元素周期表论文参考文献

元素周期律的发现及元素周期表的建立和完善 元素周期律是指元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化的规律。元素周期律是自然科学特别是化学学科中的重要基础理论之一。它的发现是自然科学中的一个重大成就，对化学以致整个自然科学的发展都起了很大的推动作用。元素周期律及元素周期表的建立和发展，使之具有如今的面貌，不是一帆风顺的，经历了辩证法和形而上学⑴之间的激烈斗争过程。自1661年英国化学家波义尔发表《怀疑的化学家》一书。提出元素概念，“把化学确立为科学”⑵以来，在整整一个半世纪中，由于形而上学在人们的思想中占了统治地位，再加上当时所提供的实践资料也不充分。直到1800年，人们总共才发现了28种元素，因而元素间相互联系的辨证性质还不可能被揭露出来，化学工作者只好把多种多样的化学元素看作是彼此独立，互不相关的，对元素进行孤立，割裂的研究，从事着对化学元素的简单堆积。后来，随着生产的发展，科学也大踏步地前进了。形而上学的自然观被自然科学的一系列重大发现，打开了一个又一个缺口，弄得百孔千疮。几十种元素间孤立无关的传统观念，也开始引起人们的怀疑。1815年，普劳特提出“氢原子构成一切元素”的假说，说明元素间不是绝对毫无联系的。由于当时认为氢元素的原子量为1，无法解释像Cl（相对原子质量为35.5）等这样一些带小数的原子量，因而普劳特的看法未能被同时代的人所接受。但是，他认为元素间有联系的思想是可贵的，对以后的工作具有积极影响。普劳特以后的几十年间随着生产实践的发展，特别是人们把电力应用于化学，发现了电解的方法，以及人们利用光谱分析仪器观察了各种元素的光谱之后，不断发现了一些新的化学元素，认识了它们的基本化学性质，揭露元素间具有相互联系的感性材料愈来愈丰富。到1869年，人类已知63种元素，并积累了不少关于这些元素的物理、化学性质的资料。因此，人们产生了整理和概括这些感性资料的迫切要求。在寻找元素性质间的内在联系的同时，提出了将元素进行分类的各种学说。1829年，德柏莱纳⑶把当时54种元素中的15种，按元素间的类似性分成五组，提出了“三素组”的假设⑷。认为一组中的三个元素不仅性质相似，而且原子量的大小也是有规律的，中间元素的原子量，等于前后两个元素的原子量的算术平均值。这是第一次明确地提出了元素的原子量和性质之间的关系问题。1826年，尚古都在圆柱上制成了一个螺旋图。将元素按原子量递增的顺序排在螺旋线上，结果性质相似的元素都在同一垂线上。第一次暗示了周期的概念。1864年，德国人迈耶尔⑸发表了《六元素表》。在表中，他跟据相对原子量递增的顺序把性质相私的元素六种、六种进行分族。但《六元素表》包括的元素并不多，还不及当时已经知道的元素的一半。1865年，英国人纽兰兹⑹把当时已经知道的元素按相对原子质量由小到大的顺序排列，发现从任意一种元素算起，每到第八种元素就和第一种元素的性质相似，犹如八度音节一样，他把这个规律叫做“八音律”，但是，由于他没有充分估计到当时的相对原子质量测定可能有错误，而是机械地按照相对原子质量有小到大的顺序排列，他也没考虑到还未被发现的元素，没有为这些元素留下空位。因此，他按“八音律”排的元素在很多地方是混乱的，没有能正确地揭示出元素间的内在联系的规律。至1869年，总共已有63种化学元素被人们发现，其中金属48种，非金属15种占天然元素的三分之二，俄国化学家门捷列夫⑺在前人的工作基础上，仔细研究了各种元素的颜色、沸点、比重、硬度、导电性、磁性、导热性、原子量等各种性质，分析总结了很多试验数据，对大量的感性材料，经过一番去粗存精，去伪存真，由此及彼，由表及里地改造和处理。