chemitry 2 单位基本定律与元素周期表

Posted 2022-03-23 bbcfive

　　如何定义一公斤有多重？一块铂铱合金，称为“国际公斤原器”。这块金属的重量，定义了一公斤的重量。在国际单位系统中，一共只有七个公认的单位（m-meter-length, kg-kilogram-mass, s-second-time, A-ampere-electric current, K-kelvin-temperature, cd-candela-luminous intensity, mol-mole-amount of substance)，所有其他的单位都是由这七个单位推导出来的。有些基本单位是从实际存在的值所推导出来的，它并不是一个宇宙皆准的定义。一秒钟是地球自转一圈时间的六十分之一、的六十分之一、的二十四分之一。虽然“秒”的定义看起来很基本，但当你注意一些细节你就会发现事情变得有点麻烦。例如：地球自转的速度正在越来越慢，这表示秒也要跟着变慢吗？当然不，这会搞砸有史以来的一切计算。所以“秒”已经离“以实际数字来定义”越来越远。单位对所有学科来说都很重要。“火星气候探测者号”当初坠落火星，就是因为地面人员用错单位。不要让单位做任何你没有叫它做的事，它们很鬼祟。而很多化学的工作就只是在转换单位。
　　单位的建立和统一对于科学的发展具有重要的意义。帮助建立公制的法国科学家安托万-洛朗·拉瓦锡是一个神奇的人，他擅长地理学、植物学、生物学和物理学，以及化学。他被称为有史以来最伟大的化学家，是他否定了“燃素说”，并将其更新为“氧化说”，指出动物的呼吸实质上是“缓慢氧化”；他给出了氢与氧的命名，还使化学从定性转为了定量，并在1789年发表了第一个现代化学元素列表，列出33中元素。他倡导并改进定量分析方法并用其验证了质量守恒定律（也称物质不灭定律），即：在化学反应中，参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和。这些发现和方法对于化学学科的发展有着至关重要的作用。
　　40年后，在俄罗斯一个偏远的村庄里，一个男孩出生了。他有十个兄弟姐妹，父亲在他小时候去世了，母亲为了维持家庭生计并供他们上学，重启了家庭附近的一个废弃化工厂。一年之后，化工厂爆炸了…母亲无法再供孩子们读书学习，但她看出了这个男孩的聪颖天资以及科研潜力，于是“抛弃”了剩下的孩子，独自带着这个男孩，不远万里去莫斯科求学，然后毫无意外地遭到拒绝。但是，母亲没有放弃，她又一次带着男孩长途跋涉到圣彼得堡——男孩父亲科研的城市来求学，这一次，他被学校接受了。于是，他开启了一生求学之路。他就是门捷列夫。
　　门捷列夫在拉瓦斯以及前人的实验基础上研究原子的数据，经过大量时间的分析，他发现了原子的一些共性及特性。最后，按照一定的元素规律，他制作出了元素周期表。

　　从左边开始，我们有柔软、闪亮、活性极高的碱金族，活性高到必须存放在油或是惰性气体内以防他与空气接触反应。碱金族最想要的事情就是丢掉一个电子，是自己变成带正电的离子，或成为阳离子（cation），而他们最喜欢跟周期表另一侧的辣妹黏在一起。所以你无法从自然界中直接发现他们，而需要从含有他们的化合物中提炼他们；

　　接下来是碱土族（左第二列），活性算大但没有碱金族大，会形成带两个正电的阳离子；

　　中间这块灰色长方形内的过渡金属就是一般我们遇到的金属。大部分元素都是金属，他们活性偏低，是好的热导体、电导体。他们可锻铸、折弯、塑形、捶打成板状，而且在化学中非常重要，有着令人惊讶的相似性；

　　在最右边的惰性气体的隔壁，是卤素族（右第二列），一群活性极高的气体，喜欢形成带一个负电荷的离子或称为阴离子（anion），并且喜欢与碱金族和碱土族发生反应；

　　卤素族和过渡金属中间的长方形包含了一些零散的金属、主族金属、非金属和气体等等，这些家伙不会变成离子，除非你使用一些手段，例如用其他离子射他们。基本上，有许多的共价有机化学在这边发生；

　　最下面的两行是镧系元素和锕系元素，在门捷列夫时代大部分还没有被发现，因为他们互相太相似了以至于几乎不可能将他们互相分离；

　　最后在最右边，是当时也还没被发现的活性超级低的惰性气体。

　　元素的周期性是一个物理现象，来自于电子的作用，虽然电子某方面很诡异但绝不神秘。门捷列夫当年的时代认为周期表是一个螺旋或圆柱状的，一端的元素跟另一端的元素接在一起。但他制作的周期表更像是一个地图状的（可能是因为出版社不知道如何打印3D的周期表）。现在的元素周期表仍然是不完善的，还有更多的元素等着被发现。因为有这张表，我们可以提前了解到未被发现元素的一些特性，这是元素周期表最伟大的作用之一。