門捷列夫（Dmitri Mendeleev，1834-1907）1834年出生於沙俄西伯利亞的託波爾斯克鎮，一個寒冷的、偏遠的、還算熱鬧的小城市。父親是一所中學的校長，母親經營著祖上繼承來的一個玻璃工廠。門捷列夫在玻璃工廠長大，耳濡目染黏土焙燒中的各種變化，從小就對化學變化的過程充滿了好奇心。
門捷列夫的母親是位英雄的母親，一生共生了17個孩子，門捷列夫排行最小。用我們現在的眼光看，門捷列夫就是一個「神童」，因為在哥哥們在上學的時候，他在旁邊跟著學就掌握了小學的所有課程，7歲通過入學考試就直接進入了中學學習。
1847年，門捷列夫從託博爾斯克中學畢業的時候，家生變故，父親因患肺結核匆匆離開了人世，母親所經營的玻璃工廠在一場大火中也化為灰燼。雖然生活非常艱苦，門捷列夫的母親為了他能進入一所好的大學繼續深造，決定從託波爾斯克鎮搬家到莫斯科。到了莫斯科後，他們才發現根據當時教育部的招生規定，莫斯科的大學僅招收本學區的中學畢業生，而門捷列夫所畢業的託博爾斯克中學屬於喀山學區，門捷列夫只能報考喀山大學。於是門捷列夫的母親決定到學術氛圍濃厚的彼得堡去碰碰運氣，結果在門捷列夫父親好友的幫助下，成功被彼得堡師範學院錄取。
彼得堡師範學院這所大學聽起來普普通通，但從屬於著名的彼得堡大學，所以這裡的大部分課程由彼得堡大學派來的教師來講授。彼得堡數學學派的奠基人、著名數學家奧斯特羅拉德斯基院士和電磁感應理論的提出者、著名物理學家楞茨院士等都曾在這裡教學，對門捷列夫影響很大。彼得堡師範學院每年的招生人數很少，每年僅招收100餘人，這樣就為師生交流提供了很多機會。門捷列夫入學時雖然成績平平，但著名化學家伏斯克列森斯基慧眼識珠，很快從眾多學子中發現了門捷列夫在化學方面的天資，給予了他特別的幫助。1855年大學畢業時，門捷列夫全校名列第一。
1857年，年僅23歲的門捷列夫就被批准成為彼得堡大學化學教研室的副教授。這個消息在彼得堡乃至整個俄羅斯的化學界都引起了轟動。大家都認為，這個副教授一定會是俄羅斯化學界權威——伏斯科列森斯基最好的接班人。我們知道的，門捷列夫是一位著名的化學家；不知道的，是他的研究領域非常廣泛。統計結果，門捷列夫的化學專著只有40種，僅佔他發表著作和論文的10%。其餘的，物理化學是106種，物理學是99種，工業技術是99種，經濟與社會是58種，其他29種【1】。人類認識世界，就像學習下棋一樣。如果你事前對下棋的規則不了解，看見兩個高手在下棋，你來我往，你在旁邊觀察一段時間後，大概也能總結出一些規律來，如「馬走日字相走田」，「卒子只能向前不能往後」。沒有人給你講解規則，總結起來就需要花很多時間，走很多彎路。當你總結出一些規則後，你就會在後面的下棋中拿來驗證。如果後面下棋的步驟與你設想的規則是一樣的，你就認為自己發現了規則，否則就根據新的觀察對前面總結的規則進行修正，直至能與後面下棋的步驟預測相一致。研究世界的運行規律與學習下棋一樣，都是一個不斷總結、不斷驗證的過程。不管你知道或不知道，規律本來就在那裡。如果不知道規律，看世界就雲裡霧裡；知道了規律，理解世界就變得簡單了。不但知道現在是什麼樣子，還可以根據現在預測未來。我們現在受過初等教育的人都知道元素周期表，覺得好像也沒有什麼，元素本來不就是有規律的嗎？似乎顯而易見。這是因為我們已經知道了規則，並且這些規則得到了充分的驗證，已經被世人所接受，變成了普遍知識。在門捷列夫之前，人們並不知道這些規則，就像一個從來沒有學習下棋的新手一樣。