他把当时已知的63种元素的名称，原子量，氧化物以及各种物理与化学性质，分别写在各元素的卡片上。他在排列这些卡片时，不仅根据元素的原子量，而且很重视元素的性质及其与其它元素的联系。1869年2月，门捷列夫按原子量递增的顺序把63种元素排列成几行，同时把各行中性质相似的元素左右对齐，当按原子量顺序安排的位置与元素的顺序发生冲突时，他遵从元素的性质而换掉位置，或者留下空位，这样使每一横排化学元素的性质相近，每一纵行化学元素变化也呈现出周期性的变化。1869年在俄国物理化学会议上提出了“元素性质对于原子量依赖关系”的论文，发现了元素周期律，制定了元素周期表⑻。论文中包括下列几个要素：⑴元素如果按原子量的大小排列起来，其性质呈现着明显的周期性。⑵原子量的大小决定元素的特征，正像质点的大小决定复杂物质的性质一样。因此，例如相似的S和Te的化合物、Cl和I的化合物等，也呈现着极明显的差别。⑶应该预料到许多未知的单质的发现，例如类铝和类硅的元素，其原子量在65～67之间。⑷知道了某元素的同类元素的原子量，有时可以修正该元素的原子量。几乎和门捷列夫同时，迈耶尔也提出了类似的元素周期律，并把元素排成一个表。指出“元素的性质为原子量的函数”，并以元素的原子量为横坐标，原子体积为纵坐标，绘制了原子体积曲线。结果，类似的元素在这条曲线上都占有类似的元素在这条曲线上都占有类似的位置，显示出各元素的原子体积和原子量函数关系。元素周期律虽已被门捷列夫揭示出来，公布于世，但并没有完全被承认甚至连他的导师齐宁也笑他是不务正业。在人们的冷漠和嘲笑中，1871年，门捷列夫改进和充实了他1869年制定的元素周期表，今儿发表了⑼《化学元素的同周期性依赖关系》一文，将元素分成八族，同迈耶尔一样划分了主族和副族。同时他以元素周期表为基础，不顾当时公认的原子量，改排了某些元素（Os，Ir,Pt,Au;Te,I;Ni,CO）的位置，校正了一系列元素（Sn,La,Ce,T,V等）的原子量。最后，相应于周期表中的空位，门捷列夫预言新元素：类铝，类硼和类硅的存在及其性质。四年之后布阿博德朗发现了元素镓，证实了门捷列夫预言的类铝。再过四年，尼尔逊发现了元素钪，证实了门捷列夫预言的类硼，又过七年，温克莱尔发现了元素锗，证实了门捷列夫预言的类硅。在大量铁的事实面前，元素周期律才被举世公认。门捷列夫工作的成功，引起了科学界的震动。人们为了纪念他的功绩，就把元素周期律和元素周期表称为门捷列夫元素周期律和门捷列夫元素周期表。但是由于时代的局限，门捷列夫揭示的元素内在联系的规律不是初步的，他未能认识到形成元素性质周期性变化的基本原因。但应当指出，门捷列夫的元素周期律及在此基础上建立起来的元素周期表，也不是十全十美的，还存在不少问题。如：H与Li之间是否还有元素存在？碲（128）和碘（127）等为什么要颠倒排列？稀土元素的数目到底有多少？它们在表中的位置应如何排列？元素的性质随原子量的增加呈现周期性的原因何在？等等。在这些问题还没有解决的时候，周期律由遇到一个严重考验。雷姆赛在1894年发现了惰性气体氩。氩的原子量是39.9。应排在钾（39.1）和钙（40.1）之间，但这里没有留下空位。这一新发现与已经确定的东西发生了抵触，当时仍然有人主张把氩排在钾的前面，也有些人在这新的矛盾面前，竟然怀疑起事实的正确性来，认为氩和后来发现的氦不是化学元素，而是气体混合物，企图以此来解决氩和钾在原子量上的矛盾。1895年雷姆赛又在地球上发现了另一个惰性气体氦。由于氩和氦的性质很相似，又与周期表中以发现的其他元素的性质相差很大，因此使人们设想氦和氩可能是另一族元素，这就使周期表又增添了一个新的“O”族。新的空位有促进了其他惰性气体元素的发展。