最炫化学元素周期表（元素周期表150年了）

提到元素周期表，几乎每一个化学实验室的墙上都会有一张，2019年是元素周期表诞生150年， 为了庆祝元素周期表的诞生150周年，联合国2018年宣布将2019年定为国际化学元素周期表年。

大多数情况下，我们会认为元素周期表的创造归功于俄国化学家迪米特里·门捷列夫（Dimitri Mendeleev）。 他在1869年将当时已知的63种元素写在卡片上，并根据不同元素的物理和化学性质对它们进行排列。

但是回顾历史，门捷列夫其实并不是第一个创造元素周期表的科学家，在他之前，也有许多人在尝试对这些元素进行排列，找出规律。

比较著名的就有化学家约翰·道尔顿（John Dalton），他也试图为元素创造一张表格和标注一些易于识别的符号，但是由于各种原因，它们在当时都没能流传开来；约翰·纽兰兹（John Newlands）也根据元素的不同属性对它们进行相应的分类。

约翰·道尔顿的元素列表

与其他人不同之处在于，门捷列夫意识到某些特定元素可能是缺失的，还有待人们进一步发现，所以他就在这些表格中留出了一些可能性。因此 在道尔顿、纽兰兹和其他人列出已知的元素表的基础上，他创造性的为未知的元素留出了空间。更令人佩服的是门捷列夫还准确地预测了缺失元素的性质。这是门捷列夫的元素周期表首次发表时的样子，它发表于1869年。

门捷列夫的元素周期表中含有缺失的元素

比如在门捷列夫周期表中，他在Al（铝）旁边留给一未知金属一个空间。门捷列夫预言该未知金属的原子质量为68，密度为6克/cm3，熔点很低。六年后，在法国化学家保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰（Paul mile Lecoq de Boisbaudran）分离出的镓（Ga）元素中得到验证，镓的原子质量为69.7，密度为5.9 g/cm，熔点很低，一旦碰到人的手就会融化成液体、镓的发现完美的填补了门捷列夫留下的空缺。同样对于钪（Sc）、锗（Ge）和锝（Tc），门捷列夫也做了同样的留白与预测。但直到1937年，人们才发现了元素锝。

乍一看，门捷列夫的表格与我们熟悉的元素周期表不太一样。主要原因在于：现代的周期表上有一些被门捷列夫忽略的元素，比如惰性气体（如氦、氖、氩）。另外这张表的排列方式也与现代版有所不同，现在是将元素排成列，然后再按行排列。

现代版的元素周期表

如果我们把门捷列夫的表格旋转90度，就会惊喜的发现，它与现代版本的周期表有很多相似之处。例如，卤族元素——氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）和碘（I，门捷列夫表格中的符号J）——相继出现。如今，它们被排列在元素周期表的第17列中，化学家们更喜欢称其为第17族（第七主族VIIA ）。

关于周 期表的一些探索

从门捷列夫的表格到我们所熟知的现代版元素周期表，似乎只是一个小小的旋转。事实上，在门捷列夫的论文发表后，多年来人们其实对化学元素的其他排列和分布也进行了大量实验。 在将门捷列夫的表格进行永久的90度翻转之前，曾经有人有人尝试过大胆而古怪的扭转了。

Theodor Benfey的螺旋周期表（1964）

一个比较引人注目的旋转就是海因里希·鲍姆豪尔（Heinrich Baumhauer）在1870年发表的螺旋结构，盖螺旋结构是以氢元素为中心，元素随着原子质量增加呈螺旋式上升。每个从中心到外围的直线的辐射上的元素具有相同的属性，和现代版的元素周期表中同一族的元素一样。另外亨利·巴塞特（Henry Basset）在1892年也提出了很有创意的“哑铃”方案。

Heinrich Baumhauer的螺旋

但是，到了20世纪初，周期表就就慢慢定型成了今天这种水平布局，类似于海因里希·维尔纳（Heinrich Werner）1950年设计的现代版本，把 稀有气体第一次排列在表格最右的位置。维尔纳也借鉴门捷列夫的做法，在表格中留下了空白，但是他的猜测过于大胆。他认为存在有比氢更轻的元素，认为氢和氦之间还可能存在另一种元素，但是经过实践证明，这两者在事实上都不存在。

Heinrich Werner设计的元素周期表

这张表格看起来和现代周期表非常相似了，但它仍然需要一些重新的排列。特别有影响力的是Charles Janet的版本。他采用物理学家的方法，采用新发现的量子理论，建立了一个基于电子构型的布局。由此产生的“阶梯”表格受到许多物理学家的青睐。尽管当时一直元素只有92个，但是Janet还是为直到120号的元素都提供了位置。

Charles Janet的“阶梯”的元素周期表

现代的元素周期表实际上是在Janet的版本直接演变而来。比如碱金属（以锂为首的第一主族元素）和碱土金属（以铍为首的第二主族元素）被从最右边移到了最左边，这样就形成了一个非常宽的元素周期表。这种布局也存在问题：它不能很好布局或书面呈现；后来主要是出于美学原因，在f-区元素（指原子壳层最外层电子占据f-轨道，也就是镧系和锕系元素）通常也被剪切下来，放到主表的下面。元素周期表就演变到我们今天所熟悉的样子。

其实，人们并未停止尝试修改周期表的布局：其中螺旋状和3D版本尤为流行，另外，Mark Lorch把门捷列夫的表格和亨利·贝克的伦敦地铁地图这两个标志性的图形融合在一起：

元素周期表浴室

图片来源：Jan Radford

之前看到过一个在浴室瓷砖上用马克笔写元素周期表的简陋版，而这个就是整齐漂亮的高配版了。不过因为是20年前装修的浴室，所以第七周期的后面和现在相比缺失比较多。

迷你元素周期表

图片来源：Robert LeSuer

这是一个3D打印的立体迷你元素周期表，它体现了元素的第一电离能。如果你对3D打印元素周期表感兴趣也可以查看他们的论文→DOI: 10.1021/acs.jchemed.8b00592

元素周期表艺术字

图片来源：Daniel Price

手绘艺术字风格的元素周期表，就是字一眼看过去有点看不懂_(:з」∠)_

乐高元素周期表

图片来源：Tom Kuntzleman

这个版本细节非常有趣！其实每个格子都是有设计过的，比如氢元素的格子有一个小火箭，表示液氢有作为火箭燃料使用过：

看全部的细节介绍可以访问网站→https://sites.arbor.edu/legoelements/

元素周期表十字绣

图片来源：Meagan Oakley

元素周期表茶杯

图片来源：Tianfei Liu

中文元素周期表和茶杯非常般配了。

元素周期表蛋糕托

图片来源：Sally B Chemistry

用纸杯蛋糕拼出元素周期表已经是一个比较常规的操作了，而有了这个蛋糕托架就更省事了……

最后还有AR版的元素周期表。

（ 来源：酷炫科学 版权属原作者 谨致谢意 ）

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