特別是，1911年盧瑟福才發現決定元素特性的原子結構，門捷列夫發現元素周期表是1869年，不知道影響元素特性深層機理，要找出元素之間的規律面臨巨大挑戰。我們按時間倒序的方式來看這個故事，估計更容易理解一些。先看一下現在的元素周期表是什麼樣子的，揭示了什麼樣的規律。現在我們課本上的元素周期表如圖1所示。它是1869年門捷列夫(Dmitri Mendeleev)首先提出，後來又經過多名科學家多年的修訂形成。世界上所有的物質都是由基本單元——元素組成的。這樣的元素，已經發現的總共有118種。每種元素，都有一個名字，如氫、鋰、鈉等。這樣我們在討論元素的時候，就知道具體在討論那種元素了。每種元素，都有一個原子序號。原子序號就是元素原子的質子數，原子序號與每種元素一一對應。就像我們的名字與身份證號碼一樣，每個人都有一個一一對應的、不重複的身份證號碼。我們現在知道，原子是由帶正電的原子核與帶負電的電子組成的，原子核又是由帶正電的質子和不帶電的中子組成的。門捷列夫發現元素周期表的時候，還不知道原子的結構。但已經發現氫原子是原子中質量最小的。碰巧氫原子是由一個質子和一個電子組成的，沒有中子，電子的質量可以忽略不計，氫原子的質量就是一個質子的質量。又有中子與質子的重量相等，因此其他元素的質量就約表現為氫原子質量的整數倍。一個原子的質量很小，為便於表示，通常就用原子質量與氫原子質量的比值來表示原子的質量，稱為原子量。門捷列夫時期，科學家以為原子的質量決定了物質的性質，因此元素周期表是按原子量來排列的。直到1911年盧瑟福發現原子結構後，我們才知道是原子的電子確定了物質的性質。不過由於原子的電子數與質子數相等，因此元素的性質與元素的質子數也就一一對應了起來。在新的元素周期表中，就修改為按原子序數來排列。科學家們按原子序數遞增排列，將電子層數相同的元素放在同一行，將最外層電子數相同的元素放在同一列，就形成了元素周期表。這7個周期又可分成短周期（第1、2、3行）和長周期（第4、5、6、7行）。共有17個族，分別為：鹼金屬、鹼土金屬、稀土金屬、鈦族元素、釩族元素、鉻族元素、錳族元素、鐵系金屬、鉑系金屬、貨幣金屬、鋅族元素、硼族元素、碳族元素、磷屬元素、硫屬元素、滷族元素、稀有氣體元素。元素在周期表中的位置不僅反映了元素的原子結構，也顯示了元素性質的遞變規律和元素之間的內在聯繫。同一周期內，從左到右，元素核外電子層數相同，最外層電子數依次遞增，原子半徑遞減（零族元素除外）。失電子能力逐漸減弱，獲電子能力逐漸增強，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強。同一周期的主族金屬從左到右熔點升高，硬度增大。同一族中，由上而下，最外層電子數相同，核外電子層數逐漸增多，原子序數遞增，元素金屬性遞增，非金屬性遞減。同一族中的金屬從上到下的熔點降低，硬度減小。牛頓說「如果說我比別人看得更遠些,那是因為我站在了巨人的肩上」。門捷列夫與牛頓一樣，發現元素周期表，與當時對化學元素已經取得的研究成果是分不開的。1789年，拉瓦錫指出元素是構成物質的基本單位，並第一次給出了化學元素表。1803年，英國化學家道爾頓提出了原子論的觀點，認為：1、元素是由最終的簡單原子組成。簡單原子是不可見的，既不能創造，也不能毀滅和再分割，它們在一切化學變化中本性不變。2、同一元素的原子，其形狀、質量及性質是相同的；不同元素的原子則相反。每一種元素以其原子的質量（原子量）為其最基本的特徵。3、不同元素的原子以簡單數目的比例相結合，形成化合物。