Question

元素周期表中的元素是如何排列的

Answer 1

元素周期表的排列规律是依据元素原子的电子层数，以及最外电子层上的电子数目。电子层数相同的元素排列在同一横行，最外电子层上的电子数目相同的元素排列在同一纵行。
详细资料如下：
人类天生就有将凌乱的知识材料整理、组织、系统化的渴求。元素周期律的发现史充分展现了人们追求真理时不倦的探索精神和坚韧不拔的毅力。

十九世纪初，戴维用电解法和热还原法制得了钾、钠、镁、钙、锶、钡、硼和硅，并证明了那种黄绿色的气体是元素氯而不是所谓的“氧化盐酸”。戴维使元素的种类增加了九种。在这前后，法拉第的好友、曾与戴维竞选英国皇家学会主席的武拉斯顿制得了铑和钯；贝采里乌斯发现了铈、硒和钍；库特瓦用浓硫酸处理海藻灰母液，制得了单质碘；本生的老师斯特罗迈耶用烟怠还原氧化镉制得金属镉；首先合成并研究尿素的维勒用金属钾还原无水氯化铝，制得了纯净的金属铝；溴是用氯气氧化制得的。十九世纪上半叶，由于化学分析方法的丰富，人们还发现了钽、锇、铱、锂、钒、镧、铌、钌、铽、铒。及至本生和基尔霍夫创造光谱分析法，在1860年到1863年的四年间人们发现铯、铷、铊、铟四种元素，掀起了元素发现的又一个高潮。 到此，人们已经发现了63种元素。

在对物质、元素的广泛研究中，关于各种元素的性质的资料，积累日愈丰富，但是这些资料却是繁杂纷乱的，人们很难从中获得清晰的认识。整理这些资料，概括这些感性知识，从中摸索总结出规律，成为当时化学家面前一个急待解决的课题

道尔顿提出科学原子论之后，许多化学家都把测定各种元素的原子量当作一项重要工作，并逐渐明确了原子价（化合价）的概念。这样就使元素原子量与性质（包括化合价）之间存在的联系逐渐展露出来。早在1829年，德国化学家德贝莱纳就提出了“三元素组”观点。他把当时已知的54种元素中的15种，分成5组，指出每组的三种元素性质相似，而且中间元素的原子量等于较轻和较重的两个元素原子量之和的一半。例如钙、锶、钡，性质相似，锶的原子量大约是钙和钡的原子量之和的一半。氯、溴、碘以及锂、钠、钾等元素也有类似的关系。然而这样的关系即使是当时的54种元素也不能普遍适用，所以没有引起化学家们的重视。

1862年，法国矿物学家尚古多提出一个“螺旋图”的分类方法。他将已知的62种元素按原子量的大小顺序标记在绕着圆柱体上升的螺旋线上，这样某些性质相近的元素恰好出现在同一母线上。因此他第一个指出了元素性质的周期性变化。但是他没有区分主族和副族，一些性质迥异的元素，如硫和钛、钾和锰都跑到同一条母线上了。

两年内尚古多先后把有关的三篇论文、图表、模型送交巴黎科学院，都遭到了拒绝。直到元素周期律已被普遍接受的1889年，他的报告才得到出版。

1865年，英国工业化学家纽兰兹提出了“八音律”。他把当时已知的元素按原子量递增顺序排列成表：
发现元素的性质有周期性的重复，第八个元素与第一个元素性质相近，就好象音乐中八音度的第八个音符有相似的重复一样。纽兰兹这个表的前两个纵列相应于现代周期表的第二、三周期，但从第三纵列以后就不能令人满意了，有六个位置同时安置了两种元素，还有些顺序考虑到元素的性质而大胆地颠倒了，但并不恰当。纽兰兹没有充分估计到原子量值会有错误，更没有考虑到那些未被发现的元素应该预先留出空位。他只是机械地将元素按原子量大小的顺序连续地排列起来。结果锰和氮、磷、砷排成了性质相似的一排；钴和镍在氯、溴之间，也属于了卤素！——也只好由它们这样。这样做把事物内在的本质规律掩盖起来了。

