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元素周期表推算探讨(上)

2009-09-30 06:20阅读:
元素周期表推算探讨(上)

山东 王维兵

值此庆祝中华人民共和国成立60周年之际,现把经中国新闻出版署进行著作权登记(登记号:2009-A-019079)的《元素周期表推算探讨》一文发表在这里,以示庆贺!该文简要说明:
《元素周期表推算探讨》一文,目的是探求元素周期表形成的数学机制及排列形式,推算周期与元素总数。作者自2008年10月11日开始,对现有元素周期表中的编组数据进行分析、推演、计算,至2008年11月11日形成初稿《元素周期表推算研究》,次日以挂号信寄给《中国科学》B辑。继续深入研究,至2008年11月25日形成二稿,上传《中国科技论文在线》,至2009年1月13日未见发表,又将结合人体骨编组数据进行综合研究、分析、推演、计算的结果,修改为三稿上传《中国科技论文在线》,至2009年3月12日投寄给《中国科学》B辑的初稿未有任何消息,上传至《中国科技论文在线》的稿件也未得发表,故先后修改成四稿、五稿于2009年3月8日和3月13日发表在《中国预印本服务系统》,网址分别是:http://preprint.nstl.gov.cn/docs/1236473328014.htmlhttp://preprint.nstl.gov.cn/docs/1236305930623.html。此申请文件中的样本为3月18日发表于《中国预印本服务系统》的稿件,网址是:http://prep.istic.ac.cn/docs/1237375356054.html

该文的独创性成果在于:
1. 文中应用笔者提出的阶加概念(并引入阶加符号¦,n的阶加记为n¦),推演出元素总数与阶加的关系:A=8+16¦=11¦+12¦=144。
2. 文中推算出完整元素周期表包括:由“5+3”与“3+5”计算转换机制决定的8周期,由“5+3”与“5+6”计算转换机制决定的11周期,由8×18=9×16等多种计算机制决定元素总数为144种,即元素周期表的终止元素的原子序数为144号。8周期编组中,前3(1~3)周期为减元周期,中间2个(4、5)周期为标准周期,后3(6~8)周期为增元周期。
3. 推算得知:非金属元素24种等于4!,金属元素120种等于5!,二者之比为1∶5。天然元素90种,人造元素54种,分别占总数的5/8与3/8。
4. 文中对元素演化与人体骨演化进行了结合研究,发现元素编组数据与人体骨编组数据演化的数学计算机制相同,编组数据基本一致。文中论述了人体骨骼计算是以正中矢状面为界的左、右半身为单元进行,即人体骨编组数据为144块(其中包含16颗恒牙)。下一层次,骨的编组数量相当于432骨次,等于人体经穴数据。
5. 提出3、5、8是万物演化黄金数观点。

要: 目的 探求元素周期表形成的数学机制及排列形式,推算周期与元素总数。方法 根据现有元素周期表中的编组数据,结合人体骨编组数据,分析、推演、计算。结果 元素的化生演化符合老子“一生二,二生三,三生万物”的论断,由总体1演化成金属与非金属2类,天然元素与人造元素2部分,后由3与5或5与6通过四则运算、阶加等计算机制形成8或11周期18族共144种元素。包括:金属元素120种,非金属元素24种;天然元素90种,人造元素54种。8或11周期及18族由“5+3”或“5+6”及16的阶加与斜向序数对应关系决定;元素数144既等于周期数8与族数18的乘积,又等于16的阶加与周期数8之和。研究发现,元素与人体骨编组数据一致。结论 完整元素周期表为8(11)周期144元素,与人体骨数相等。元素与人体骨数演化及元素周期律的形成是由数学计算机制决定。
关键词:化学元素;周期表;人体;骨;编组数据;计算机制
中图分类号:0612 文献标示码:A