雷姆赛于1898年又发现了氪，氖和氙，道纳于1900年发现了氡，这些新的科学成果，使周期律逐步地更加完善了。周期律的又一次发展，是自1911年卢瑟福提出原子有核的模型后，莫斯莱于1913年应用X射线的试验方法，测定了元素的原子核所带的正电荷数目——原子序数的工作，发现了原子序数定律。指出：作为周期律的真正基础不是原子量，而是元素原子的核电荷数。这是周期律的一个重要进展，它把元素性质变化的周期性与元素原子的核电荷数联系起来了。解决了若干不按原子量排列的矛盾，如钴（39.1）和镍（58.7），碲（127.3）和碘（126.9），氩（39.9）和钾（39.1）的倒置等。也解决了氢与氦之间不可能再有其他元素的问题。原子量和原子序数增长次序的不一致，又被后来同位素的发现所解决。周期律的第三次大的发展，是波尔于1913年引用了量子理论，得到了电子在原子中的分布具有层状结构的结论。1916年索麦菲提出了轨道分层的理论，并引用了轨道在电磁场中量于化取向的概念。1925年泡利提出两个电子不能共处于同一量子状态上的不相容原理，规定了每个分层中的最高电子数⑽，确立了每个电子在原子中的状态被四个量子数描述，而在同一原子中不能有四个量子数相同的两个电子存在。量子力学的法展，进一步详细的阐明了原子中电子的层状结构。这就揭示了：元素性质呈周期性变化的原因是由于原子的电子层结构呈周期性的变化。一般讲周期律时，都是按周期方向指出元素性质变化的周期性。但是，早在1887年巴扎罗夫就指出：在元素周期表的族中，元素原子量的大小发生周期性的变化。1915年比隆在“第二周期性现象”和其他的一系列工作中，研究了在同周期表的族中元素某些性质非单调呈锯齿形的周期性变化。使我们对周期表，周期律的认识又加深了一步。近几十年来，大量超轴元素的成名⑾，又使周期表获得了新鲜的内容。总之，周期律和周期表自1869年诞生至今的一百多年来，绝对不是固定不变、原封不动的，而是随着实践的深入不断得到修改、充实和发展，有一个逐渐完善的过程。就是今天的周期表⑿也不是完美无缺的，更不能永远停止在一个水平上。随着社会，科技的进步，元素周期律必然会更加完善、充实。

浅谈化学史教育在中学化学教学中的作用 2009级三班邓仁菊 摘 要 在中学化学教学中，通过对化学史的教育，不仅可以激发学生的学习兴趣，培养学生的科学探究精神，而且可以起到开发学生智慧，使学生掌握科学的研究方法的作用。 关键字 化学教学 化学史教育 作用 0 引言 化学史是化学学科的形成、产生和发展及其演变规律的历史。化学史不仅如实地记录了影响化学发展的重要事件，系统地阐述了化学发展的历程，而且向人们展示了化学家们揭开化学现象背后的规律所进行的思维活动和所采用的科学方法，以及他们所具备的科学精神，所呈现的科学道德。关于化学史教育，我国著名化学家、教育家傅鹰教授曾经说过：“化学给人以知识，化学史给人以智慧。”在国内外，化学教育的先行者们都十分重视在课程教学中融入化学史的教育。充分认识化学史教育在化学教学中的地位和作用，采用多种有效途径和方法让学生掌握化学史知识，对于我们全面推进素质教育，提高育人质量有着至关重要的意义。 【1】 1 化学史教育在中学化学教学中的作用 1.1 利用化学史，提高学生学习化学的兴趣 在学生自主性的学习活动中，兴趣是学生学习动机最活跃的表现形式，也是学生能够完成学习任务的重要心理品质。爱因斯坦说过：“对于一切来说，只有热爱才是最好的老师”。初中是学生学习化学的启蒙阶段，教师的主导作用之一是唤起学生热爱化学的情感，关键是培养、强化学生的学习兴趣。普通化学是化学学科的基础课程，过去“填鸭式”照本宣科的教学很容易让学生觉得枯燥无味。引入化学史辅助普通化学教学是克服这种现象的有效方法和手段，可以充分调动学生学习的积极性。 