元素周期表的起源分析概述元素與原子任何科學研究都是從對感興趣的物體和現(xiàn)象的研究開始，并通過積累相關數(shù)據(jù)而進行的。隨著規(guī)律的出現(xiàn)，對相關事實的分類不可避免地導致了刺激實驗設計的規(guī)律和假設的形成，直到更好的理解最終形成一個普遍的理論。研究領域越廣，理論理解的發(fā)展就越麻煩。古希臘的學者認為，地球的元素是由四種元素構成的，而地球之外是由以太（ether）構成。他們抽象出元素具有一定的形象：火被認為是四面體，空氣被認為是八面體，水被認為是二十面體，地球被認為是立方體，以太被認為是十二面體，并認為元素之間能夠相互轉(zhuǎn)化。最初的化學起源于煉金術、煉丹術。在煉金術時期，元素被以形而上學的方式進行解釋十分風行。在以開普勒，伽利略、牛頓等發(fā)起17世紀的科學革命的同時，化學領域關于元素的概念發(fā)生了新的進步。波義耳（RobertBoyle）在《懷疑的化學家》（《TheScepticalChemist》）中寫道：“元素是一種原始的、簡單的、完全不混合的物體；它們不是由任何其他物體構成的，而是直接制造完全混合物的成分，也是混合物最終分解所要變成的成分?！比欢鴮|(zhì)量守恒的認識以及自然科學機械論的發(fā)展引發(fā)了化學和煉金術之間的最終斷裂，人們開始尋求理論和實踐的同一，構建化學理論的客觀規(guī)律。在這個過程中，圍繞燃燒理論產(chǎn)生了一場有趣的爭論。17世紀后半葉，燃素理論成為解釋燃燒機理的流行學說。燃素說盡管在當時能夠解釋當時的有關燃燒的部分事實，但未能遵守質(zhì)量守恒定律，最終不得不為物質(zhì)基礎的理論讓路。拉瓦錫（Lavoisier）對物質(zhì)守恒定律的遵循、運用和證明開啟了堪稱“化學革命”的理論變革。他堅持系統(tǒng)地使用天平和其他精密儀器，對所有化學反應產(chǎn)物的嚴格計算，為當時的化學實踐方式確立了新的范式，使定量分析方法成為規(guī)范。同時他將化學方法無法分解的物質(zhì)定義為元素，形成了元素的操作定義。同時將元素分為了簡單物質(zhì)、簡單的非金屬物質(zhì)、簡單的金屬物質(zhì)和簡單物質(zhì)四種。質(zhì)量守恒與化學實踐真正聯(lián)系之后導致了化學組成的若干現(xiàn)象學定律的形成，例如在化學物質(zhì)之間的相互作用中被發(fā)現(xiàn)遵守的定比定律、倍比定律。這些定律有助于將大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)分類和系統(tǒng)化。這些定律對大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行了編碼化和系統(tǒng)化，但沒有提供一個邏輯框架來合理化觀察結果。道爾頓（JohnDalton）的原子理論提供了這樣一個框架，它借用了古代物質(zhì)不可分割單元的概念，并提出了一個新的理論，即原子說。他認為物質(zhì)是由原子組成，原子在一切化學變化中保持本性不變。他做出的重要的一點貢獻在于將原子和元素的概念關聯(lián)（他認為原子的種類和元素的數(shù)量一樣多），并賦予原子相對原子量，確切的解釋了定比定律。他根據(jù)已知的不同元素對的組合重量，假設氫原子具有單位重量1，推導出每個原子的相對重量。因為按重量計12.6份氫與87.4份氧結合，道爾頓得出結論，氧原子相對于氫原子的重量為87.4/12.6，四舍五入到最接近的值時，得到整數(shù)7。然而他假設水的分子式是HO，氨的分子式是HN，造成了原子量測量的錯誤。同時其將單質(zhì)視為復雜原子也造成了原子質(zhì)量的混亂。道爾頓的原子學說的一個必要的補充是分子概念的引入。阿伏伽德羅（AmedeoAvogadro）分析了相互作用氣體之間的體積關系，在原子和物質(zhì)之間引入了分子的概念。與此同時分析技術不斷發(fā)展促進了原子量的確定，無機化學和電化學領域的進步也對此有幫助。電化學發(fā)展帶來了物質(zhì)制備技術的發(fā)展，制備了金屬鉀、鈉、鎂、鈣、鍶、鋇等金屬元素。同時氣體學的發(fā)展也從比熱、壓力、密度等不同的角度提供了確定原子量的方法。但在長一段時間，原子量、分子量存在著混亂。直到1860年于卡爾斯魯厄國際會議后，原子量才得以統(tǒng)一。這也成為了啟發(fā)門捷列夫走向元素周期表的重要一步。以上條件的成熟為門捷列夫周期表的提出創(chuàng)造了條件ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Rouvray</Author><Year>2004</Year><RecNum>904</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[31]</style></DisplayText><record><rec-number>904</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619682037">904</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Rouvray,D.H.