維基少年:元素/週期表
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雖然科學家知道許多元素，但其中許多元素的性質是相似的。因此，如果將它們按其性質進行分組，那麼很容易研究和比較它們的性質。元素週期表是組織所有已知元素的一種方式。在早期，元素只被分為兩組：金屬和非金屬。但有些元素既顯示金屬性質又顯示非金屬性質。它們被稱為類金屬。
人們從古代就知道一些基本的化學元素，如金、銀和銅，因為這些元素都可以在自然界中以天然形式被發現，並且用原始工具開採起來比較簡單。亞里士多德，一位哲學家，理論化一切都是由一種或多種四種元素的混合物組成。它們分別是土、水、氣和火。這更像是物質的四種狀態（按相同順序）：固體、液體、氣體和等離子體，儘管他也理論化它們會轉化為新物質形成我們所看到的東西。
亨寧·布蘭德是第一個發現新元素的人。布蘭德是一位破產的德國商人，他試圖發現“賢者之石”——一種傳說中的物體，據說可以將廉價的賤金屬變成金。他用蒸餾人尿實驗，直到1669年，他終於獲得了一種發光的白色物質，他將其命名為磷。他一直保守著自己的發現秘密，直到1680年，羅伯特·波義耳重新發現了它，並將其公之於眾。
到1809年，共發現了47種元素。隨著已知元素數量的增加，科學家開始認識到化學物質反應方式的規律，並開始設計元素分類方法。
安託萬·拉瓦錫的《化學基本論述》（1789年，由羅伯特·克爾翻譯成英文）被認為是第一本現代化學教科書。它包含了一份元素清單，即不能再分解的物質，其中包括氧氣、氮氣、氫氣、磷、汞、鋅和硫。它也構成了現代元素清單的基礎。然而，他的清單也包括光和熱量，他認為它們是物質。雖然當時許多領先的化學家拒絕相信拉瓦錫的新發現，但《化學基本論述》寫得很好，足以說服年輕一代。
該模型只將元素分為金屬和非金屬，因此不被接受。
亞歷山大-埃米爾·貝吉耶·德·尚庫爾圖瓦，法國地質學家，是第一個注意到元素的週期性，即元素的週期性或重複性——當元素按原子量排列時，相似的元素似乎以規律的間隔出現。他設計了一種早期形式的週期表，他稱之為地質螺旋。將元素按原子量遞增的順序螺旋排列在一個圓柱體上，尚庫爾圖瓦發現性質相似的元素垂直排列。他的圖表除了元素之外還包括一些離子化合物。他的論文發表在1862年，但使用的是地質術語而不是化學術語，也沒有包含圖表；因此，它直到德米特里·門捷列夫的工作才受到重視。[1]
約翰·紐蘭茲是一位英國化學家，他在1863年根據相似的物理性質將當時發現的56種元素分類[2]為11組。他注意到許多相似的元素對，它們的原子量相差八的倍數。
德米特里·門捷列夫（也拼寫為德米特里·門捷列夫），中間名（父稱）伊萬諾維奇，是一位出生於西伯利亞的俄羅斯化學家，是第一個製作出與我們今天使用的週期表非常相似的週期表的科學家。門捷列夫按原子量將元素排列在一個表格中。據說他經常在長途火車旅行中玩“化學紙牌”，使用寫著各種已知元素資訊的卡片。[3]1869年3月6日，他在俄羅斯化學學會上做了一個正式的演講，題目為《元素原子量與其性質之間的關係》。他的表格發表在一份不知名的俄羅斯期刊上，但很快在1869年的德國期刊《化學雜誌》上重新發表。它指出
- 如果按原子量排列元素，元素的性質會表現出明顯的週期性。
- 在化學性質上相似的元素，它們的原子量要麼幾乎相同（例如，Pt、Ir、Os），要麼規律地增加（例如，K、Rb、Cs）。
- 元素或元素組按原子量順序排列，對應於它們的所謂化合價，以及在一定程度上對應於它們的獨特化學性質；正如在Li、Be、Ba、C、N、O和Sn（可能是Li、Be、B、C、N、O和F的錯誤，因為當時元素符號還沒有完全標準化）等系列中所見。
- 分佈最廣的元素的原子量很小。
- 原子量的量級決定了元素的性質，就像分子的量級決定了化合物的性質一樣。
- 我們必須期待發現許多尚未發現的元素——例如，類似於鋁和矽的元素——其原子量介於65和75之間。
- 元素的原子量有時可以透過其相鄰元素的原子量來修正。因此，碲的原子量必須介於123和126之間，不能是128。
- 元素的某些特徵性質可以從它們的原子量預測。
優點
- 門捷列夫預測了其他元素的發現，併為這些新元素留出了空間，即類矽（鍺）、類鋁（鎵）和類硼（鈧）。因此，週期表沒有發生任何干擾。
- 他還預測了一些當時缺失元素的性質（事實證明，很多預測是準確的），以及它們的某些化合物的性質。
- 他指出，當時一些元素的原子量是不正確的。
- 他提供了與原子量順序不同的方法。
缺點
- 週期表中沒有為各種元素的同位素留出位置。
- 他的週期表沒有包含任何惰性氣體，因為它們尚未被發現。但這些氣體被威廉·拉姆齊爵士加入到第0族，而沒有對週期表的基本概念造成任何干擾。
門捷列夫不知道的是，洛塔爾·邁耶也在研究週期表。在1864年發表的作品中，邁耶只介紹了28種元素，分類不是按原子量，而是按價鍵進行的。此外，邁耶從未想到預測新的元素和修正原子量。就在門捷列夫發表了他關於所有已知元素的週期表（並預測了一些新的元素來完善該表，以及一些修正的原子量）幾個月後，邁耶發表了一個幾乎相同的表格。有些人認為邁耶和門捷列夫是週期表的共同創造者，儘管大多數人同意，門捷列夫對未發現元素性質的準確預測使他獲得了更大的榮譽。無論如何，門捷列夫的預測當時給他的同時代人留下了深刻的印象，並且最終被證明是正確的。一位英國化學家威廉·奧德林在1864年也繪製了一個與門捷列夫的週期表非常相似的表格。
1914年，亨利·莫塞萊發現了元素的X射線波長與其原子序數之間的關係，因此根據電子電荷而不是原子量對週期表重新排序。在此發現之前，原子序數只是基於元素原子量的順序編號。莫塞萊的發現表明，原子序數具有實驗可測定的基礎。
莫塞萊的研究還表明，他的週期表中在原子序數43和61處存在空缺，現在已知這些元素是放射性的，並且在自然界中不存在。繼德米特里·門捷列夫之後，亨利·莫塞萊也預測了新的元素。
在1944年曼哈頓計劃的研究中，格倫·西博格在分離鋂(95)和鋦(96)時遇到了意想不到的困難。他開始懷疑這些元素是否更適合屬於一個不同的系列，這可以解釋為什麼新元素的預期化學性質不同。1945年，他違背同事的建議，對門捷列夫的週期表做出了重大改變：錒系元素系列。
西博格關於重元素電子結構的錒系元素概念，預測錒系元素形成了一個與鑭系元素稀土元素系列類似的過渡系列，現在已被科學界廣泛接受，並被納入所有標準週期表配置中。錒系元素是f區（5f系列）的第二行，包括從錒到鐒的元素。西博格隨後對錒系元素概念的闡述，理論化了超錒系元素系列中的一系列超重元素，包括元素104到121，以及包括元素122到153的超錒系元素系列。