当时纽兰兹的同行、英国化学家们普遍把八音律斥之为幼稚的滑稽戏，佛斯特教授甚至挖苦说：“为什么不按元素的字母顺序排列呢？那样，也许会得到更加意想不到的美妙效果。” 纽兰兹因而对理论问题的研究感到失望，转而研究制糖工艺。

从“三元素组”到“八音律”（期间包括多位化学家的探索）都从不同的角度，逐步深入地探讨了各元素间的某些联系，使人们一步步逼近了科学的真理。然而探索者的脚步却是歪歪斜斜、迂回曲折的，甚至成为冷眼旁观者的笑料。

在这些探索者中，迈耶尔第一个区分了主族和副族元素。

迈耶尔著述《近代化学理论》

尤利乌斯·洛塔尔·迈耶尔1830年8月19日出生于德国一位医生的家庭，从小就受医疗知识和医疗手段的熏陶。1854年他获得维尔兹堡大学医学博士学位。毕业后的迈耶尔发现自己对科学研究的兴趣比开业当医生要强烈得多。在他的导师、生理学教授卢德维希的鼓励下，迈耶尔转向研究生理化学，后来又在海德尔堡大学化学教授本生的指导下进行研究。本生对气体的研究启发迈耶尔于1856年完成了研究论文《血液中的气体》。文中指出，氧气在肺部被血液吸收的量与压力无关，这不是简单的溶解，而是因为氧与血液之间存在着较为松弛的化学结合力。同时，一氧化碳与血液之间存在着较强的化学结合力，所以一氧化碳能够排挤掉已经与血液结合的氧。

1859年迈耶尔担任布雷斯劳大学讲师期间，首先接受了严格的史学研究的训练，他重点研究了十九世纪上半叶的化学发展史，写成了《贝托雷和贝采里乌斯的化学理论》。这项研究使他对当时各种化学思想的交锋有了比较和鉴别。

1860年迈耶尔出席了卡尔斯鲁厄国际化学会议。在这第一次国际化学界的盛会上，30岁的迈耶尔听到了意大利化学家康尼查罗关于利用阿佛加德罗定律和原子热容定律测定原子量、分子量的论文，后来他又认真研究了康尼查罗散发的这篇论文，感到疑云顿消，接受了阿佛加德罗的分子论，并且认为这次会议将成为化学理论发展的一个转折点。这些认识促使他系统总结当时的化学理论，于四年后的1864年写成了著名的《近代化学理论》，宣扬了科学原子—分子论。这本书前后再版了五次，并被译成英文、法文和俄文。许多人正是通过这本名著，认识了分子论。

《近代化学理论》（第一版）的另一大贡献是发表了迈耶尔的第一张元素周期表。表中列出了28种元素，它们按原子量递增的顺序排列，周期性地分成6个族，这6族元素相应的化合价是4，3，2，1，1，2。化合价明显地呈现出周期性的变化，同族元素也明显地呈现出相似性。迈耶尔还计算了同族元素的原子量之间的差值，发现第二横排元素的原子量与第三横排相应元素原子量的差值几乎都是16，其他横排之间也有类似的规律。他对此很感兴趣。他还指出硅与锡之间有未发现的元素存在，它的原子量可能是73.1。

四年后，在《近代化学理论》第二版中，迈耶尔发表了他的第二张元素周期表，新增加了24种元素和9个纵行，共计15个纵行，明显地把主族和副族元素分开了，这样就使过渡元素的特性区别于主族而独立地表现出来了，同时也避免了由于副族元素的加入而使同一主族元素的性质迥异。

1870年迈耶尔又发表了他的第三张元素周期表（见下图），重新把硼和铟列在表中,并把铟的原子量修订为113.4。预留了一些空位给有待发现的元素，但是表中没有氢元素。同时发表的还有著名的《原子体积周期性图解》，图中描绘了固体元素的原子体积随着原子量递增而发生的周期性变化。一些易熔的元素（如Li、Na、K、Rb、Cs）都位于曲线的峰顶；而难熔的元素（如C、Al、Co、Pd、Ce）则位于曲线的谷底。迈耶尔吸取前人的研究成果，主要从化合价和物理性质方面入手独立地发现了元素周期律。