</author></authors></contributors><titles><title>ElementsinthehistoryofthePeriodicTable</title><secondary-title>Endeavour</secondary-title></titles><periodical><full-title>Endeavour</full-title></periodical><pages>69-74</pages><volume>28</volume><number>2</number><dates><year>2004</year><pub-dates><date>Jun</date></pub-dates></dates><isbn>0160-9327</isbn><accession-num>WOS:000222296600005</accession-num><urls><related-urls><url><GotoISI>://WOS:000222296600005</url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.endeavour.2004.04.006</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[31]：①放棄了代表煉金術時代的形而上學和神秘的元素概念；②采用了現(xiàn)代和可行的元素定義；③發(fā)展了分離元素并確定其性質(zhì)的分析化學技術；④將每個元素與特征數(shù)（原子量、當量）相關聯(lián)。元素周期律初探在19世紀的化學實驗技術成功地分離出純態(tài)的所有元素之前，人們就已經(jīng)認識到一種奇妙的規(guī)律，它把所有原子及其性質(zhì)聯(lián)系在一起，形成一個單一的體系：當元素按正確的數(shù)字順序排列時，原子質(zhì)量的規(guī)律性增加變得明顯，這暗示著所有原子都是由共同的成分通過共同的機制形成的。德國化學家JohanDobereiner發(fā)現(xiàn)了元素之間的行為模式ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>D?bereiner</Author><Year>1829</Year><RecNum>905</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[32]</style></DisplayText><record><rec-number>905</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="svaawzvsnxzapse9re8pr2xo2502zz5aevpt"timestamp="1619682509">905</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>D?bereiner,J.W.</author></authors></contributors><titles><title>VersuchzueinerGruppirungderelementarenStoffenachihrerAnalogie</title><secondary-title>AnnalenderPhysik</secondary-title></titles><periodical><full-title>AnnalenderPhysik</full-title></periodical><pages>301-307</pages><volume>91</volume><number>2</number><dates><year>1829</year><pub-dates><date>1829/01/01</date></pub-dates></dates><publisher>JohnWiley&Sons,Ltd</publisher><isbn>0003-3804</isbn><work-type>/10.1002/andplt;/work-type><urls><related-urls><url>/10.1002/andplt;/url></related-urls></urls><electronic-resource-num>/10.1002/andplt;/electronic-resource-num><access-date>2021/04/29</access-date></record></Cite></EndNote>[32]。他對表現(xiàn)出相似行為的三種元素的個體進行了詳細的研究。他研究的第一組元素是鈣鍶鋇，他能夠證明這些元素不僅具有相似的化學特性，而且它們之間通過數(shù)學關系相互關聯(lián)：氧化鍶幾乎完全是氧化鈣和氧化鋇原子量的平均值。在其他幾個方面，元素鍶的原子量似乎也具有將其精確地置于元素鈣和鋇之間的性質(zhì)。隨后又對其他三種元素進行了進一步的研究，在包括鋰鈉鉀（圖2）、氯溴碘和硫硒碲等三元素組中發(fā)現(xiàn)了相同的規(guī)律。除此之外，元素分類的嘗試非常多，化學家們嘗試通過原子量的數(shù)學規(guī)律來組織序列，例如BeguyerChancourtois的三維元素周期表、John.A.RNewlands的八音律分類。人們嘗試從繁雜的知識中歸納和總結元素的知識，越來越多的元素被包含在表中。同時表中開始出現(xiàn)空隙留給當時未知的元素，這意味著研究者開始依賴元素的周期律來構造元素周期表。圖SEQ圖\*ARABIC2JohanDobereiner對性質(zhì)相似的元素進行組合表SEQ表\*ARABIC7John.A.RNewlands的八音律表圖SEQ圖\*ARABIC3BeguyerChancourtois的三維元素周期表門捷列夫（DmitriIvanovichMendeleev）1869年創(chuàng)立的元素周期表是科學理論產(chǎn)生的一個理想例子。隨著對物質(zhì)研究的深入，出現(xiàn)了大量的元素和許多關于它們的性質(zhì)和行為的觀察。在越來越多的事實積累的同時，人們一直試圖以有意義的方式組織數(shù)據(jù)。門捷列夫選擇使用原子量、原子價構建元素物理