2019年被聯(lián)合國定為“國際化學(xué)元素周期表年”。150年前，俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素周期律并制作了第一張較為全面的元素周期表。這一科學(xué)史上著名的發(fā)現(xiàn)之一刻畫的不僅是化學(xué)的本質(zhì)，也是物理學(xué)和生物學(xué)的本質(zhì)。

然而，正如中國科學(xué)院大學(xué)人文學(xué)院歷史系教授袁江洋所說：“必須承認門捷列夫在元素系統(tǒng)性質(zhì)與分類研究上是一位集大成者，但更應(yīng)該看到，門捷列夫所做的工作也是在前人研究基礎(chǔ)之上進行的，其他人對元素周期律的貢獻也不應(yīng)被忽視?！?/p>

早在門捷列夫之前，元素具有周期性規(guī)律的思想已頻繁出現(xiàn)在化學(xué)家們的論述中。在1789年出版的《化學(xué)大綱》中，法國化學(xué)家拉瓦錫發(fā)表了一張元素表，在這張表中，當(dāng)時已知的33種元素被分為4類。此后，多位化學(xué)家對元素的性質(zhì)和分類開展了研究。

門捷列夫制作的元素周期表

1865年，英國化學(xué)家約翰·紐蘭茲在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)元素按原子量遞增的順序排列時，每隔8個元素，元素的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)就會重復(fù)出現(xiàn)，他稱這一規(guī)律為“八音律”。

與其他人不同，門捷列夫意識到某些特定元素可能是缺失的，還有待人們進一步發(fā)現(xiàn)，因此他在已知元素表的基礎(chǔ)上創(chuàng)造性地為未知的元素留出了空間。更令人佩服的是，他還準(zhǔn)確地預(yù)測了缺失元素的性質(zhì)。

比如，他在表中的鋁（Al）旁邊為一種未知金屬留了一個空間，并預(yù)言該金屬的原子質(zhì)量為68，密度為6g/cm3，熔點很低。6年后，該預(yù)測在法國化學(xué)家保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭分離出的鎵（Ga）元素中得到驗證。鎵的原子質(zhì)量為69.7，密度為 5.9g/cm3，熔點很低，一旦碰到人的手就會熔化成液體。對于鈧（Sc）、鍺（Ge）和锝（Tc），門捷列夫也做了同樣的留白與預(yù)測。但直到1937年，人們才發(fā)現(xiàn)元素锝。

如果把門捷列夫制作的表格順時針旋轉(zhuǎn)90度就會發(fā)現(xiàn)，它與現(xiàn)代版的元素周期表有很多相似之處。例如，鹵族元素氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）和碘（I，門捷列夫制作的表格中的符號J）相繼出現(xiàn)。如今，它們被排列在元素周期表的第17列中，化學(xué)家們更喜歡稱其為第17族。

海因里?！U姆豪爾的螺線形元素周期表

亨利·巴塞特的“啞鈴”方案

現(xiàn)代版的元素周期表

門捷列夫的論文發(fā)表后，人們對化學(xué)元素的其他排列方式也進行了大量實驗。如海因里?！U姆豪爾在1870年發(fā)表的螺旋結(jié)構(gòu)以氫元素為中心，元素隨著原子質(zhì)量增加呈螺旋式上升。每個從中心到外圍的直線輻射上的元素具有相同的屬性，和現(xiàn)代版的元素周期表中同一族的元素一樣。另外，亨利·巴塞特在1892年也提出了創(chuàng)意十足的“啞鈴”方案。

特別有影響力的是法國工程師查爾斯·詹內(nèi)特設(shè)計的版本。他采用新發(fā)現(xiàn)的量子理論，建立了一個基于電子構(gòu)型的布局，由此產(chǎn)生的“階梯”表格受到許多物理學(xué)家的青睞。盡管當(dāng)時已知的元素只有92種，但詹內(nèi)特為直到120號的元素都提供了位置。

現(xiàn)代版的元素周期表實際上是在詹內(nèi)特版本的基礎(chǔ)上演變而來。比如堿金屬（以鋰為首的第一主族元素）和堿土金屬（以鈹為首的第二主族元素）被從最右邊移到最左邊，形成一個非常寬的元素周期表。這種布局也存在問題：它不能很好地書面呈現(xiàn)。后來為了方便，鑭系和錒系元素通常被剪切下來，放到主表的下面，元素周期表就演變成我們今天所熟悉的樣子。（據(jù)搜狐科技）