1895年4月11日，正在担任蒂宾根大学校长的迈耶尔去世。讣文高度评价他的名著《近代化学理论》：“在开始出版这本书时，并不感到她特别出色，但是随着岁月的增长，这本书对于化学家们产生愈来愈大的影响。这本书从小册子终于发展成为堂堂巨著。在物理化学这门学科建立以前，这本书一直被认为是化学基础理论的代表作。”

门捷列夫提出元素周期律

与迈耶尔相似，以先行者提供的借鉴为基础，门捷列夫通过自己顽强的努力，于1869年2月编成了他的第一张元素周期表。1869年3月18日，俄国化学会举行学术报告会，门捷列夫因病未能出席，他委托他的同事、彼得堡大学化学教授门许特金代他宣读他的论文《元素性质和原子量的关系》。在论文中，他指出：

(1)按照原子量大小排列起来的元素，在性质上呈现明显的周期性变化。

(2)化学性质相似的元素，或者是原子量相近（如Pt，Ir，Os），或者是依次递增相同的数量（如K，Rb，Cs）。

(3)各族元素的原子价（化合价）一致。

(4)分布在自然界的元素都具有数值不大的原子量值，具有这样的原子量值的一切元素都表现出特有的性质，因此可以称它们是典型的元素。

(5)原子量的大小决定元素的特征。

(6)应该预料到许多未知元素将被发现，例如排在铝和硅后面的、性质类似铝和硅的、原子量位于65～75之间的两种元素。

(7)当我们知道了某些元素的同类元素的原子量后，有时可借此修正该元素的原子量。

(8)一些类似的元素能根据其原子量的大小被发现出来。

正如门捷列夫所指出的，周期律的全部规律性都表述在这些原理中。其中最主要的是元素的物理和化学性质随着原子量的递增而做着周期性的变化。

他的卓见没有立即被接受。他的老师、俄国化学家齐宁甚至训诫他是不务正业。在这种压力下，门捷列夫没有象纽兰兹那样伤心地放弃对新理论的研究，他不顾名家的指责和嘲笑，继续为周期律的揭示而奋斗。经过两年的努力，1871年他发表了关于周期律的新论文。文中他果断地修正了前一个元素周期表。例如在前一表中，性质类似的各族是横排，周期是竖排；而在新表中，族是竖排，周期是横排，这样各族元素化学性质的周期性变化就更为清晰。同时他象迈耶尔那样，将那些当时性质尚不够明确的元素集中在表格的右边，形成了各族元素的副族。在前表中为尚未发现的元素留下的4个空格，在新表中则变成了6个。

门捷列夫深信他所发现的周期律是正确的。他以周期律为依据，大胆指出某些元素的原子量是不准确的，应重新测定。例如当时公认金的原子量为169.2，按此，在周期表中，金应排在锇、铱、铂（当时认为它们的原子量分别是198.6，196.7，196.7）的前面。而门捷列夫根据金的性质认为金在周期表中应排在这些元素的后面，所以它们的原子量应重新测定。重新测定的结果是：锇为190.9，铱为193.1，铂为195.2，金为197.2。实验证明了门捷列夫的意见是对的。又例如，当时铀公认的原子量是116，是三价元素。门捷列夫则根据铀的氧化物与铬、钼、钨的氧化物性质相似，认为它们应属于一族，因此铀应为六价，原子量约为240。经测定，铀的原子量为238.07，再次证明门捷列夫的判断正确。基于同样的道理，门捷列夫还修正了铟、镧、钇、铒、铈、钍的原子量。

门捷列夫对于各种元素的单质和化合物的化学性质十分了解，并清楚多种原子量的测定方法，这些知识使他对周期律怀有坚定的信念。而他在周期表中留下空位，并详细预言尚未发现元素的种种性质，则是他在揭示元素周期律的道路上迈出的最出色、最具胆略的一步。
预言的元素被发现
1875年，法国化学家布瓦博德朗在分析比里牛斯山的闪锌矿时发现一种新元素，他将新元素命名为镓，以表达他对他的祖国法兰西的热爱，并把测得的关于镓的主要性质公布了。不久他收到了门捷列夫的来信，门捷列夫在信中指出：关于镓的比重不应该是4.7，而是5.9-6.0。当时布瓦博德朗很疑惑，他是唯一手里掌握金属镓的人，门捷列夫是怎样知道镓的比重的呢？1876年9月，布瓦博德朗重作了实验，将金属镓提纯，重新测定，结果镓的比重确实为5.94（现代值为5.91），这结果使他大为惊奇。他认真地阅读了门捷列夫的周期律论文后，感慨地说：“我没有什么可说的了，事实证明了门捷列夫这一理论的巨大意义。”

