[实用新型]柱体束式三维元素周期表

说明书

本实用新型属于化学元素内在自然周期规律的直观三维显示器具。

门捷列夫提出元素周期律已有120多年。在这期间有关原子结构的理论有了很大发展。但元素周期律至今未能用元素的内在本质原子结构描述和定义；多年来人们针对元素周期表中存在的不足，曾提出过多种改进方案。其目的不外乎要寻求一个能充分反映元素内在自然规律的周期表。然而均未能获得满意的结果。这表明要达到预想的这个目的，仅仅靠周期表单方面的改进是不可能的。必须同时对周期律也进行改进才能办到。一个多世纪中，元素周期律一直是以元素的化学性质为中心的；是元素性质的周期体系。然而性质只是元素对外在事物的反映，并非元素的内在本质。所以人们设计的各种形式的周期表，包括1989年提出的三维元素周期表“元素周期仪”(中国专利：89.2.04167.6)。以及仍在推广销售的“‘亚历山大(ALexander)’三维元素周期表”(美国专利：见http：//periodicTable.Com/pages/3AAE3D.html)等，虽然各有所长，但都是以化学性质的周期律为依据的。因此都不能充分反映元素间内在的自然规律，都存在理论与表现形式间的某些矛盾。由三个形状不统一的柱体组成的，“‘亚历山大’三维元素周期表”还出现了周期之间的界限不清，某些元素分类不明确等一些新的不足。然而周期性和分类正是元素周期律的核心问题。

本实用新型的目的是为了让元素周期表能充分反映元素内在本质间的自然周期规律；让每个周期，周期内的次级组成，各周期之间的相互关系，以及元素分区，分族间的分类关系等，都能同时极有规律的，在周期表上直接表现出来。使理论与几何表现形式能一一相互对应。为化学教学提供一个更能深刻领会的教具；为周期律的研究和应用提供一个直观的显示器具。

本实用新型为了达到预期的目的，是从以下三个方面进行的。(1)利用原子结构和原子外层电子构型等方面已有的理论知识，改进元素周期律的理论描述；将原来以元素性质为中心的思想，改为以原子结构做为唯一的基本依据。即改为：“元素原子结构(基态外层电子构型)随着原子核电荷数(质子数)的依次递增，呈现周期性的变化”。这样改进后表达的是不含人为因素的，元素间内在本质的自然变化；是元素间最基本的周期规律。(2)以此改进的周期律为依据，对元素统一按电子构型分类，即不再沿用主，副族等以性质为中心的分类法。并重新明确相应的元素族名，是在现有的元素电子构型分区的基础上，用分区符号s，p，d，f，再加上该族元素特征性能级理论上应填入的电子数为族名。即名为s1，s2族；p1，p2......p6族；d1，d2......d10族；f1，f2......f14族等。这样的族名可与元素的原子外层的结构直接联系起来。由于是按电子构型分类，部分元素的归属要明确。氦元素不属于p6族调整至S2族；镧系和锕系元素原属于IIIB族，按电子构型应属于f1到f14族；而镥和铹按电子构型无疑应属于d1族，因此与钪和钇排在同一族。(3)以改进的周期律和元素分类为依据，进行三维周期表的几何形状设计。本实用新型在总体上设计成，由四个相似形柱体组成的柱体束，见图1和图3。按电子构型分区，排列S分区元素的柱体称为S柱；排列P分区元素的柱体称为P柱；排列d分区元素的柱体称为d柱；排列f分区元素的柱体称为f柱。各柱体的尺寸按s.p.d.f顺序由小到大，见图1，图3。其中每个柱体的形状都是一侧宽厚，另一侧呈刃棱状的异形柱体(简称刃形柱)，见图2。此种柱体均在刃棱一侧，形成一条纵向垂直于底座的刃棱线。各柱体的横截面(上视图)如同苜蓿叶状。各个柱体上所排列属于同一电子构型分区的元素，均从柱体的刃棱处开始，按原子核电荷数和逆时针顺序，环绕排列在每个柱体表面上。同一个周期的元素均排列在同一个水平位置上。分布在不同柱体上属于同一周期的元素，均排列在同一高度。各柱体上属于同一个族的元素均排列在同一个纵行。将四个柱体按s，p，d，f顺序，顺时针环绕放置并使各柱体的刃棱线相互汇合，再连接在一起成为一个整体，即构成柱体束式三维元素周期表。

本实用新型可制成较坚固的固定式的，或可动式的；也可以印刷在纸类等薄型材料上，用折纸的方法做成简易式的柱体束式三维元素周期表。本实用新型由于具有特定的几何造型，也可与其它器物结合制成一物多用的产品。