi)用，就好像我們沒(méi)法在平面上畫(huà)出方向和比例都完全正確的世界地圖一樣。要追求準(zhǔn)確性，就得用地球儀。
于是就有人研究起了立體的化學(xué)元素周期表。其中最著名的莫過(guò)于京都大學(xué)前野悅輝教授構(gòu)思的“Element Touch＂。甚至有人將它稱為“周期表地球儀”。
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