镓是用光谱分析法发现的

镓的发现是化学史上第一个事先预言的新元素被发现，它雄辩地证明了门捷列夫元素周期律的科学性。1880年瑞典的尼尔森发现了钪，1885年德国的文克勒发现了锗。这两种新元素与门捷列夫预言的类硼、类硅也完全吻合，门捷列夫的元素周期律再次经受了实践的检验。

预言被证明极大地鼓舞了门捷列夫。1889年，门捷列夫应邀参加伦敦化学会举办的法拉第演讲会，他在关于周期表的报告中说道：“我预见到某些新元素的存在，在这里我提供一个例子，虽然至今我对它了解得还不太透彻。包括汞、铅、铋在内的第六周期元素中，我设想有一个与碲相类似、应排在碲下面的元素存在，可以把它叫做‘类碲’。”

果然，‘类碲’又在1898年被居里夫人发现，她为了纪念她的祖国波兰，把这种世界上首次通过追踪放射性而发现的元素命名为钋。钋的性质与门捷列夫预言的‘类碲’的性质也是一致的。

化学元素周期律是自然界的一条客观规律。它揭示了物质世界的一个秘密，即这些似乎互不相关的元素间存在相互依存的关系，它们组成了一个完整的自然体系。从此新元素的寻找，新物质、新材料的探索有了一条可遵循的规律。元素周期律作为描述元素及其性质的基本理论有力地促进了现代化学和物理学的发展。

门捷列夫为元素周期律的揭示做出了卓越的贡献。他的出色之处是敢于对当时公认的原子量提出质疑，并大胆地给未发现元素预留空位，还准确地预言了这些元素的性质。对此他自己曾评价到：

“定律的确证只能借助于由定律引申出来的推论。这种推论，如果没有这一定律便不能得到和不能想到，其次才是用实验来检验这些推论。因此我在发现了周期律之后，就多方面引出如此合乎逻辑的推论，这些推论就能证明这一定律是否正确，其中包括未知元素的特征和修改许多元素的原子量。没有这种方法就不能确证自然界的定律。不论法国人所推崇为周期律发现人的尚古多也好，英国人所推崇的纽兰兹也好，另一些人认为的周期律创始人迈耶尔也好，都没有象我从最初（1869年）起就做的那样，敢于预测未知元素的特性，改变‘公认的原子量’，或一般说来，把周期律认做是一个自然界中结构严密的新定律，它能够把散乱的材料归纳起来。”

从这段话可以看出，门捷列夫当时就将各元素的性质、周期律、推论和实验验证看成一体，他自觉或不自觉地具有普遍联系的辩证思想。他提出周期律运用的是综合归纳的方法，而他验证周期律用的却是演绎推理的方法。

1882年，门捷列夫与迈耶尔共同作为元素周期律的发现人获得了英国皇家学会的最高荣誉——戴维奖章。五年后，英国皇家学会将同样的荣誉颁发给它自己的会员——纽兰兹，以表彰他的“八音律”对周期律的揭示所起的承前启后的作用。

门捷列夫小传

继十六位哥哥、姐姐之后，门捷列夫于1834年2月8日出生于俄国西伯利亚的托波尔斯克市。他父亲是位中学校长。在他出生后不久，父亲双眼因患白内障而失明，一家的生活全仗着他母亲经营一个小玻璃厂而维持着。1847年双目失明的父亲又患肺结核而死去。意志坚强的母亲不管生活多么困难，坚持让孩子们接受了学校教育。

1825年12月，俄国十二月党人发动反对沙皇的武装起义。新登基的沙皇尼古拉一世镇压起义后，将许多革命者流放到西伯利亚。一位爱好自然科学的被流放者和门捷列夫的姐姐结了婚。这使儿童时期的门捷列夫就接触了自然科学知识。

