作者：Jason（嬰鳥武鳥蟲累）。本文僅為以科學知識傳播為目的的轉載，不涉及商業應用。
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小明分享會的化學家鸚鵡螺老師要雄起了，答應大家每周推出一篇化學科普專題，終於在2015年，小明分享會有了自己的王牌專欄啦。
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提及化學，相信不少人立馬就起身表示這是自己心頭的一塊痛處。當然了，這是要歸功於我們的應試教育的。而提起化學工業，很多人也是嗤之以鼻的，仿佛跟化學沾邊的東西就是不環保，不健康的。更有甚者，某純淨水還打出了「本品不添加任務化學物質」的廣告。化工產業作為國民支柱產業之一，得此殊遇，不得不說自身有不少值得沉思的地方。但筆者身為化學從業者，竊以為民眾對化學知識的缺乏也是偏見形成的原因之一。前兩天看王小波的書，他說他喜歡上邏輯學是因為羅素，有人喜歡蘇東坡完全是因為東坡肉好吃，那麼就從今天開始，藉助小明分享會的平臺，通過一些化學家的軼事，希望能夠呈現給大家一個與書本上不那麼一樣的化學。
一、元素周期率的發現
宇宙萬物是由什麼組成的？古希臘人以為是水、土、火、氣四種元素，古代中國則相信金、木、水、火、土五種元素之說。到了近代，人們才漸漸明白：元素多種多樣，決不止於四五種。18世紀，科學家已探知的元素有30多種，如金、銀、鐵、氧、磷、硫等，到19世紀，已發現的元素已達54種。
1789年，安託萬·拉瓦錫發布了包括33種化學元素的列表。拉瓦錫將元素歸類為氣體、金屬、非金屬和土質，而化學家在之後的一個世紀裡一直尋找更準確的分類方式。直到1865年，英國化學家紐蘭茲把當時已知的元素按原子量大小的順序進行排列，發現無論從哪一個元素算起，每到第八個元素就和第一個元素的性質相近。這很像音樂上的八度音循環，因此，他乾脆把元素的這種周期性叫做「八音律」，並據此畫出了標示元素關係的「八音律」表。
1866年，紐蘭茲向英國化學會會員公布的「八音律」表
顯然，紐蘭茲已經下意識地摸到了「真理女神」的裙角，差點就揭示元素周期律了。不過，條件限制了他作進一步的探索，因為當時原子量的測定值有錯誤，而且他也沒有考慮到還有尚未發現的元素，只是機械地按當時的原子量大小將元素排列起來，所以他沒能揭示出元素之間的內在規律。當年，紐蘭茲的「八音律」在英國化學學會上受到了嘲弄，主持人以不無譏諷的口吻問道：「你為什麼不按元素的字母順序排列?」 可見，任何科學真理的發現，都不會是一帆風順的，都會受到阻力，有些阻力甚至是人為的。
後來的事情相信大家都猜到了，所以我們今天的故事就從門捷列夫開始講起。
二、門捷列夫
1834年2月7日，伊萬諾維奇·門捷列夫誕生於西伯利亞的託波爾斯克，父親是中學校長。13歲時，門捷列夫的父親去世，母親的工廠又被一場大火毀於一旦，家境一落千丈，但門捷列夫考入了託博爾斯克文科中學，也算是家裡的安慰。1849年，門捷列夫的母親變賣家產，帶著孩子四處求學，先後到過莫斯科、柏林和巴黎，最後在聖彼得堡高等師範學校為門捷列夫找到一個入讀機會，1850年，門捷列夫就讀物理數學系。同年9月，門捷列夫的母親病逝，門捷列夫決心發憤讀書，1855年以優異的成績畢業，但由於被診斷出有肺結核，不得不到黑海邊上的克裡米亞半島休養。在此期間，門捷列夫讀完了碩士，並於兩年後回到聖彼得堡。期間先後到過辛菲羅波爾、敖德薩擔任中學教師。1857年他被聖彼得堡大學破格任命為化學講師。
年輕帥氣的門捷列夫
在編寫無機化學講義時，門捷列夫發現這門學科的俄語教材都已陳舊，外文教科書也無法適應新的教學要求，因而迫切需要有一本新的、能夠反映當代化學發展水平的無機化學教科書。這種想法激勵著年輕的門捷列夫。當門捷列夫編寫有關化學元素及其化合物性質的章節時，他遇到了難題。按照什麼次序排列它們的位置呢？當時化學界發現的化學元索已達63種。為了尋找元素的科學分類方法，他不得不研究有關元素之間的內在聯繫。研究某一學科的歷史，是把握該學科發展進程的最好方法。門捷列夫深刻地了解這一點，他邁進了聖彼得堡大學的圖書館，在數不盡的卷帙中逐一整理以往人們研究化學元素分類的原始資料……
門捷列夫抓住了化學家研究元素分類的歷史脈絡，夜以繼日地分析思考，簡直著了迷。夜深人靜，聖彼得堡大學主樓左側的門捷列夫的居室仍然亮著燈光，僕人為了安全起見，推開了門捷列夫書房的門。「安東！」門捷列夫站起來對僕人說：「到實驗室去找幾張厚紙，把筐也一起拿來。」安東是門捷列夫教授家的忠實僕人。他走出房門，莫名其妙地聳聳肩膀，很快就拿來一卷厚紙。「幫我把它剪開。」門捷列夫一邊吩咐僕人，一邊動手在厚紙上畫出格子。「所有的卡片都要像這個格於一樣大小。開始剪吧，我要在上面寫字。」