1 引 言

1869年,门捷列夫在他人研究成果基础上,通过深入研究最后发现了元素周期律制成元素周期表,并预测了部分元素的存在。但并未对元素周期律的形成机制给出解释,也没对元素总数做出预测。随着化学的发展,后人不仅揭示了原子序数是周期表排序的基本原则,还逐步发现了多种天然元素,而且合成多种人造元素。中国原子能科学研究院蔡善钰教授著《人造元素》中新世纪元素周期表(推测)的元素总数已经填充至116号即将占满第7周期,并称面对周期表存在着的不少未解之谜,人们再次提出还有多少新元素未被发现?周期表有无尽头?该书已将元素周期表扩展到8周期168号元素,认为李中圣的元素立体周期表这种排列是可行的,但是未能表明镧系和锕系的排列位置,还称有人将周期表的化学元素扩展到了218号。这种推测是否正确,尚待今后科学实践的检验[1]。笔者认为,依据古希腊著名数学家毕达哥拉斯“万物皆数也”和王鹏等人[2]元素周期表的规律可以用数学公式来表示的观点,元素总数及其周期律的形成理应取决于数学计算机制,并就此进行了探讨,现将情况报告于下,冀望专家学者批评指正!

2 现有元素周期表存在的瑕疵与疑惑

2.1 元素周期律的形成机制究竟是什么
元素为何包括天然元素与人造元素2部分?为何呈现非金属性与金属性2类?为何呈现流体与固体2类进而分为气体、液体、固体3类?非金属元素为何呈沿对角线规律排列?1、2、3周期为何有空缺?6、7周期为何会出现镧系、锕系元素?它们怎样排列才更为合理?究竟什么机制决定元素呈现周期性规律?

2.2 各类元素的比例关系如何 完整周期表究竟什么样子

天然元素与人造元素、非金属元素与金属元素等种数之间究竟是什么比例?究竟人工还能合成多少种元素?完整的元素周期表究竟有多少周期?是否还有类似镧系、锕系的元素存在?总共有多少种元素?这些能否进行推算?

2.3 氢元素和系元素的排列值得探讨

氢排在1周期ⅠA族,居锂的上方,两者原子序数相差“2”,同1~3周期之内其它元素与下一个周期相应元素原子序数相差“8”不同;长式周期表将系元素按序数缩排在ⅢB族一个格子内,外设附表的形式,难以明确体现各元素与上、下周期各族元素的对应关系等。

3 现有元素周期表及资料中呈现出的编组数据

3.1 族与周期分类

为了便于讨论元素周期表中的相关编组数据,本文把族分为:横向编组与纵向编组;把周期按认识程度分为:已有周期与推算周期2类,按所含元素数多少分为减元(元素)周期、标准周期与增元(元素)周期3类。目前短周期与长周期分法缺少标准尺度,似乎欠妥。若在本文标准周期基础上,把减元周期视为短周期,把增元周期视为长周期,则更为妥当。

3.2 族横向分类与编组

横向按每个周期所含元素数,分为3列族与单列族。3列族1族,为ⅧB[1]族。单列族15族,包括除ⅧB族以外的其它族。还可把3列族分成含1列的3个亚族,依次编为ⅧB1、ⅧB2、ⅧB3族。整体族数包括2种编组:含3列族数16、含亚族族数18。可分别视为:3×5+1和3×(5+1)=3×6。

3.3 族纵向分类与编组

纵向按所含周期数分为:4周期族,包括ⅢB~ⅦB、ⅧB或ⅧB1、ⅧB2、ⅧB3、ⅠB、ⅡB计8族或10族;6周期族,包括ⅠA、ⅡA、ⅢA~ⅦA计7族;7周期族,包括ⅧA[1]族1族。

3.4 已有周期 推算周期 标准周期 减元周期与增元周期

已有周期是指现有元素周期表中已经确切地证实并确认的周期,包括第1~7(至118号元素)周期。推算周期是指《人造元素》[1]及本文推算存在且有待证实的周期,包括第8周期1个(见后)。标准周期包括辖18种元素和16族元素2种。通常情况下,前者称标准周期包括第4、5周期,后者称准标周期即第4、5周期按族数统计。元素数少于16的称减元周期,包括第1~3周期。元素数多于18的称增元周期,包括第6~8周期(详见后面)。