门捷列夫读小学时，对数学、物理、历史课程感兴趣，对语文、尤其是拉丁语很讨厌，因而成绩不好。他特别喜爱大自然，曾同他的中学老师一起作长途旅行，搜集了不少岩石、花卉和昆虫标本。他善于在实践中学习，中学的学习成绩有了明显的提高。

中学毕业后，他母亲决心要让这最小的儿子象他父亲那样接受高等教育。于是她变卖了工厂，经过2千多公里艰辛的马车旅行来到了彼得堡。因为门捷列夫不是出身于豪门贵族，又来自边远的西伯利亚，彼得堡的一些大学拒绝他入学。好不容易，门捷列夫考上了医学外科学校，然而当他第一次观看到尸体时，就晕了过去。他只好改变志愿，通过父亲的同学的帮忙，进入了亡父的母校——彼得堡高等师范学校物理数学系。那时的师范学院里有一些学识渊博的教授，化学家伏斯克列辛斯基的教学和研究工作尤其鼓舞了这位年轻的大学生。门捷列夫的天才在这里获得了迅速和多方面的发展。

母亲终于实现了愿望。她在彼得堡陪着门捷列夫度过了最后的两年。在门捷列夫就要毕业、马上能够回报母亲的时候，母亲却带着对他的祝福走完了艰辛的一生。门捷列夫永远忘不了这最悲痛的时刻。他后来在一部有关溶液的著作的前言中写下了这样一段话：

“这部著作是一个小儿子献给母亲的纪念品。为了使这个儿子能得到很好的科学教育，她曾经耗尽了最后的精力。临终时，她还说，‘不要幻想，要坚持工作，耐心地寻求科学的真理吧。’——我将永远记着母亲临终的遗言。”

1855年以优异的成绩从学校毕业后，门捷列夫先后到过辛菲罗波尔、敖德萨担任中学教师。在教师的岗位上他并没有放松自己的学习和研究。1856年他又以突出的成绩通过化学学位的答辩。他刻苦学习的态度、钻研的毅力以及渊博的知识得到老师们的赞赏，彼得堡大学破格地任命他为化学讲师，当时他年仅22岁。

在彼得堡大学，门捷列夫任教的头两门课程是理论化学和有机化学。当时流行的教科书几乎都是大量关于元素和物质的零散资料的杂乱堆积。怎样组织才能讲好课？门捷列夫下决心考察和整理这些资料。

1859年他获准去德国海德尔堡本生实验室进行深造。两年中他集中精力研究了物理化学。他运用物理学的方法来观察化学过程，又根据物质的某些物理性质来研究它的化学结构，这就使他探索元素间内在联系的基础更宽阔和坚实。

因为他恰好在德国，所以有幸和俄国化学家一起参加了在德国卡尔斯鲁厄举行的第一届国际化学会议。会上各国化学家的发言给了门捷列夫以启迪，特别是康尼查罗的发言和小册子。门捷列夫是这样说的：“我的周期律的决定性时刻是在1860年，我参加卡尔斯鲁厄代表大会。在会上我聆听了意大利化学家康尼查罗的演讲，正是他发现的原子量给我的工作以必要的参考材料，……而正是当时，一种元素的性质随原子量递增而呈现周期性变化的基本思想冲击了我。”从此他有了一个目标，并为此付出了艰巨的劳动。
从1862年起他对283种物质逐个进行分析测定，这使他对许多物质和元素的性质有了更直观的认识。他重新测定一些元素的原子量，因而对元素的这一基本特征有了深刻的了解。他对前人关于元素间规律性的探索工作进行了细致的分析。
1867年，担任了彼得堡大学化学系主任的门捷列夫着手编写一本化学基础知识教科书——《化学原理》。物质种类繁多，怎么分类呢？他先后研究了根据元素对氧和氢的化合关系所作的分类；研究了根据元素电化序所作的分类；研究了根据化合价所进行的分类，特别研究了根据元素的综合性质所进行的元素分类。
他坚信元素原子量是元素的基本特征，同时发现性质相似的元素，它们的原子量并不相近。相反，一些性质不同的元素，它们的原子量反而相差较小。他紧紧抓住原子量与元素性质之间的关系作为突破口，反复测试，不断思索。他在每张卡片上写出一种元素的名称、原子量、化合价、化合物的化学式和主要的性质。就象玩一副别具一格的元素纸牌一样，他反复排列这些卡片，终于发现每一行元素的性质，尤其是元素的化合价，都在按原子量的增大而逐渐变化，周而复始，也就是说元素的性质随原子量的增加而呈周期性的变化。第一张元素周期表就这样产生了。
随着周期律广泛被承认，门捷列夫成为闻名于世的卓越化学家。各国的科学院、学会、大学纷纷授予他荣誉称号、名誉学位以及金质奖章。具有讽刺意义的是，在封建王朝的俄国，科学院推选院士时，竟以门捷列夫性格高傲有棱角为借口，把他排斥在外。后来因门捷列夫不断地被选为外国的名誉会员，彼得堡科学院才被迫推选他为院士，但门捷列夫拒绝加入科学院，从而出现俄国最伟大的化学家反倒不是俄国科学院成员的怪事。
门捷列夫除了发现元素周期律外，还研究过气体定律、溶液化学理论、气象学、石油工业、农业化学、无烟火药、度量衡，在这些领域他都能辛勤劳动、大胆探索。1887年发生日食的时候，为了观察天象的变化，他不顾家人和朋友的劝阻，一个人乘着气球上升到空中。这个气球被风刮到很远的地方才降落下来，许多人替他捏了一把汗。他这种为科学不顾生命危险的精神鼓舞了许多俄罗斯青年。

