150岁了，这张表用科学揭示万物秩序

 
150岁了，这张表用科学揭示万物秩序  
 

著名化学家门捷列夫和他的元素周期表手稿

“氢氦锂铍硼，碳氮氧氟氖……”一提到元素周期表，不少人都能想起自己在化学课堂上背诵元素排序的场景。这一张小小的表格，将物质世界中所有的元素囊括其中，将性质差异巨大、杂乱无章的化学元素排列得整整齐齐。那么，这张神奇的表格究竟是如何被制作出来的呢？

化学家们对元素分类问题的探索还要追溯到1789年。被称为近代化学之父的法国化学家拉瓦锡在他的《化学纲要》中对当时已知的33种元素分为气体、金属、非金属、土质四类，制作出第一张元素分类表。因为当时对元素的理解还相当有限，拉瓦锡的分类还是相对粗糙的，他也并没有关注到各个元素性质之间的规律性。

十九世纪初，英国化学家道尔顿提出了原子论，并被引入元素化学的研究。化学家们把元素的概念和原子量联系起来，尝试通过测各元素的原子量来建立一种更为精确的元素分类方式。1829年，德国化学家德贝莱纳提出了“三元素组”理论。他在当时已知的44种元素中选取了15种，并按照化学性质的相似程度将这些元素分成了5个“三元素组”。在“三元素组”中，中间元素的原子量等于前后两个元素原子量的算术平均值。因此德贝莱纳认为，元素的原子量与元素的化学性质之间一定存在着某种规律性。

1862年，法国地质学家尚古多提出了一种名为“螺旋图”的分类方法。他首先在圆柱体的表面上划一条与底面成45度角的螺旋线，并用垂线在圆柱体上分成16格。然后，他将螺旋线的出发点设为0，那么原子量为1的氢元素就标记在第一条垂线与螺旋线的交点上，以此类推，可以将已知的62种元素按原子量的大小顺序，依次标记在螺旋线与垂线的交点上。尚古多发现，性质相近的元素恰好出现在同一垂直母线上。在化学史上，尚古多被认为是第一个发现元素之间存在周期性规律的人。然而，当时的他并未收获到应有的荣誉。原因有些许荒诞，尚古多在论文中使用了太多的地质学术语，所以他的研究成果在很长时间内都没有得到来自化学界的重视。

在尚古多提出“螺旋图”三年之后，英国化学家纽兰兹于1865年独立提出了“八音律”分类法。他把62个元素的原子量按递增顺序排列，发现元素的性质存在着周期性的重复，即从任意一个元素算起，每到第八个元素就和第一个元素的性质相近。遗憾的是，不但当时保守的英国化学学会拒绝发表他的论文，纽兰兹还经受了很多来自同行的嘲讽。年轻的纽兰兹因此心灰意冷，退出了化学界，转行成了一名制糖工程师。

1867年，年仅33岁的门捷列夫教授成为圣彼得堡大学化学教研室的主任。门捷列夫早年有在德国和法国留学的经历，在游学海德堡期间，他一度有幸在大化学家本生的门下学习过，对当时欧洲化学界的前沿知识了如指掌。新官上任的门捷列夫干劲十足，他计划为俄国学生编写一部涵盖当时所有已知元素性质的化学教科书。

门捷列夫研究了前人提出的“三元素组”“螺旋图”“八音律”等分类方法，认为问题的关键在于加深对元素性质的理解。化学家对元素的信息掌握得越准确，制作出的分类表就越科学。于是，门捷列夫开始大量收集当时元素测定的论文，受到当时流行的纸牌游戏启发，他用空白卡片为每个元素制作了一张“身份证”，将已经被化学家们确认过的元素的原子量、化合价和化学性质一一填写进去。