門捷列夫的大名如雷貫耳，你也許不知道他的國籍，不清楚他的出生年代，也不了解他有一大把花白的鬍子……但你不可能不知道，他製作出了世界上第一張元素周期表，是一名偉大、載入人類史冊的化學家。
德米特裡·伊萬諾維奇·門捷列夫
（1834-1907）俄羅斯科學家
2019年是化學元素周期表的150周歲生日，聯合國宣布今年為「國際元素周期表年」。其實第一個發現元素周期律的並不是門捷列夫，今天讓我們溯源元素周期表。
01幾代人的努力
1.三素組
時間回到19世紀，當時人類已經發現了60多種元素，積累了很多零散的元素性質，但它們之間的內在聯繫如何還是沒有得到解決。此時的化學學科就像一個管理不好的庫房，東一攤、西一攤的材料放得亂七八糟，毫無規律。化學家們都在想, 怎樣才能找到一個規律, 把這些各種各樣的元素有系統的排列起來？
1829年，德國化學家德貝萊納在當時己知的54種元素中，發現五個性質相似的元素組，每組包括三鍾元素：
鋰、鈉、鉀
鈣、鍶、鋇
氯、溴、碘
硫、硒、蹄
錳、鉻、鐵
並且每組元素的中間元素的原子量，正巧約為前、後兩種元素原子量的算術平均值，比如鈉的原子量（23）正好是鋰（7）和鉀（39）原子量和的二分之一。
德貝萊納
我想這一定不是巧合！元素的原子量和它們的化學性質之間可能有密切關係。
同學
萊納前輩，您的思路很正確啊！
可惜，由於德貝萊納的三元素組局限於15種元素，並且當時原子量測定工作尚處在混亂之中，因而未引起人們的重視。不過，他的工作對後人有了很大的啟發。
2.螺旋線和八音律
1860年後，化學家們逐步認識到元素的性質和它們的原子量之間確實可能存在著某種函數關係，開始試圖從元素整體上來探討這一規律。1862年法國地質學家尚古多把元素按其原子量大小，順序地標在圓柱體表面的螺旋線上，注意到元素性質隨其原子量的變化具有周期性。
尚古多：其實我的螺旋線也很美！
1865年，英國化學家歐德林按原子量排列元素的順序，初步排列出今天元素周期表中的滷族、氧族、氮族等到，雖然錯誤不少，但比尚古多的螺旋圖前進了一步。
1866年，英國化學家紐蘭茲發表了題為《八音律與原子量數字關係的起因》的論文。
八音律指的是，把音符1(do)、2(Le)、3(mi)、4(fa)、5(So)、6(La)、7(Ti)、1(do)、2(Le)、3(mi) ……排起來的時候, 從任意一個音數起數到第八個音時, 一定和第一個音的的唱法一樣,且這兩個音之間的距離是八度。
紐蘭茲把當時已知的元素按原子量大小編上序號，依次排列，發現每隔8個元素，元素的物理性質和化學性質就會重複出現，好像音樂中的八度音一樣。紐蘭茲把這種現象叫做八音律。
可惜的是，他沒有估計到他所用的原子量有誤，也沒有考慮到尚未發現的元素。因此1866年當紐蘭茲在英國化學年會上報告了它的分類方法後，卻因為回答不出聽眾提出的問題受到了奚落。傷心的紐蘭茲失去了勇氣和信心, 放棄了他的理論研究工作，轉行幹別的事去了。
這樣, 化學家們嘗試把元素系統化的努力又一次失敗了。
3.邁爾周期表
1868年，德國化學家邁爾繪製出了《原子體積周期性圖解》，揭示出化學元素的原子量和原子體積間的關係。
1869年，他又製作了一張元素周期表，表中不但明確按原子量遞增的順序來排列元素，而且也留下一些空格表示未知元素。可惜邁爾未能對該圖解進行系統說明，且該圖解更側重於對元素物理性質的規律體現。
4.門捷列夫周期表
門捷列夫幼年居住於西伯利亞，對科學知識有極大興趣。1860年，時任彼得堡大學副教授的門捷列夫在為著作《化學原理》一書考慮寫作計劃時，為無機化學的缺乏系統性所困擾，於是想用一種合乎邏輯的方式來組織當時已知的63種元素。他搜集了每一個已知元素的性質資料和有關數據，把前人在實踐中所得成果，凡能找到的都收集在一起。