他还热爱文学艺术，每晚阅读文艺作品。他的夫人波波娃善于绘画，他们家里挂了许多著名科学家的画像，都出于他夫人的手笔。他们的家庭生活是美满的，一共有六个儿女。

象任何伟人一样，门捷列夫也不可能不犯错误。1903年快七十岁的时候，他又预言了Newtonium和Coronium两种元素。他说：“当我在1869年设计元素周期表的时候，曾经设想存在着比氢还要轻的元素，但当时没有来得及认真思考，现在要发展这一思想。”他预言Newtonium位于氢的上方，原子量约为0.170；而Coronium则应该是能在日晷中找到的新元素，它的原子量约为0.4。他产生这种想法可能是受了两方面的影响：第一，这时周期表中出现了新的一族稀有气体元素，于是他想预言“超轻稀有气体元素”的存在；第二，当时“以太”（ether）理论风行，认为“以太”可能是另一种稀有气体元素，它非常轻、运动速度非常快。

另外，周期表中Co和Ni、Te和I的位置与它们原子量大小顺序的矛盾令门捷列夫不解，他一直怀疑是原子量测定有错误。这些问题只有在莫斯莱提出原子序数的概念，人们认识了原子核内部的结构之后，才能得到解决。

热爱真理的科学家，常常同时热爱正义和民主。1890年，彼得堡大学当局秉承反动沙皇的旨意，加紧压迫校内的民主运动，门捷列夫和其他正直的教授向学校当局提出了抗议，眼见抗议无效他愤而辞职。五年后，为了敷衍社会的公愤和舆论的谴责，沙皇政府才不得不请门捷列夫担任国家度量衡局的局长。他通过度量衡标准的鉴定和检查，把自己的科学知识贡献给俄罗斯的工业生产。他在度量衡局一直工作到他光辉生命的最后一天。

1907年2月2日，这位享有世界盛誉的俄国化学家因心肌梗塞与世长辞，那一天距离他的73岁生日只有六天。

他的名著、伴随着元素周期律而诞生的《化学原理》，在十九世纪后期和二十世纪初，被国际化学界公认为标准著作，前后共出了八版，影响了一代又一代的化学家。

Answer 2

按原子序数（质子数）递增依次排列

主族族序数为该族元素原子最外层电子数，0族外层为能达到的最稳定电子数

副族则有点麻烦，和D电子有关系，估计LZ也没兴趣了解

可以参考http://baike.baidu.com/view/13922.html?wtp=tt#4_2

Answer 3

纵行为族，横行为周期

族代表最外层电子数，周期代表电子层数。

按着原子的质子数，进行排布就OK了~~

Answer 4

按元素核电荷数增大排下去。

Answer 5

按照原子序
氢的原子序是1所以他排第一