元素周期律与对称性 - 中国物理C.PDFVIP

元素周期律与对称性 孙 　婷 　雅 (北京大学物理学院　北京 　100871 ;重庆市涪陵师范学院　重庆 　408000) 　　元素周期律是俄罗斯化学家门捷列夫 1869 年 排列 ,发现其排列的顺序数竟与周期表中元素位置 在对 自然界中各种元素的化学和物理性质的大量实 的排列顺序相符合 。他把这个顺序数命名为原子序 验资料进行分析比较后 ,发现元素的性质随着各元 数 。当时正好玻尔的量子论提出 ,他采用卢瑟福的 素的原子量大小顺序呈现周期性变化而得出的规 原子模型成功地说明了氢原子光谱 。由此莫斯莱认 律 。性质相似的元素组成一族 。例如惰性气体元 识到 ,元素在周期表的位置排列的顺序数就是原子 ( ) ( ) ( ) ( ) 素 ,按原子量大小 ,依次为氦 He 、氖 Ne 、氩 Ar 、 核的正电荷数 Z 单位 e 。这样 ,原来按照原子量 ( ) ( ) 氪 Kr 、氙 Xe 等 ,这些元素的原子的电离能特别大 大小来编序出现的反常现象就得以消除 ,例如 ,碲的 (见图 1) ,不易与其他原子结合 ,在 自然界中以单原 序数等于 52 , 而碘 的序数等于 53 , 即碲在周期表 子分子的形式稳定存在 ,所以称为惰性气体 ,在周期 中的位置应在碘之前 , 而不是在碘之后 。类似 , 钴 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 表中属于零族元素 。又例如氟 F 、氯 Cl 、溴 Br 、 Z = 27 应排在镍 Z = 28 之前 ;氩 Z = 18 应排在 ( ) ( ) ( ) 碘 I , 性质非常相近 , 称为 卤族元素 ; 锂 Li 、钠 钾 Z = 19 之前 。对于个别元素 ,按原子量大小进 ( ) ( ) ( ) ( ) Na 、钾 K 、铷 Rb 、铯 Cs 的性质非常相近 ,称为 行编序与按原子核正电荷数 Z 进行编序之所以不 碱金属元素 。元素周期律的发现 ,是化学发展史中 同 ,是由于元素的各同位素在 自然界中的相对丰度 一个重大里程碑 , 它使化学成为一门系统的科学 。 不同所致 。莫斯莱的发现是理解元素周期律的一个 它对化学实验工作有很强的指导性 ,特别是它能可 里程碑 。元素周期律即是 :元素的性质随着元素的 ( ) ( ( ) 靠地预言一些 尚未发现的 元素的性质 后来在实 原子序数 即原子核的电荷数 Z 增加而呈现出周期 ) 验中都得到证实 。但应该承认 ,人们对元素周期性 性变化的规律 。 的认识还只是经验性的概括 ,尚停留在唯象描述阶段 。 然而对元素周期律的本质的认识 ,是在量子力 学提出以后的事 。这里不仅涉及量子力学规律本身