在經過幾次並不滿意的開頭之後，他想到了一個辦法，準備了許多類似撲克牌一樣的卡片，將63種化學元素的名稱及其原子量、氧化物、物理性質、化學性質等分別寫在卡片上。門捷列夫用不同的方法去擺那些卡片，用以進行元素分類的試驗。
1869年3月1日這一天，門捷列夫仍然在對著這些卡片苦苦思索。他先把常見的元素族按照原子量遞增的順序拼在一起，之後是那些不常見的元素，最後只剩下稀土元素沒有全部「入座」，門捷列夫無奈地將它放在邊上。從頭至尾看一遍排出的「牌陣」，門捷列夫突然像觸電似的站了起來，他驚喜地發現，所有的已知元素都已按原子量遞增的順序排列起來，並且相似元素依一定的間隔出現！第二天，門捷列夫將所得出的結果製成一張表，這是人類歷史上第一張化學元素周期表。
門捷列夫1869年發布的元素周期表
表中周期為列，族為行
門捷列夫汲取了邁爾周期表的長處，對周期表繼續進行更加深入的研究，1871年12月在他的論文《化學元素周期性依賴關係》中發表了第二張元素周期表。這張周期表中，他將原來的豎行改成橫排，使同族元素處於同一豎行中，突出了化學元素性質的周期性。由此，元素（以及由它形成的單質或化合物）的性質周期性地隨著它們的原子量而改變的元素周期律正式確定。
02元素周期表的巨大成功
門捷列夫大膽地修正了一些已被公認的原子量，並預言了15種以上未知元素的存在及它們的性質，包括「類鋁」、「類矽」等。當時，人們並不相信門捷列夫，有的科學家說他在狂妄地臆造一些不存在的元素。
四年後，法國化學家德布瓦斯波德朗在用光譜分析研究鋅礦時，發現了一種新元素，命名為鎵，並在巴黎科學院的《報告錄》中發表了報告。門捷列夫讀了以後，寫信給德布瓦斯波德朗，說鎵正是「類鋁」，但鎵的比重不該是德布瓦斯波德朗所測的4.7,而應該是5.9-6.0。這使德布瓦斯波德朗驚奇不已，因為鎵是他發現的，其他人還沒見過，更不用說千裡之外的門捷列夫了。他重新提純鎵後，發現測得的比重果然為5.96，不僅鎵的其他物理、化學性質與門捷列夫的預言相符合，而且連發現的方法也與門捷列夫預言的一樣！
鎵的發現，使人類第一次科學地預言了的元素得以應驗。這一件事震動了歐洲科學界。
1879年，瑞典人尼爾森發現了「類硼」並命名為鈧；1886年，德國化學家文克勒發現了「類矽」並命名為鍺。它們的性質與門捷列夫的預言準確得令人驚奇。
通過實踐，門捷列夫的理論受到了越來越普遍的重視。後來，人們根據周期律理論，把已經發現的100多種元素排列、分類，列出了今天的化學元素周期表，張貼於實驗室牆壁上，編排於辭書後面。它是我們每一位學生在學化學的時候，都必須學習和掌握的一課。
03為什麼是門捷列夫
1.進行了10年的撲克牌「遊戲」
當有人將門捷列夫對元素周期律的發現看得很簡單、輕鬆，說他是用玩撲克牌的方法得到這一偉大發現時，門捷列夫卻認真地回答說，從他立志從事這項探索工作起，一直花了大約20年的功夫，才終於在1869年發表了《元素周期律》。
很多事不是牛逼的人才做，而是做了的人才牛逼。
一件事情堅持做滿10000小時，你就能成為專家。正像門捷列夫所說：
「天才就是這樣，終身勞動，便成天才。」
2.前人的肩膀
元素周期表，這張看上去很簡單的圖表，歷經了數代人的努力才最終完成。元素周期律並不是由門捷列夫一人獨創的，它經過了幾代人的努力：德國化學家德貝萊納的「三素組」、紐蘭茲的「八音律」、德國人邁爾周期表、門捷列夫元素周期表。門捷列夫之所以取得巨大成就，是站在巨人的肩膀上。但是，門捷列夫具有很大的勇氣和信心，不怕名家指責，不怕嘲諷，勇於實踐，敢於宣傳自己的觀點，終於得到了廣泛的承認。為了紀念他的成就，人們將美國化學家西博格在1955年發現的第101號新元素命名為Mendelevium，即「鍆」。
3.晚年的失誤