3.4.1 已有各周期内元素数(或族数)呈现的编组

1) 1周期为减元周期 有2种元素,编组为2。既可视为“1+1”,更应视为“1×2”。
2) 2、3周期为减元周期 有8种元素,编组为8。可拆为“2+6”,又可视为“1×8”。
3) 4、5周期为标准周期 按ⅧB族统计为16族准标周期。按ⅧB1、ⅧB2、ⅧB3统计为18族标准周期。可视为“3×5+1”“2×8”,“3×(5+1)”“2×9”。
4) 6、7周期为增元周期 皆含两种编组,按ⅧB统计编组为30;按ⅧB1、ⅧB2、ⅧB3统计为32。既可拆分为“14+18”“16+16”,又可视为“5×6”“4×8”“2×16”等。

3.4.2 同周期内数族拼合成的编组

1) ⅢB~ⅦB计5族,ⅧB、ⅠB、ⅡB计3族,二者是5与3编组,二者之和为“5+3=8”编组。按ⅧB1、ⅧB2、ⅧB3统计,加上ⅠB、ⅡB为5族。这样,ⅢB~ⅦB计5族与ⅧB1~ⅡB计5族为5与5编组,二者之和为“5+5=10”编组。ⅢB~ⅧB为6族,ⅢB~ⅧB3为8族,二者为6与8编组。
2) ⅢA~ⅦA计5族,ⅧA为1族,二者之比为5∶1,二者之和为“6=5+1”。把总数视为“1”,则有:“6/6=5/6+1/6”。ⅠA、ⅡA计2族,与ⅧA族,是2∶1关系。对第1周期而言,ⅦA族与ⅧA族是1∶1关系。

3.4.3 数个周期所含元素组合呈现的编组

1) 1~3周期18元素相当于1个标准周期;2、3周期16元素相当于1个准标周期。
2) 4、5周期各18元素,都等于1~3周期之和,则1~5周期元素之和为“3×18=54”。可见,1~5计5个周期,又相当于3个标准周期。这是5与3编组转换关系。

3.4.4 前5周期元素数呈现出金子塔

1~5周期自上而下元素数呈现出数字金子塔,即:2、8、18。

3.5 自然界中稳定原子核与天然放射性原子核编组

迄今为止,在自然界中已发现了近300种稳定原子核和约60种天然放射性原子核[1],二者之比为5∶1。

3.6 现有元素周期表及资料中呈现出的基本编组数据

主要有:1、2、3、4、5、16、18、5+3=8、5+6=11、1+5=6、3×5+1、3×6、6/6=5/6+1/6。这些编组数据及其彼此间计算关系的存在,正是元素周期律形成的数学计算机制基础。

3 完整元素周期表与元素总数推算

根据现有元素周期表呈现出的编组数据,我们推算完整周期表为8周期144元素,周期数与新世纪元素周期表[1]中的周期数相等。具体推算如下。

4.1 完整周期表周期数及元素总数推算

现有周期表1~3周期为减元周期,4、5周期为标准周期,6、7周期为增元周期。1~3周期18种元素折合1个标准周期,1~5周期54种元素折合3个标准周期。根据上述编组数据,笔者认为元素周期表 形式上是由数学计算机制形成的“减增式”表格中的元素排列,本质上是由数学计算机制形成的环形轨道中的电子排列,根据“增加量等于减少量”规则推断,上为3个减元周期,中间为2个标准周期,下为3个增元周期,即完整元素周期表共有8个周期,且第8周期是增元周期。研究认为,元素周期表的排列与元素总数相当于第144号元素的原子结构及电子排列,即8个电子层,1~3层轨道短电子少,4、5层为标准层每层18个电子,6~8层轨道长电子多,与1~3层均值等于标准层18个电子,故8层共有8×18=144个电子,元素总数等于144号元素的电子数。8层电子轨道,与太阳系8大行星运行于8个轨道相应。
显而易见,1~3减元周期共减“2×18=36”种元素,则6~8计3个增元周期中共有元素3×18+36=90种。现有周期表已清楚地显示,6周期含“镧系”元素、7周期含“锕系”元素,分别较标准周期增加14种至32种,推知第8周期系元素为8种,总数至26种。36种增加元素称为三系元素。前5周期元素数折合3个标准周期,后3周期元素数折合5个标准周期。可见,其计算机制是“5+3”与“3+5”编组等量转换。第8周期元素少于第7周期,乃电子先占满内层轨道,与人的上、下肢第8节4列(大指、大趾皆为2节)少于第7节5列类同,都是由数学计算机制决定,26/32与4/5近似相等。
第8周期系元素的原子序数为121~128,整个元素周期表的终元素的原子序数为144。