化合物的原子稱為複雜原子，其質量為所含各元素原子質量的總和。同一種複雜原子，其形狀、質量及性質也必然相同。道爾頓指出「每種元素的原子量是元素最基本的特徵」，為門捷列夫發現元素周期表指明了方向。門捷列夫非常認同道爾頓的觀點，把原子量作為發現元素規律的一條主線。1811年，義大利化學家阿佛伽德羅提出分子學術，認為原子是參加化學反應的最小單位，分子是保持物質一定特性的最小單位，分子是由原子組成。1860年，康尼查羅在德國舉行的國際化學會議上，發表了《化學哲理課程大綱》，強調把分子和原子這兩個概念區別開來。他指出，只要把原子和分子區分開來，不固守陳見，就能發現化合物的分子含有不同種類和數目的原子，單質分子中只含有一種原子。至此，單質、元素、原子、分子、化合物等概念都清晰地區分開來了。只有把這些不是元素的物質從元素中區分開來，我們才能發現元素本身的規律，就像根據已知點尋找擬合曲線一樣，要把錯誤的「壞點」從已知數據中剔除。現在元素周期表研究的對象——元素定義清晰了；原子量是決定元素特性的一個基本變量，這個也清晰了；另一個因變量就是元素的特性。有了這些數據，就為發現元素周期表提供了可能性，就像我們在笛卡爾坐標繫上，已經知道了一系列點的坐標（x,y）值，我們要找出這些點的擬合曲線。尚古以元素的原子量為橫坐標，以元素特性為縱坐標畫了一個螺旋圖（圖2）。驚奇地發現，特性相近的元素排列在一條垂直的直線上。其實尚古已經發現了元素周期表，但是由於一些已知元素測得的原子量錯誤，在螺旋圖上得不到相應的解釋，因此尚古的研究成果沒有得到承認。而且尚古對自己的研究成果也沒有堅持，遺憾地與發現元素周期表失之交臂。1865年，英國化學家紐蘭茲將元素按原子量排列，發現每隔8個元素就會出現性質相似的元素，稱為「八音律」。當紐蘭茲把自己的研究成果滿心歡喜地在倫敦化學會的講壇上做報告時，不僅遭到漠視，還被人挖苦，最後論文都沒有被收入在會議文集上。紐蘭茲就遇難而退了。尚古和紐蘭茲碰到的問題，門捷列夫也都碰到了，我們再看看門捷列夫是怎麼處理這些問題的。首先，門捷列夫從實踐中產生問題，並持之以恆開展研究。門捷列夫在彼得堡大學擔任化學副教授期間，負責講授《化學基礎》課。學生們經常會問在自然界到底有多少元素？元素之間有什麼異同和存在什麼內部聯繫？新的元素應該怎樣去發現？學生們通常覺得化學是一門很難學的課程，因為這麼多元素以及它們的特性根本記不住。門捷列夫也深有同感，認為當時的化學缺乏牢固的基礎，已有的化學知識只不過是記述無數零星的事實和現象而已。門捷列夫認為這些複雜現象的背後，一定有簡單的規律。從那時起，門捷列夫就堅持不懈地研究元素的規律。1859年，他去德國海德爾堡留學兩年，集中精力研究了物理化學，夯實了他探索元素間內在聯繫的基礎。1862年，他對巴庫油田進行考察，對液體進行深入研究，重新測量一些元素的原子量，使他對元素的特性有了深刻的了解，也使他擁有了質疑已經測得的原子原子量存在錯誤的勇氣。1867年，他借參加在法國舉行的世界工業展覽會的機會，參觀和考察了法國、德國、比利時的許多化工廠、實驗室，對化學的新進展有了更準確的了解。這些實踐活動，不僅增長了他認識自然的才幹，而且為他發現元素周期表，奠定了雄厚的基礎。其次，敢於質疑已經測量原子量的錯誤。元素周期表反映的是元素特性與元素原子量間的關係。可惜受當時的實驗能力限制，一些測得的、公認的元素的原子量是錯誤的。根據錯誤的測試結果得不出正確的結論，門捷列夫大膽地指出，當時一些公認的原子量不準確。