1869年2月19日
元素周期表诞生
一张不足几百字的表格，能把物质世界最深层次的秘密揭示出来，堪称是个奇迹。看到这张表格，人们突然发现，原来纷繁复杂、姿态万千的大自然，竟然有如此简单的一面。它显示了自然界的简洁、有序，还揭示出物质周期性的内在联系，令人叫绝。
揭开大自然简单、有序秘密的就是这张元素周期表，它的问世，彻底改变了人对自然界的看法，更促进了近代化学的发展。门捷列夫（图1）是周期表的主要创始人，但周期表并非是一下子从他头脑中冒出来的，而是经过了十几年的摸索，并曾经在黑暗中长时间找不到方向，能带给他一丝光亮的竟然是经他的双手积累出来的一堆卡片！
图1
1834年2月7日德米特里·门捷列夫生于西伯利亚托博尔斯克，1856年获得化学学位后，他担任了彼得堡大学教师。在讲授“基础化学”时，他本可以年复一年、日复一日地照本宣科，但他却对所讲授的内容存有疑问：究竟为什么不同元素有不同的化学性质？为什么有些元素的性质彼此相近？有些又相差甚远呢？元素的原子量与性质之间到底有什么联系？为了寻求答案，他制作了像纸牌一样的卡片，并把收集到的元素性质记录在上面，还常常拿出这些卡片，边翻看，边琢磨。
1859年，门捷列夫去德国海德堡大学深造，在这两年中，他集中精力研究物理化学。有心人容易捕捉到灵感，在赴德的第二年，从德国卡尔斯鲁厄化学大会上，他得到了一个重要的启示。后来他回忆说：“我的周期律决定时刻是1860年……，在这次会上，我聆听了意大利化学家康尼查罗的演讲……，一个想法涌上心头，这就是元素的原子量递增而使性质呈现周期性变化的想法。”说明此时，在探索元素间关系的时候，他悟出了一个重要线索，这就是原子量和元素性质周期性关系。
1862年，门捷列夫去巴库油田考察，在对液体进行研究中，他又重测了一些元素的原子量，把得出的结果记录在卡片上。1865年，获得化学博士学位后，门捷列夫担任彼得堡大学化学教授。两年以后，他参与筹备法国工业展览会的俄国展馆，借此机会，他参观了法国、德国和比利时的许多化工厂和实验室，令他大开眼界。
在门捷列夫时代，人们所知的元素一共只有63种，对原子的结构更是一无所知，不仅元素大家族的信息不完整，许多元素所公认的原子量和化合价也并不准确。在这种情况下，确认出它们的周期关系并不容易。门捷列夫抓住了一切机会，使卡片上所标记的元素性质和原子量线索逐渐丰富了起来，从而使他逐渐接近了目标。
在整理这些卡片时，他先按照原子量的大小把元素顺序排开。他发现，性质相似的元素，原子量并不相近，原子量彼此接近的元素性质却并不相同，元素的性质是否有着周期性呢？当他把性质相似的元素按着列排起来时，果然发现了周期性，令他茅塞顿开！十几年的黑暗摸索，终于看到了一丝曙光，他立刻把这个灵感捕捉下来，写出了如图2的第一个小表。依照现在的眼光，这个小表着实让人看不懂，但对他来说，这是一缕照亮前进方向的光。这份表格发表在俄国化学学会会刊上，事实上，这时门捷列夫病了，这篇文章是由他的助手尼古拉·曼舒特金代他发表的。
图2
1869年2月19日，门捷列夫终于排出了一个周期性的元素表（图3）。对着这张表格他做了仔细的研究，得到如下结论：无论是简单物质还是化合物的性质，都应该与原子量周期变化有一定的依赖关系。从周期表所处的位置，他大胆地指出了一些元素的原子量并不准确，如那时公认金的原子量是169.2，如果按照这个量，它应该排在锇、铱和铂的前面，因为当时它们的原子量分别是198.6、197.6和196.7，而门捷列夫坚持认为，金应该排在这3种元素的后面，它的原子量应该重新确定。果然，重测的结果锇是190.9，铱是193.1，铂是195.2，而金的原子量是197.2，证实了门捷列夫的论断。就这样，按照这张周期表，门捷列夫先后调整了17种元素的序列，重新测定一些元素的原子量。例如铍的原子量从14调整到9，使元素按照相对质量周期性递增的序位从H-Li-B-C-N- Be-O-F纠正为H-Li-Be-B-C-N-O-F。
图3
就这样，利用元素的原子量确定了周期表，又利用周期表核实了原子量，经这番调整，元素的周期性质如拨开云雾见青天般地立刻呈现了出来。例如，从锂到氟金属性逐渐下降，非金属性逐渐增强，从典型的金属变成典型的非金属；序列中的化合价也呈现了渐变的规律：从锂到氮，正化合价从+1上升到+5，从碳到氟，负化合价从-4上升为-1。
最初的周期表上有很多的空格，门捷列夫从理论上不仅预言了11种尚未发现的元素，还预言出它们的重要性质。例如在锌和砷之间有两个空格，他预言出这两个未知元素的性质分别具有类铝和类硅的性质。在这一预言的4年后，法国化学家布阿勃朗用光谱分析法，从锌矿中发现了镓，这就是门捷列夫所预言的“类铝”元素。镓的发现充分地证明了元素周期律是自然界的一条客观规律，为以后的元素研究、新元素的探索以及新物质、新材料的寻找提供了一个可遵循的规律。
值得一提的是，在门捷列夫创建元素周期表的5年以前，即1864年，德国化学家迈耶尔已经发现了元素的周期律。在当年出版的《现代化学论》一书中，他就说过，“在原子量数字上存在着一定的规律性，这是毫无疑义的。”在这本书中，他还画了一张跟门捷列夫的周期表非常相似的表格，后来又做了调整和补充，1870年，他得出一张比门捷列夫周期表还完整的元素周期表。然而，德国人谨慎小心的性格使他对这个重要发现迟疑不决，当时他说：“在差不多每天都有许多新事物出现的领域里，任何概括性的新学说随时会遭遇到一些事，这些新出现的事会把这一学说否定。这种危险是存在的……，因此我们必须特别小心。”1880年，当他见到门捷列夫发表的周期表以后，他坦言“我没有足够的勇气，能像门捷列夫那样深信不疑地做出预言。”这一谨慎，不仅使他错过了首先发表，也失去了进一步发展的机会。
后来，门捷列夫的周期表又经过了数次调整，特别是1905年经著名瑞士化学家维尔纳改制之后，才变成现在的格式。但在当时，人们仍然不知道“原子序数”实在的物理意义。1913年，经英国物理学家莫斯莱确定，“原子序数”实际上是原子的核电荷数，从此，元素周期律被表述为元素性质随核电荷数的递增发生周期性的改变。图4是建在彼得堡大学门捷列夫博物馆前的门捷列夫雕像和周期表浮雕。
图4
关键词：德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫，元素周期表，Dmitri Ivanovich Mendeleev，periodic table of elements
图1：http://www.rsc.org/education/eic/issues/2012January/trouble-in-the-periodic-table.asp
图2：http://web.lemoyne.edu/giunta/ea/MENDELEEVann.HTML
图3：http://acamrmicheal.weebly.com/periodic-table-mendeleev-discovery.html