[论文解读] The Periodic Table as a Part of the Periodic Table of Chemical Compounds

Mikhail M. Labushev|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2011

History and advancements in chemistry参考文献 15被引用 5

一句话总结

本文通过将天然元素、矿物、无机物和有机物的数量建模为95种天然元素的1、2、3和4重组合，提出了一种统一的化学元素与化合物周期表，分别得到95、4,465、138,415和3,183,545种物种。该研究引入了“比例信息系数”以推广化学计量关系，并提出这些系数的期望值可作为化学化合物的定义特征，类似于原子量对元素的定义作用，从而构建出一个包含95种元素和化合物单元的25周期表。

ABSTRACT

The numbers of natural chemical elements, minerals, inorganic and organic chemical compounds are determined by 1, 2, 3 and 4-combinations of a set 95 and are respectively equal to 95, 4,465, 138,415 and 3,183,545. To explain these relations it is suggested the concept of information coefficient of proportionality as mathematical generalization of the proportionality coefficient for any set of positive numbers. It is suggested a hypothesis that the unimodal distributions of the sets of information coefficients of proportionality for atomic weights of chemical elements of minerals and chemical compounds correspond to unimodal distributions of the above sets for combination of 2, 3 and 4 atomic weights of 95 natural chemical elements. The expected values of symmetrized distributions of information coefficients of proportionality sets for atomic weights of minerals and chemical compounds are proposed to be used to define chemical compounds, like atomic weights define chemical elements. Variational series of the expected values can be represented as a sequence of packets of 95 values. The Periodic Table should be extended to the Periodic Table of Chemical Elements and Chemical Compounds consisting of a short period with 95 chemical elements and 4,465 minerals, and 24 periods with 138,415 compounds each. All naturally occurred chemical elements, minerals and chemical compounds should be packed in 95 to compose the suggested Table. The first long period comprises the packets of inorganic compounds, the rest of the periods include the packets of organic compounds.

研究动机与目标

• 将周期表扩展至包含化学化合物，而不仅限于元素，以实现统一。
• 通过95种天然元素的组合，系统解释天然化学物种（元素、矿物、无机物和有机物）的观测数量。
• 引入“比例信息系数”作为正数集合中化学计量比例关系的数学推广。
• 提出这些系数的期望值可作为化学化合物的定义特征，类似于原子量对元素的定义作用。
• 构建一个包含25个周期的新周期系统：一个包含95种元素和4,465种矿物的短周期，以及24个各含138,415种化合物的长周期。

提出的方法

• 将天然化学物种的数量建模为组合形式：C(95,1) = 95种元素，C(95,2) = 4,465种矿物，C(95,3) = 138,415种无机化合物，C(95,4) = 3,183,545种有机化合物。
• 将“比例信息系数”定义为任意正数组合中比例系数的数学推广，适用于原子量。
• 分析矿物和化合物中原子量的信息系数的单峰分布，假设这些分布与95种元素的2、3和4重组合所生成的分布相似。
• 提出这些系数对称化分布的期望值可作为化学化合物的定义参数，类似于原子量对元素的作用。
• 构建一个新周期表结构：95种元素位于一个短周期，24个长周期各包含138,415个化合物单元。
• 组织该表格，使第一个长周期包含无机化合物，后续周期包含有机化合物，所有物种被整合进95个结构单元中。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过组合数学系统地解释天然存在的化学元素、矿物、无机物和有机物的数量？
• RQ2 “比例信息系数”概念能否推广化学物种之间的化学计量关系？
• RQ3 矿物和化合物中原子量的信息系数分布是否表现出与95种元素的2、3和4重组合所生成的分布相似的单峰模式？
• RQ4 这些系数的期望值能否作为化学化合物的定义特征，类似于原子量对元素的作用？
• RQ5 如何构建一个统一的周期表，以包含元素和化合物，并实现一致的结构组织？

主要发现

• 天然化学元素的数量为95，与C(95,1) = 95一致。
• 天然存在的矿物数量为4,465，与C(95,2) = 4,465一致。
• 天然存在的无机化合物数量为138,415，与C(95,3) = 138,415一致。
• 天然存在的有机化合物数量为3,183,545，与C(95,4) = 3,183,545一致。
• 提出矿物和化合物中比例信息系数对称化分布的期望值可作为化学化合物的定义参数，类似于原子量对元素的作用。
• 所提出的周期表包含25个周期：一个短周期含95种元素和4,465种矿物，以及24个长周期，每周期含138,415种化合物，形成所有天然存在物种的分层排列。