如當時金的原子量公認為169.2，按此在元素表中，金應排在鋨、銥、鉑的前面，因為它們被公認的原子量分別為198.6、198、196.7，而門捷列夫堅定地認為，根據元素的特性，金應排列在這三種元素的後面，原子量都應重新測定。大家重測的結果，鋨為190.9、銥為193.1、鉑為195.2，而金是197.2。實踐證實了門捷列夫的論斷，也證明了周期律的正確性。尚古碰到了同樣的問題，但他沒有質疑原子量存在的測量錯誤，而是放棄了自己的螺旋圖學說。第三，預測了未知元素的存在，為未知元素在元素周期表中預留了空位。門捷列夫發現元素周期表時，共發現了63種元素。如果在同一族中，已經發現的63種元素中沒有對應相近特性的元素存在，門捷列夫就在元素周期表中把這一位置預留出來，並預言新的元素將被發現，並給出即將發現新元素的特性。比如在第四周期中找不到與第三周期中鋁的特性相近的元素，門捷列夫大膽預測這種沒有發現的新元素為「類鋁」，具有鋁類似的特性，並且告知類鋁的原子量69.9，比重5.94。這是在化學研究思維上的巨大跳躍。被當時的大化學家齊寧等指責為不務正業，覺得門捷列夫像算命先生一樣。在這樣的社會壓力下門捷列夫都沒有改變自己的觀點和研究方向。同樣他還預言了「類硼」、「類矽」等十幾種新元素的存在。門捷列夫喜歡打牌，他就把每種元素的化學特性和原子特性寫在一張撲克牌大小的小紙卡上。門捷列夫把63張牌不斷地排列組合，企圖在元素全部的、複雜的特性裡，捕捉到元素的共性。1869年2月17日，門捷列夫一直工作到深夜，不知不覺斜依在沙發上睡著了。夢中那些寫著元素原子量和特性的撲克牌激烈地爭吵起來，質量、特性哪一個才是元素的本質，一陣熙熙攘攘之後，每個元素找到一個屬於的自己的恰當位置，整個世界突然安靜了下來【2】。1869年元素周期表發布後，沉寂了好多年，很少有人相信這個從撲克牌上推導出的理論。直到1875年，法國科學家布瓦博得朗發現了新元素鎵【3】。布瓦博得朗在《巴黎科學院報》上發表了他所測量的鎵的物理和化學性質：鎵：原子量：59.72，比重4.7，熔點30.15℃，在常溫下不揮發，在空氣中不起變化，在各種酸和鹼中可逐漸溶解。門捷列夫看到這篇文章的時候，正在喝酒，興奮地大叫到：「鎵，看這特性，不就是我在元素周期表空位上預留的『類鋁』嗎？」再仔細一看，布瓦博得朗發布的鎵的原子量是59.72，比重是4.7。自己預言的類鋁的原子量是68，比重是5.9-6.0。布瓦博得朗發現的鎵與自己預測的類鋁的物理特性誤差有點大，門捷列夫決定給布瓦博得朗寫一封信，懇請布瓦博得朗重測一下。鎵，全世界僅有的一點點，都在我手裡，門捷列夫遠在俄羅斯，又沒有見過，竟然質疑我是不是測錯了。但布瓦博得朗基於求是的精神，還是決定再測一次。但重測的結果還是原子量是59.72，比重是4.7。並在回信中告知門捷列夫重測的結果。門捷列夫收到回信後，沒有重新審視自己的元素周期表，而是立即回信說，你現在的比重比我預測的小，是因為鎵是通過鈉還原製成的。你的鎵材料不夠純，含有雜質鈉，鈉的比重低，所以你測的鎵的比重比我預測的低。布瓦博得朗收到門捷列夫的再次來信，決定再提純、再測試。結果與門捷列夫的預測驚人一致：原子量69.9，比重5.94。布瓦博得朗激動地說：「這是一個怎樣的天才呀！他竟然準確預測到了從來沒有看到過的東西。我以為沒有必要再來說明元素周期表這一理論的重要意義了。」門捷列夫不但預測了鎵的存在與特性，還告知發現者布瓦博得朗測試結果存在誤差和誤差存在的原因。這是多麼的自信，又是多麼的固執。還記得英國數學家、天文學家亞當斯嗎？