門捷列大不知疲倦地工作著。他在每一張卡片上都寫上了元素名稱、原於量、化合物的化學式和主要性質。筐裡逐漸裝滿了卡片。門捷列夫把它們分成幾類，然後擺放在一個寬大的實驗臺上。接下來的日子，門捷列夫把元素卡片進行系統地整理。門捷列夫的家人看到一向珍惜時間的教授突然熱衷於「紙牌」感到奇怪。門捷列夫旁若無人，每天手拿元素卡片像玩紙牌那樣，收起、擺開，再收起、再擺開，皺著眉頭地玩「牌」……
冬去春來。門捷列夫還是沒有在雜亂無章的元素卡片中找到內在的規律。有一天，他又坐到桌前擺弄起「紙牌」來了，擺著，擺著，門捷列夫像觸電似的站了起來，在他面前出現了完全沒有料到的現象，每一行元素的性質都是按照原子量的增大而從上到下地逐漸變化著。門捷列夫激動得雙手不斷顫抖著。「這就是說，元素的性質與它們的原子量呈周期性有關係。」門捷列夫興奮地在室內踱著步子，然後，迅速地抓起記事簿在上面寫道：「根據元素原子量及其化學性質的近似性試排元素表。」
1869年3月，門捷列夫在他題為《元素性質與原子量的關係》的一篇論文中首次提出了元素周期律，發表了第一張元素周期表。這個表包括了當時科學家已知的63種元素，表中共有67個位置，尚有4個空位只有原子量而沒有元素名稱，門捷列夫假設，有這種原子量的未知元素存在。在表中，他還對銦、碲、金、鉍四種元素當時公認的原子量表示質疑。比如根據碲在元素周期表中的位置在碘的前面，門捷列夫認為碲的原子量應該比碘小，而不是當時人認為的比碘大。這是門捷列夫發現元素周期率的最初思想。
門捷列夫的第一張元素周期表
在他的第一張元素周期表發表以後，門捷列夫對元素周期律繼續進行了深入研究。特別是重新審定了許多元素的原子量。在對元素的原子量進行審定之後，於1871年12月發表了他的第二個元素周期表。與他的第一張元素周期表相比，第二個元素周期表更完備、更精確、更系統。
門捷列夫1871年的元素周期表
截至2014年，周期表包含118個經過證實的化學元素，其中114個受國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）承認並命名。當中98個元素存在於自然界中：84個為原生核素，另有14個元素只出現在原生元素的衰變鏈裡。從鑀到鎶的所有元素雖然不在宇宙中自然產生，但是由於經過人工合成，現已全被IUPAC承認。從Uut至Uuo的元素曾在實驗室中被合成，現在根據其原子序系統性地得名。所有鑀（原子序99）以後的元素都沒有經過在宏觀尺度下的觀察。到2013年為止，人們還沒有成功合成原子序118之後的任一個元素。
現今使用的元素周期表
三、元素周期表的作用
元素周期表有什麼用呢？它可非同一般。
一是可以據此有計劃、有目的的去探尋新元素，既然元素是按原子量的大小有規律地排列，那麼，兩個原子量懸殊的元素之間，一定有未被發現的元素，門捷列夫據此預付了類硼、類鋁、類矽、類鋯4個新元素的存在，不久，預言得到證實。以後，別的科學家又發現了鎵、鈧、鍺等元素。迄今，人們發現的新元素已經遠遠超過上個世紀的數量。歸根到底，都得利於門捷列夫的元素周期表。相信在廣大青少年朋友中，一定會湧現出許多新的化學家，進一步打開微觀世界之謎。
二是可以矯正以前測得的原子量，門捷列夫在編元素周期表時，重新修定了一大批元素的原於量（至少有17個）。因為根據元素周期律，以前測定的原於量許多顯然不準確。以銦為例，原以為它和鋅一樣是二價時，所以測定其原子量為75，根據周期表發現鋼和鋁都是二價的，斷定其原子量應為113。它正好在鈣和錫之間的空位上,性質也合適。後來的科學實驗，證實門捷列夫的猜想完全正確。最令人驚異的是，1875年法國化學家布瓦博德朗宣布發現了新元素鎵，它的比重為4.7，原子量是59點幾。門捷列夫根據周期表，斷定鎵的性質與鋁相似，比重應為5.9，原子量應為68，而且估計鎵是由鈉還原而得。一個根本沒有見過鎵的人，竟然對它的第一個發現者測定的數據加以糾正，布氏感到非常驚訝，而再一次實驗的結果，果然和門捷列夫判斷極為接近，比重為5.94，原子量為69.9，按門捷列夫提供的方法，布氏新提純了鎵，原來不準確的數據是由於稱中含有鈉，大大減少了它本身的原子量和比重。
三是有了周期表，人類在認識物質世界的思維方面有了新飛躍。例如，通過周期表，有力地證實了量變引起質變的定律，原子量變化，引起了元素的質變。再如，從周期表可以看出，對立元素（金屬和非金屬）之間在對立的同時，明顯存在統一和過渡的關係。現在哲學上有一個定律，說事物總是從簡單到複雜螺旋式上升。元素周期表正是如此，它把已發現的元素分成8個家族，每族劃分5個周期，每個周期、每一類中的元素，都按原子量由小到大排列，周而復始。
元素周期表揭示了物質世界的秘密，把一些看來似乎互不相關的元素統一起來，組成了一個完整的自然體系。它的發明，是近代化學史上的一個創舉，對於促進化學的發展，起了巨大的作用。
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