如在讲述九年级化学绪论时，穿插很多化学史的知识，从远古时代人类独有的最伟大的成就——火的发现，到用火过程中得到启示，通过实践掌握了烧制粗陶瓷的技术，到青铜器时代、铁器时代到来，到2008 年神舟七号飞船的升空。一部化学发展史，也是一部中国发展史，由此激发了学生学习普通化学的兴趣，为以后的教学打下了良好的基础【3】。如果教师只是按照书本的固定模式来讲授, 会使学生认为化学就是简单的事实、定律和记忆过程, 这样会使学生产生死记硬背、机械训练, 使学习兴趣降低。若在教学中适时的穿插一些与化学知识相关的趣闻秩事, 引导学生寻求化学发展的历程, 就会增强学生的求知欲和学习兴趣。例如, 在讲有机化合物苯时可以穿插凯库勒确定它的结构时梦见蛇咬尾巴的故事; 在讲氧化反应时, 讲一讲拉瓦锡因为否认燃素说而被送上断头台的故事等等。这些趣味横生又富有哲理的故事和趣闻, 不但能用来活跃课堂气氛、激发学生学习兴趣, 而且有利于加深对基础知识的记忆和理解, 加深对某些科学理论规律性的认识, 从而启发学生独立思考问题, 培养他们分析解决问题的能力, 领悟其中的道理, 取得良好的教学效果。 1.2 利用化学史知识，创设化学教学情境 创设教学情境的目的就在于把抽象、枯燥、单调的化学知识赋予具体的、生动的、丰富多彩的内涵，把化学知识的学习与化学史料联系在一起，通过化学史知识为学生创造一个自主的学习空间。化学科学具有实践性和应用性，只有用具体的生活情景和基于问题所设计的探究活动来代替单调枯燥的具体化学知识、结论的传授，为学生创设一个参与交流、表达、亲身经历活动的机会，才能够让学生体会到化学在社会生活、生产中的价值和意义，才能够【2】 促进学生化学基本观念的建构【4】。大量化学史料为化学这门学科增加了生动性、趣味性, 学生在化学史所创设的情境中, 更易主动建构知识、全面认识科学本质。如在讲授元素周期表的课题时，以门捷列夫的发现其的经历与过程创设情境，引入新课。总之，在化学教学过程中渗透化学史教育有着深远的意义，教师应尽量找好化学史人物事件与学生的结合点，引起学生思维的共振和感情的共鸣，让学生在耳濡目染中受到熏陶，春风化雨中得到浸润【5】。 1.3 开启学生智慧，掌握科学研究方法 通过学习化学史，向学生展示化学家们揭开化学现象背后的规律所进行的思维活动所采用的科学方法，以及他们所具备的科学精神，所呈现的科学道德，从而让学生学习和掌握从事科学研究的正确的方法。如1846 年，瑞士化学家雄班在厨房里做实验，偶然弄洒了一瓶硫酸和硝酸的混合物，他立即抓起妻子的棉布围裙去擦污染，然后又把它放在炉子上烘干，不料，围裙“砰”的一声着火了，烧得一无所有，而且没有一点浓烟。班雄立即意识到这种化合物威力无比，不久，便发明了一种烈性炸药——火棉。从上面这个例子和德国化学凯库勒探究苯的分子结构的思维过程可以体会到他们勇于猜想和用实验事实证明猜测的科学研究方法。学生通过对化学家们的科学探究过程、所采用的研究方法学习, 从他们成功、失败的经验教训, 勇于探索、大胆创新的科学态度, 坚持实践、百折不挠的科学精神, 以理解学习化学史过程中科学的本质, 继而培养学生的科学素养。 1.4 培养学生的科学素养和人文素养 戴安邦教授指出:“全面的化学教育不仅传授化学知识、技术，更要训练科学思维和科学方法”。以氧气的发现史为例，瑞典化学家舍勒和英国化学家普利斯特里都先后发了氧气，这本来是他们发现真理、否定谬误的一次极好机会，在此基础上再前进一步就能揭燃烧现象的本质。然而遗憾的是他们都坚持燃素学说，认为这种气体不含燃素，最后只能与真理失之交臂，把这一绝好机会让给了拉瓦锡。这成为唯心主义和形而上学导致的一个科学悲剧。