- 文章分類 -

文章專區

2019-06-02門得列夫不是唯一 片解中西方元素週期表 594 期

Author 作者 張澔/義守大學通識教育中心教授。

19 世紀俄國化學家門得列夫(Dmitri Mendeleev)於 1869 年在歐洲提出元素週期表,預測某些元素的發現,也校正一些現有元素的原子重。 然而,看似神奇又有些不完美的元素週期表,隨著更多元素的發現與更精確的原子量數據,全世界的化學家陸續提出各式各樣的週期表,希望能修訂門得列夫的週期表。但最終,現今化學教科書中所使用的依然是門得列夫所提出的週期表。

圖一:1864 年邁耶爾發表於《現代化學理論》(Die modernen Theorien der Chemie)的週期表。(By Kawarayaki - Own work, CC BY-SA 4.0, Wikimedia)

 

元素週期表的起源

在發表150 年之後,當人們回顧這段化學史的傳奇故事時仍然很關心, 究竟是誰發明元素週期表?在大學化學原文書,甚至是高中化學教科書中,翻開的瞬間就能看到的週期表。好奇的學生不禁會問,曾幾何時門得列夫的週期表就靜靜躺在教科書中?有這麼多種的週期表,為何是他的週期表最後勝出?而化學史學者則不禁提問,元素週期表是何時傳入中國?中國人是否曾經提出元素週期表或類似概念?

其實,在門得列夫提出週期表之前,就已經出現一些類似週期表的雛形,其中較被大眾所討論的是德國化學家邁耶爾(Lothar Meyer)的元素分類表(圖一),他在1864年就按性質、原子重大小與鍵結強弱排列元素的位置,共有16 行,而且對鉈(thallium, Tl)的原子重保有質疑,因此有些化學史學家認為他應該與門得列夫同列為發明週期表的人。



圖二:1869 年門得列夫所發表的週期表,注意此表格的行列與 現代元素週期表正好相反:週期為縱行、族為橫行。(By Sadi Carnot at en.wikipedia, wikimedia)


雖然誰是第一位提出元素週期表的人尚有不同的看法,但無庸置疑的是,門得列夫的元素週期表最讓人驚奇,因為按照他的週期表竟然可以預測未發現的元素,並能校正當時的原子量。在19 世紀時,原子量是以元素之間相對重量而產生,並非實驗測得而來,所以有些原子量不是很準確。因此,他於1869 年在德國化學期刊所發表的週期表中(圖二),便對第三行最後 3 個原子量,當時被認為原子量是 56 的鉺(erbium, Er)、60的銦(indium, In)、75.6 的釔(yttrium, Y)、第四行118的釷(thorium, )與第七行 197 的金(gold, Au)提出質疑。除了對金原子量質疑有錯誤外,後來實驗發現鉺、銦、釔與釷的原子量分別是 167、114、88 及 232,與當時所測的原子量有很大的誤差。讓人更佩服的地方在於,門得列夫當時還列出在原子量為 45、68 及 70 的位置尚有未發現的元素。後來,於 1875 年被發現的鎵(gallium, Ga), 其原子重就是 69;1879 年所發現的鈧(scandium, Sc) 原子量為 45;1886 年被發現的鍺(germanium, Ge)原子量則是 72。這些往後的發現,都讓眾人不得不對他的週期表刮目相看。......【更多內容請閱讀科學月刊第594期】