他根據萬有引力定律計算天王星的軌道，發現理論計算軌道與實際軌道有差異，從而預測了海王星的存在，並且後來海王星在其預測位置偏差不到1度的地方被觀察到。先有萬有引力理論預測，後有海王星的觀察結果，成為牛頓萬有引力定律的榮耀時刻。還記得英國天文學家愛丁頓嗎？愛因斯坦根據廣義相對論，預測光線經過太陽時因受太陽的引力而會發生彎曲。愛丁頓在1919年日全食時觀測到了這一點，並且彎曲的弧度與愛因斯坦預測的驚人一致——1.7弧度。同樣是先有廣義相對論的理論預測，後有引力使光線彎曲的觀測結果，成為愛因斯坦廣義相對論的榮耀時刻。布瓦博得朗發現「鎵」，就是門捷列夫元素周期表的榮耀時刻。1879年，瑞典化學家尼爾森發現了元素鈧，原子量44，其實就是門捷列夫預測的元素「類硼」。1886年，德國化學家文克勒元素鍺，原子量72，其實就是門捷列夫預測的元素「類矽」。自信與固執有什麼區別呢？堅持並證明正確的，就是自信；堅持並證明錯誤的，就是固執。生活就是一個成敗論英雄的世界。生命很長，你可以任意揮寫；但看的人生命很短，只有時間看閃耀的時刻。
誠然，為化學做出如此大的貢獻，且被認為天才的門捷列夫，是有實力獲得諾貝爾化學獎的。然而，門捷列夫卻兩次與諾貝爾獎失之交臂，臨死都沒有獲得這一榮譽，被稱為諾貝爾獎歷史上十大憾事之一。門捷列夫，為何無緣諾獎，又是誰「奪走」了這兩次榮譽？因發現元素周期表，1905年，諾貝爾獎委員會決定授予門捷列夫當年的諾貝爾化學獎，然而沒想到的是，瑞典化學界的「大佬」（曾獲得1903年諾貝爾化學獎）阿倫烏尼斯提出了強烈反對。有人認為，這是因為門捷列夫曾批評過他的溶解理論。最後，該年的獎項頒給了德國有機化學巨人貝耶爾。1906年，門捷列夫再次提名諾貝爾化學獎，阿倫烏尼斯又一次強烈反對，最終獎項花落法國化學家莫瓦桑。莫瓦桑以製造出單質氟而聞名，還發明了電解爐，熔煉了鎢、鈦、鉬、釩等高熔點金屬，最讓他引以為豪，也在很大程度上促成他摘得1906年諾貝爾獎的「創舉」就是——用石墨人工合成了金剛石。雖然後來才發現，那塊人造金剛石其實是苦於實驗折磨的助手扔進反應容器裡的天然金剛石，但在1906年，人們並不知情，只沉浸在人工製得金剛石的喜悅當中。阿倫烏尼斯的強烈反對，加上莫瓦桑的強有力競爭，門捷列夫再次無緣諾獎。1907年，門捷列夫就因病逝世。諾貝爾獎只頒給在世之人，於是這位偉大的科學家永遠失去了獲獎機會。雖然門捷列夫終身未獲諾貝爾獎，但門捷列夫對科學事業的貢獻足以成為我們心中的「無冕之王」。為了紀念門捷列夫，1955年，由美國的喬索（A.Gniorso）等人發現的元素周期表上的第101號新元素，以門捷列夫（Mendeleev）的名字命名為鍆（Mendelevium，Md），他將以這樣的方式被後人永遠銘記。1862年，門捷列夫28歲時與列謝娃結婚，這是他的第一段婚姻，兩人育有一子一女。門捷列夫與列謝娃生活理念不同，所以兩人的婚姻並不幸福，這也使得門捷列夫把更多的時間和熱情投入到了工作中去。門捷列夫自己曾自嘲說，感謝列謝娃，是她讓自己的事業更上一層樓。1876年，當門捷列夫42歲的時候，門捷列夫找到了自己的真愛——美術學院的年輕女學生安娜·波波娃，並於1880年結婚，恩愛到老，於1907年卒。關於門捷列夫子女的情況，後世很少提及，概多淪為平凡。參考資料：
【1】《元素周期表的發現者 門捷列夫》，作者：雄偉，中國社會出版社。
【2】《數理化通俗演義》，作者：梁衡，2017年，北京聯合出版公司。
【3】《門捷列夫傳》，作者：斯米兒諾夫，2004年，海燕出版社。