与此相反，在嘲讽和攻击下，具有高尚科学素养的化学家门捷列夫深知自己研究工作的重大意义，继续对周期律进行深入细致的研究。终于在1869年3月18日，周期表首次出现在他题为《元素属性和原子量的关系》的论文中，在随后的论文中，他又修改了第一张表制作了第二张表，直到最后发现了元素周期律【6】。化学元素周期律的确立，把化学元素纳入了一个完整的体系，使化学进入了系统化的阶段。从以上的故事中我们可以让学生领悟到:科学和真理是不能被谬误和假象打倒的，许多科学家始终坚持实事求是的科学态度、精益求精的工作作风、锲而不舍的钻研精神，获得了一个又一个的重大发明和发现。通过讲解这些史实，使学生在做实验时不要放过一个微小的细节和一个微小的变化，对于每个细节和变化，不要只知其然，还要知其所以然; 对于失败的实验，要找出原因，这样有助于培养学生认真、严谨的科学态度【7】。 1.5 培养学生的爱国主义思想 教师的职责之一就是教书育人，这也就要求我们在教学中不仅要教好书，而且更要注重育人，其中对学生进行爱国主义教育也应该是课程教学中的内容之一。化学史则为我们提供了许多好的素材，例如我国近代化工专家侯德榜为了祖国的化工事业，毅然放弃优厚的待遇回国效力，在艰苦的条件下经过多年努力终于发明了我国自己的制碱法——“侯氏联合制碱法”，将世界制碱技术推向了一个新的高度。又如北京大学教授张青莲院士主持测定了铟、铱、锑、铕、铈、锗、锌、镝等几种元素的相对原子质量新值，被国际原子量委员会采用为国际新标准等。这些事例不仅可以提高学生的民族自尊心和自豪感，在激发学生的爱国主义热情同时，也进一步帮助他们明确努力学习、报效祖国的人生目标。当然，还可以结合我国 当前的国情和科技发展现状，向同学们介绍目前在自然科学领域我国与发达国家之间的差距，帮助他们认识到肩负的历史责任与使命，鼓励他们为了赶上西方发达国家、实现民族复兴，应该更加努力学习。 2 结束语 在课堂中渗透化学史教育，对学生的化学成绩、科学素养、人文素养和整体素质都有不同程度的提高，切实体现了新课程所倡导的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维目标，所以课堂中渗透化学史教育史应该被大力提倡的。通过教育实验和调查发现，高考压力使学生和老师都把精力主要集中在了学习、考试和成绩排位上，因而课堂常常比较压抑，这在一定程度上限制了学生的思维【8】。因此，在课堂上渗透化学史教育，可以给沉闷的课堂带来一些欢声和笑语，缓解同学们心头的重压，使同学们在轻松愉快中学习知识。同时，化学史的引入，还可以引导学生关注国家兴衰、关注社会生活、关注日常生活、关注科技的进步和环境的改善等，对学生的科学素养和人文素养的提高都大有帮助，这也是新课程改革的基本理念之一。 参考文献 [1] 苏敏. 化学史教育的意义[J]. 湖北广播电视大学学报 , 2011,(06) [2] 刘传银，薛梅，杨晓芳. 浅谈化学史教育对学生学习兴趣的影响[J]. 教育教学论坛 , 2006,(06) [3] 杨光瑞，李东颖. 普通化学教学中化学史教育的作用[J].华北水利水电学院学报（社科 版），2010，（03） [4] 闫云龙. 构建学生化学基本观念的教学实践研究[D].山东师范大学，2010：12-13 [5] 王朝阳，肖信. 化学史人文教程[M].北京：科学出版社，2010.5：123-127 [6] 巩育军. 在专业课教学中教书育人的思考与实践[J].广州化工，2011，（14） [7] 徐松林. 化学教材中化学史料分析及其教育价值研究[D]. 西南大学 , 2011：15 [8] 陈磊磊. 上海地区化学教材与教学实践中融入化学史教育的研究[D]. 华东师范大学 , 2010:38