科學家提出一種元素週期表新排法,能幫助預測新興材料特性

作者 | 發布日期 2020 年 11 月 30 日 18:48 | 分類 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


元素週期表是幫我們背熟所有元素最快的工具,但這張表對於理解元素相關性不一定完全有用,有些幾乎沒化學相似性的元素也可能相鄰放置。最近,俄羅斯 2 名化學家提出一種元素週期表新排法,以單線性順序重新排列元素,他們認為這種排法能預測哪些簡單化合物具有相似特性,且有助於鑑定新型材料具有哪些性質(比如硬度)。

元素週期表是 18 世紀後期由俄羅斯化學家 Dmitry Mendeleev 所提出,表內有 7 個週期(從上而下 7 排),同一週期中的元素具有相同電子層數,去年科學家剛幫元素週期表慶祝迎來 150 週年。

當時,化學家已經知道元素與化合物之間的區別:元素用一般的化學方法無法分解(例如氫、氧)且能構成其他物質,而化合物則是由 2 種或更多種元素組合而成。到了 19 世紀初,已經有大量間接證據證明原子的存在,1860 年代時,科學家已能依照相對原子量的順序列出已知元素,比如氫為 1,氧為 16。

同時,由於某些元素具有相似的化學性質,例如鋰、鈉和鉀,或者氯、溴和碘,科學家於是根據原子序數(原子核中質子的數量)排序元素,並將化學上相似的元素彼此相鄰放置,也就是如今最標準的週期表。

但事實上,科學家想出了各種版本的週期表,有短的、長的、圓的、螺旋的、甚至三維版本,這些都是傳達相同訊息的不同方式,只不過有些元素要放哪一直存在分歧,他們的位置取決於科學家想突顯的特定性質,比如優先考慮原子電子結構的元素週期表,就會與目前以化學或物理性質為主的週期表不同,有些表將氫排在第 1 組,但一些表將氫排在第 17 組頂部,有些表甚至將氫分為獨立一組。

現在,俄羅斯 2 名化學家 Zahed Allahyari、Artem Oganov 提出,不如思考一種不管原子序數也不反映電子結構、還原為最原始的一維列表,方法是為每個元素分配門得列夫編號(MN),新研究利用原子半徑與電負度(原子將電子吸引到自身的強度)算出這些數字,如果利用 MN 對元素進行排序,那麼毫無疑問,彼此相鄰的元素會擁有相似的 MN。

更進一步利用的話,還能幫助預測某些尚未製成的化合物性質,在尋找新材料的路上會輕鬆許多。新版元素週期表也許還無法替代現有週期表,但透過參考不同週期表,或能幫助我們更加了解元素。新論文發表在《Journal of Physical Chemistry》。

(首圖來源:pixabay