很多科學家在較年輕時為科學發展做出巨大貢獻，但當他們年紀較大的時候，可能會受名望所累，反而成為阻礙科學進步的力量。門捷列夫也是如此，但是再權威的人物也無法阻擋歷史進步的車輪，真理最終將被實踐證明。
1888年，瑞典化學家阿倫尼烏斯提出電離學說，這是一項革命性的重要發現，但在當時受到很多化學權威的反對，其中也包括門捷列夫。門捷列夫甚至發表評論：「歷史終將證明，電離學說是一個類似燃素說的錯誤理論」。
1895年，稀有氣體被發現時，門捷列夫擔心該發現會動搖元素周期表，曾極力反對。後經過一番爭論他才最終同意，並在元素周期表中為惰性氣體安排了一個新的族。
19世紀末，放射性元素和電子被發現了，這本來是揭開原子內幕的極好機會。可是門捷列夫在實踐面前卻產生了困惑。一方面他害怕這些發現「會使事情複雜化」，動搖「整個世界觀的基礎」；另一方面又感到這「將是十分有趣的事……周期性規律的原因也許會被揭示」。可惜，就在門捷列夫本人就在將要揭開周期律本質的前夜——1907年，他帶著這種矛盾的思想逝世了。
門捷列夫沒有看到，後人利用這一系列的偉大發現和實踐，揭示了元素周期律的本質，揚棄了門捷列夫那個時代關於原子不可分的舊觀念，化學再一次進入了一個新的時代。
4.大師的逝去
1906年冬，門捷列夫最小的妹妹來聖得堡看望他。妹妹看見哥哥面色蒼白，頭髮稀疏，非常難過，勸道：「好好休息吧，您對得起人類了！」門捷列夫微笑說道：「對於我來說，最好的休息就是工作！」沒有想到，次年1月20日清晨，哥哥坐在書桌前安然去世，當時，手裡還緊緊地握著鋼筆。
一代化學大師逝世，人們異常悲痛。門捷列夫出殯那天，寒風凜冽，零下20攝氏度的低溫也沒能阻擋人們送別的腳步。街道上，到處點著蒙著黑紗的燈籠。在通往安葬遺體的公墓兩旁，幾萬人自動排成送葬隊伍，作最後的告別。在送葬隊伍最前列，有人高舉一條很大的橫幅，上面是根據門捷列夫發現的周期律組成的周期表。
門捷列夫死後，人們仔細清算了他的遺稿，共有431篇著作。其中包括物理化學著作106 篇，化學著作40篇，物理著作99 篇，地球物理著作22篇，工業技術著作99 篇，社會問題和經濟問題著作36 篇。門捷列夫將畢生的心血貢獻與科學和社會，正如他所言：
「科學的種子，是為了人民的收穫而生長的。」
04各種形式的元素周期表
人們可以運用不同的表達形式，來體現元素周期律。下面這些圖都是元素周期表，沒有想到吧？
人們經過上百種嘗試，試圖改進門捷列夫的元素周期表，包括三維的和圓盤式的表格，但是其中沒有任何一種能夠取代我們今天所用的，構建在門捷列夫第一個表格基礎上的這個表格。大道至明至簡，這放在元素周期表上同樣適用。
05元素周期表的未來
元素是否有限？周期表有沒有盡頭？
20世紀30-40年代，人們發現了92號元素，當時就有人提出這是否是周期表的最後一種元素？
然而，從1937年起的50年內，人類又人工合成了近20種元素，元素周期的尾巴又長了。這時又有人預言，105號元素該是周期表的盡頭了，理由是核內質子數越來越大，質子間的排斥力將遠遠超過電子間吸引力，導致它發生蛻變。
然而不久，人們竟然又陸續合成了106-109號元素。這些元素存在的時間很短，如107號元素半衰期只有2微秒。
周期表是否真的到了盡頭? 1969年起，理論物理學家從理論上探索「超重元素」存在的可能性，他們認為具有2，8，14，28，50，82，114，126，184等這些"幻數"的質子和中子，其原子核比較穩定，這就是說，隨著原子序數的遞增，其原子核不一定不穩定。因此在109號元素也許之後還能合成一大批元素。目前，118號元素是已合成的最後一種元素。
實踐是檢驗理論的唯一標準，科學家將上天（如到月球）入地（如海底）或反覆在粒子加速器中進行實驗，企圖合成更多新元素，結果將會如何？讓我們拭目以待吧！