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科學講堂:元素排排坐 成員續添加

2016-09-07

兩世紀變遷 料有第八列出現

由本學年開始,科學講堂的內容會更貼近香港中學課程,讓學子除了學習課本上的內容,還更了解科學的歷史及起源,而當中的應用更會與現實生活融會貫通,讓學習變得更有意義。

元素周期表從何而來

什麼是元素?

自古以來,科學家對物件的本質均很有興趣。公元前330年,希臘哲學家柏拉圖提出世上所有物事均由4種元素所組成,它們是風、火、水及土。

然而,今日我們知道元素(element)只以一種原子(atom)所組成,不能以化學方法分解,如金(gold)、銀(silver)、氧(oxygen)等均為元素。

而化合物則由多過一種原子所組成,例如水(H2O)就是由兩個氫(hydrogen)原子及一個氧原子所組成,我們生活中身邊的大部分物質,例如塑膠、玻璃,甚至人體內的蛋白質及植物中的碳水化合物等,均為化合物。

歷年經多國專家分類排序

工業革命以後,越來越多元素被發現,科學家希望為它們列表排序。1789年,法國科學家Antoine-Laurent de Lavoisier 提出元素為不可被化學分解的觀念,並把它們分為兩類:金屬及非金屬。這個分類相當簡單,但不夠全面。

1829年,德國科學家Johann Wolfgang Dobereiner 把3個性質相似的元素歸為一組,當中包括:一,鋰(lithium)、 鈉(sodium)及鉀(potassium);二,鈣(calcium)、 鍶(strontium)及鋇(barium);三, 氯(chlorine)、溴(bromine)及碘(iodine)。這個分類有點像元素周期表的雛形,但仍然不全面。

1862年,法國地質學家Alexandre-Emile Bmguyer de Chancourtois 把元素依原子質量(atomic mass)排序,發現當中的周期性,並把化學特性(chemical properties)相似的元素放在同一縱行。

1864年,英國化學家把當時已知的62個元素分為8組,即他已經發現元素排序是以8為1個周期。

「始祖」由俄化學家設計

1869年,俄羅斯化學家Dmitri Mendeleev利用當時已有的資料,反覆測試,排出與今天我們課本上很接近的元素周期表。因為那個時候已確知的元素不過63種,所以當他排列時,大膽留下了空位,準確預測了當時未被發現的元素的存在和性質。

利用他的元素周期表,他發現某些元素當時被量出的原子質量不正確,亦作出了修正。

在資料不足的情況下,把元素排序並不容易,要顧及元素的周期性、化學特性及原子質量。故此,Dmitri Mendeleev被稱為元素周期表之父。

今表以「列」「族」組成

今日的元素周期表(periodic table of elements)是依據元素的化學特性、電子排列(electronic configuration) 及原子序數(atomic number)而排列的一個圖表。表中橫行稱「列」(period),現共有7列。從左至右,左邊為金屬,右邊為非金屬,而且原子序數愈來愈大。縱行稱「族」(group),共有18族,每一族均有其相似的化學特性。

元素周期表中尚有許多特別之處,其中之一是第一個元素氫並不屬於任何一族,縱使它外在只有一粒電子,因為它不是金屬,故不能分類。下期我們將會探討第一及第二族的金屬元素。

蘇格蘭科學家發現貴氣體 「第零族」入表

然而,Mendeleev的元素周期表仍然未為最佳,因為這個周期表不能預測惰性氣體(inert gases)或貴氣體(noble gases)。

後來蘇格蘭的William Ramsay發現貴氣體,並把它們加入元素周期表中,以第零族表示,以不影響原來的排列,Ramsay亦因此於1904年獲得諾貝爾化學獎。

小 結

直至2016年8月,科學家們發現了118種元素,剛好把元素周期表填滿。如果科學家再發現新的元素,那將會有第八列的出現,相信會十分哄動。1965年諾貝爾物理學獎得主Richard Feynman甚至預測最多會出現137種元素。 ■吳俊熙博士

作者簡介:畢業於加州大學洛杉磯分校(UCLA),曾任教於加州的州立大學及香港大學,現於洛杉磯Pierce College化學系作助理教授。可通過www.facebook.com/drbennyng聯繫吳博士。

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