01 / 导读
导读
引用
Scerri, E. R. (2019). The Periodic Table: A Very Short Introduction (2nd ed.). Oxford University Press. Very Short Introductions.
章节概要
第2版共十章，约145页。据牛津大学出版社的介绍，本书讲述周期表是如何构建起来的，以及随着原子理论和量子力学的发展，其结构的深层含义是如何逐渐显现的；这一版还记录了第七周期的完成——113、115、117和118号元素被命名为鉨、镆、鿬和鿫——并加入了关于元素起源的最新认识。全书大体按历史顺序编排：在两章总览之后，第3–9章追溯周期表从早期原子量到合成元素的发展，第10章则探讨哪种形式的周期表最好。
第1章：元素（The elements）
讲述元素概念的历史：古希腊的四元素及其与柏拉图立体的联系，自古已知的元素和需要新技术才能分离的元素，命名上的争议，以及从炼金术符号到今天所用字母符号的转变。
第2章：现代周期表概览（A quick overview of the modern periodic table）
说明元素如何排列以及周期律的内容：每隔规则但长短不一的间隔，元素的性质会大致重复。本章追溯排列原则从当量到原子量再到原子序数的变化，指出周期表有许多版本，并解释量子力学、相对论以及人工元素的合成（使元素总数达到118种）如何改变了人们对周期性的认识。
第3章：原子量、三元素组与普劳特（Atomic weight, triads, and Prout）
讨论化学从定性向定量的转变：道尔顿的原子论，阿伏伽德罗的双原子分子，盖-吕萨克的气体化合体积定律，普劳特关于原子量是氢原子量整数倍的假说，德贝赖纳的三元素组，以及克雷默斯首次尝试把化学性质不相似的元素联系起来。
第4章：迈向周期表（Steps towards the periodic table）
讨论卡尔斯鲁厄会议统一原子量之后，1860年代出现的各种周期表：德尚古尔多阿、提出八音律的纽兰兹、奥德林、欣里希斯和洛塔尔·迈耶尔，他们各自把握了周期性的一部分。
第5章：俄国天才（The Russian genius）
讲述门捷列夫的生平与工作：他如何因拒绝普劳特假说和三元素组而与对手不同，他在1869年勾画的周期表，其预言的成功与失误，以及1890年代分离出的稀有气体如何被纳入周期表。
第6章：物理学进入周期表（Physics invades the periodic table）
讨论卢瑟福的核式原子、范登布鲁克的原子序数概念、莫塞莱准确指出哪些元素缺失的测量，以及索迪的同位素。
第7章：电子结构（Electronic structure）
讨论普朗克的量子论，玻尔的壳层模型及其借助化学证据向其他元素的推广，路易斯的立方体原子与电子对成键，以及伯里关于壳层填充顺序的研究。
第8章：量子力学（Quantum mechanics）
说明玻尔理论为何不适用于多电子原子，薛定谔波动方程如何把电子当作波来处理从而使其能量量子化，并讨论欧根·施瓦茨近年关于电子排布的研究。
第9章：现代炼金术（Modern alchemy）
从卢瑟福和索迪的元素嬗变，到用回旋加速器合成更重的元素、填补周期表的空缺、把铀以后的元素放在单独区块中处理，以及相对论效应——在这种效应下化学周期性依然相当稳固。
第10章：周期表的各种形式（Forms of the periodic table）
讨论已发表的多种周期表设计，包括移动氢和氦的位置或重新排列元素以组成三元素组，并探讨是否存在最佳周期表；本章把这一问题表述为关于周期性的实在论与工具主义两种哲学立场之间的选择。
核心概念
第1–2章：元素与现代周期表
- 周期律：每隔规则但长短不一的间隔，元素的性质会大致重复。
- 原子序数：取代当量和原子量而成为元素排列原则的量。
第3–5章：周期性的发现
- 普劳特假说与三元素组：原子量中早期的数字规律，预示了周期性。
- 门捷列夫的预言：用周期系统预测未知元素，既有成功也有错误。
第6–8章：物理学与周期表
- 莫塞莱的工作与同位素：表明决定元素排列的是原子序数而非原子量的实验证据。
- 电子壳层与量子力学：从玻尔模型到薛定谔方程，对周期性的解释。
第9–10章：新元素与新周期表
- 合成元素：通过核嬗变和粒子加速器制得、使第七周期完整的元素。
- 实在论与工具主义：关于是否存在最佳周期表的两种观点。
评析
优点
- 深入讲述历史。 全书用五章篇幅讲述量子力学出现之前的时期，包括克雷默斯、奥德林、欣里希斯和伯里等较少为人所知的贡献者，因此周期表呈现为众人的成果，而不只是门捷列夫一人的工作。
- 以物理学作解释。 第6–8章说明原子序数、电子结构和量子力学如何解释了化学家早已发现的规律，使学生即将学习的各种趋势有了缘由。
- 出版时内容最新。 第2版收录了113、115、117和118号元素的命名，以及关于元素起源的新观点。
- 直面悬而未决的问题。 最后一章把周期表的形式当作一个带有哲学意味、仍在讨论中的问题，这对以为教室墙上的周期表是唯一可能形式的学生很有帮助。
局限
- 描述化学很少。 本书解释的是周期表本身，而不是表中元素的化学；没有哪一章专门讨论族的性质或原子半径、电离能、反应性的周期性趋势。
- 对部分读者而言历史比重偏大。 第3–5章属于科学史，只想了解科学解释的学生可以较快读过。
- 不是课程教材。 约145页的篇幅提供的是背景，而不是无机化学课程所考核的定量技能。
在课程中的定位
在这门无机化学课程中，Scerri 的书是关于整个学科组织框架的背景读物。它与 Rayner-Canham 和 Overton 的 Descriptive Inorganic Chemistry 自然搭配：后者在阐明元素行为背后的原理之后，按族概述各元素。Scerri 解释周期表为何是这种形状，Rayner-Canham 和 Overton 则描述表中的元素有何表现。
清单中更偏理论的教科书走得远得多。Housecroft 的 Inorganic Chemistry 以及 Shriver、Weller、Overton 等人的 Inorganic Chemistry 把原子结构、化学键、对称性和光谱与各区元素的系统化学结合起来；Pfennig 的 Principles of Inorganic Chemistry 发展对称性、群论和分子轨道模型；Crabtree 的 The Organometallic Chemistry of the Transition Metals 则是关于金属–碳化合物的研究生教材。Scerri 关于电子结构和量子力学的几章，可以作为这些书开篇各章的平易序言。
如何使用本书
本书适合开始学习无机化学的化学专业一年级学生、日常使用周期表的物理、材料或地球科学专业学生，以及对化学史和化学哲学感兴趣的读者。具备中学化学知识即可。
实用的阅读计划：
- 课程开始前： 读第1–2章，概览周期表和周期律；读第6–8章，了解周期性的物理解释。
- 与课程并行： 把第3–5章和第9章当作周期表背后的故事来读，最好在课程讲到原子结构或重元素时阅读。
- 课后或用于讨论： 第10章很适合作为研讨课或论文的基础，讨论周期表是否存在最佳形式。
阅读时手边放一张周期表，借助本书理解描述性和理论性无机化学教科书视为理所当然的框架。