4.2 根据族数16同周期数8等推算元素总数

元素原子序数构成的以“1”为公差的等差数列以及元素周期表中呈现出的元素数金子塔规律,表明元素的演化生成遵循质子数累加规律,元素的排列计算与阶加(从1到n的连续自然数相加的和,叫做阶加,用符号n¦表示[3])、阶乘相关。经过研究(详见后面)认为,元素总数除由族数18和周期数8之积决定外,还与其它编组数据呈多种计算关系。主要包括;族数16¦与周期数8之和,4!与5!之和,等等。元素总数的计算式如下:
元素总数A=8×18=9×16=4×36=24×6=122=144。
元素总数A=4!+5!=8+16¦=4×8¦=11¦+12¦=144。

4.3 144号元素理论上能够存在

对于周期表的尽头究竟在何处问题,《人造元素》一书认为,随着元素原子序数的增加,核内电荷数也随之增多,原子核对内层电子的吸引力也在增强。当核电荷数到达足够大时,最终会出现内层的K层电子被原子核俘获,原子核吸收了电子之后,引起了整个电子层结构的崩溃。这种灾难性的情景应当在原子序数等于170~180左右时开始发生,这样具有更大原子序数的原子就不复存在。另一方面,预言由114个质子和184个中子构成的第一“超重核稳定岛”已经证实,预言在Z=164附近可能还存在着“第二超重岛”[1]因为笔者推算的周期表终结元素的原子序数为144,远小于电子层临界崩溃的原子序数170~180和第2稳定岛原子序数164,故从理论上讲,144号元素是能够存在的。

4.4 电子层编组3与5和周期编组5与8

笔者认为,由多种计算机制共同决定的8周期144元素,由于各种编组数据之间(如周期与周期、族与族)具有相互依存、相互为用的计算关系,加之总数144能够被2、3、4整除,不能被5整除,还有当电子层n为1、2、3、4时,对应的周期依次是第1、第2与3、第4与5、第6与7,证明中间每2个周期相应1个电子层,形成“组合周期”与每个周期内的2种元素结合占1个“组合位”即相邻2族形成组合族(见后)相当。1个n值对应1个组合周期(2个周期)。第8周期与第1周期相当于1个组合周期,是上下呼应、首尾相接。所以第8周期元素数不能按公式2n2计算,即式中n的取值范围应≤4。但第8周期确实已经对应到n等于5的电子层。因此,电子层的编组相当于3与5,3对应2、3、4完整符合2n2计算值的组合周期,5则是包括对应第1与第8周期的非完整组合周期的2个n值。就周期编组而言,则是5与8编组,5是指1、2与3、4与5、6与7、8计5个非组合周期与组合周期编组,8即1~8计8个(非组合)周期。

4.5 元素周期表8周期与11周期编组关系

上述8周期编组是由“5+3”决定的1~5与6~8计8个周期。此外,还有“5+6”计算关系决定的11周期编组,即1~5周期不变,6~8周期各自第1、2族元素与系元素构成的6B或6、7B或8、8 B或10周期、普通(系外)其他元素构成的6A或7、7A或9、8A或11周期计6个周期。即B类与A类周期合为8周期编组的6~8周期,分为11周期编组的6~11周期,见表1,后面详述。11周期编组无增元周期可言。

4.6 对几种新元素中文名的命名建议

① 118号元素 据后面推算该元素既属最后一种气体元素,也是人工合成的唯一一种气体元素,故以“气”字头下加“人”构成的“人气”为名,读人音。② 119号元素 位于第8周期之首。根据“同周期元素从左到右金属性递减,同族元素从上到下金属性递增”规律,可知119号元素是金属性最强的元素,故命名为“钅王”,读王音。③ 121号元素 该元素为金属元素,且居新增系元素(若今后证实该系确为8种元素)之首,为纪念中国人率先准确推算出该系元素的存在,故命名为“铧”,该系元素称铧系元素。④ 125号元素 推算属人工合成液态金属元素(见后),以左边“钅”旁,右边上“人”下“水”构成的“钅人水”为名,读“zhong(重)”音,去声。⑤ 144号元素 不仅是第8周期最后一种金属元素,还是全部金属元素中的最后一种,又是整个元素周期表的终结元素,故以“钅”字旁加“止”构成“钅止”为名,读止音。

5 元素三向序数 元素分类及排列计算

前面推算得知,元素周期表为8周期或11周期144元素,现在探讨这些元素的分类及排列计算。元素的演化、分类及排列计算涉及元素三向序数──横向序数、纵向序数和斜向序数,遵循老子“道生一,一生二,二生三,三生万物。”的论断,因此不论从什么角度分皆是先一分为二。

5.1 元素三向序数

5.1.1 元素三向序数演化 研究发现,决定元素位置、结构与性质的元素序数体系包括横向序数、纵向序数和斜向序数。元素序数体系为1;1分化成2时,第1种起始点在右上角,第2种起始点在左上角;由2分化成3时,第1种分化成2,分别形成斜向序数与纵向序数;第2种仍为1,形成横向序数。

5.1.2 元素三向序数的排列及性质 横向序数指周期内自左至右、周期间自上而下排列的序号,即原子序数,这是人们最先发现的基本序数,故下文仅述序数号码时系指此种序数。纵向序数指族内自上而下、族间自右至左排列的序号,即18族1~8周期依次为1~8号,17族1~8周期依次为9~16号,依次类推,下文称纵向×号。此序数定位明确,无须标注。斜向序数指按周期从右到左、族从上到下的斜线排列的序号,斜向1号与纵向1号为同一元素即横向2号,斜向2号对应横向1号、斜向3号对应横向10号,余类推。因排列复杂,加之周期、族和元素金属性与非金属性的排列计算都用到斜向序数,为了便于讨论表1中将斜向序数排在元素名称下方。另外,112号及其后元素的元素符号,按照IUPAC规定由相应原子序数三个音节中每个音节的首字母组成,限于版面表1中一般取其后两个音节的首字母,与现有元素符号重复者取三个音节的首字母。横向序数呈显性(质子数)、纵向序数呈显性(轨道、亚层、电子层)可以看见,斜向序数(与纵横双向因素相关)呈隐性只能推知。
5.1.3 周期表右上角3元素三向序数差值呈现出的编组 右上角氢(见后)、氦、氖3元素3种序数间的差值比较结果:斜向序数与横向和纵向序数差值为:1个0、3个1、1个7、1个8,横向序数与纵向和斜向序数差值为:1个0、2个1、1个7、2个8,纵向序数与斜向和横向序数差值为:1个0、2个1、1个7、2个8。可见,3组中有1组为1个编组类型,有2组为1个编组类型,体现出1与2编组。三组数据中包括0、1、2、3、7、8计6个数。其中1个0,5个自然数,体现出“1+5=6”编组。

5.2 元素分类

对8周期编组而言,按计算排列方式分为普通元素(除系元素以外的元素)与三系元素2部分。按生成型式分为天然元素与人造元素2部分;按元素性质分为非金属性与金属性2类,非放射性与放射性2类。按存在形态分为流体与固体2类,流体又分为气体、液体2类,最终呈现液体、气体与固体3类。

5.3 普通元素与三系元素的计算和排列

三系元素包括镧系(57~70号)、锕系(89~102号)和铧系(121~128号)36种,普通元素108种。普通元素与三系元素的相关计算如下。

5.3.1 元素周期表“空位”数计算

根据元素化生演化逐步增多,即元素数金子塔自上而下逐渐增大的规律,1周期因普通元素少而出现许多空位,随周期数的增大普通元素增多,空位越来越少。普通元素的“占位”与“空位”之间的计算关系如下:
1周期:氢与氦各占1位,共2位。第1

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