在古代，東方人和西方人都認(rèn)為物質(zhì)是由最基本的幾種“元素”構(gòu)成的。在中國，這些“元素”是金、木、水、火、土。而在古希臘，則是土、氣、水、火。但是到了近代，這些“元素”就禁不住科學(xué)的考驗(yàn)了。比如法國化學(xué)家拉瓦錫就證明，水可以通過氫在氧氣中燃燒而生成。后來，人們還發(fā)現(xiàn)用電可以把水分解為氫和氧，所以水不是元素。另一種所謂的“元素”??空氣，則被發(fā)現(xiàn)約1/5是氧氣，其余的是不支持燃燒的其他氣體（主要是氮?dú)猓�，所以空氣也不是元素。因此，科學(xué)家將元素定義為用化學(xué)方法不能再分解的物質(zhì)。氫、氧、氮、氯、碳、硫、磷、鐵、銅、金、銀等才是構(gòu)成物質(zhì)的真正元素。
1789年，法國化學(xué)家拉瓦錫發(fā)表了33種化學(xué)元素的名單，隨后在歐洲出現(xiàn)了一股搜尋新元素的熱潮，被發(fā)現(xiàn)的元素很快達(dá)到了60多種。這些元素的性質(zhì)不一，顯得雜亂無章。這種情況使人們感到迷茫：這個(gè)世界上到底有多少種元素？元素之間的關(guān)系是什么？應(yīng)該如何去尋找新的元素？
科學(xué)家進(jìn)行了各式各樣的努力來尋找規(guī)律，但是結(jié)果都不理想，直至俄國化學(xué)家門捷列夫找到了破解元素的“密碼”。當(dāng)時(shí)門捷列夫面臨的最大困難是：在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的元素中，有的原子量測得不準(zhǔn)。這就像按人的個(gè)子高低排隊(duì)時(shí)，1.8米的高個(gè)子被當(dāng)成1.4米的矮個(gè)子來站隊(duì)一樣。許多元素當(dāng)時(shí)還沒有被發(fā)現(xiàn)，就像排隊(duì)時(shí)還有缺席的。要在這樣排列的隊(duì)伍中找出規(guī)律，真是難上加難。
但是門捷列夫沒有氣餒。他把當(dāng)時(shí)已經(jīng)知道的63種元素的原子量和主要性質(zhì)分別寫在卡片上，再把這些卡片反復(fù)地分組排列，以尋找其中的規(guī)律。他發(fā)現(xiàn)，如果把元素按原子量從小到大排列，每過一段距離就會出現(xiàn)一個(gè)與前面的元素性質(zhì)類似的元素。這就像人按從矮到高的順序排隊(duì)時(shí)，每過幾個(gè)人就會出現(xiàn)一個(gè)穿紅衣服的人一樣。不僅如此，第一個(gè)穿紅衣服的人后面，還依次排著穿橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫衣服的人。當(dāng)?shù)诙䝼�(gè)穿紅衣服的人出現(xiàn)后，他的后面也依次有穿橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫衣服的人出現(xiàn)。這種顏色七人組會重復(fù)出現(xiàn)好幾次，只不過從第三排開始，顏色七人組會被10個(gè)穿雜色衣服的人隔成兩段，前面兩個(gè)（紅、橙），后面五個(gè)（黃、綠、青、藍(lán)、紫）。當(dāng)然，這個(gè)重復(fù)排列的隊(duì)列中，還有一些位置仍然空缺。
如果把這一行人分成幾段，每一段都含有一個(gè)顏色七人組，再將它們平行排列，讓每種顏色對齊，穿紅衣服的一列，穿綠衣服的一列，把穿雜色衣服的人排在兩邊，就形成了一個(gè)陣列。每一行里的人都按高矮排列，而每一列里的人衣服顏色相同。這基本上就是門捷列夫于1869年發(fā)表的第一張?jiān)刂芷诒恚皇且阉错槙r(shí)針方向旋轉(zhuǎn)90°來看。每一橫行叫作一個(gè)周期，里面元素的性質(zhì)從金屬逐漸變?yōu)榉墙饘伲◤募t變?yōu)樽希�。每一縱列叫作一個(gè)族，里面的元素性質(zhì)彼此相似（衣服顏色相同）。用這種列表方式，元素隨著原子量上升而性質(zhì)發(fā)生周期性變化的規(guī)律就清楚地顯現(xiàn)出來了。
門捷列夫是怎樣克服原子量不準(zhǔn)的困難的呢？除了親自重新測定一些元素的原子量外，他還根據(jù)元素的性質(zhì)來判斷。這就像上面說的衣服的顏色一樣。如果按原子量排列，穿橙色衣服的人跑到綠色的列里去了，這個(gè)原子量可能就有疑問。一個(gè)具體的例子就是元素鈹。按照當(dāng)時(shí)測定鈹?shù)脑恿繛?3.5，它應(yīng)該排在原子量為12的碳后面。但是根據(jù)鈹?shù)幕瘜W(xué)性質(zhì)，它應(yīng)該在鋰（原子量7）和硼（原子量11）之間，原子量應(yīng)該在9附近。后來重新測定的鈹?shù)脑恿抗皇?。
有時(shí)候，為了把顏色對齊，還必須在行中留出空位。門捷列夫不認(rèn)為這是對周期律的破壞，反而認(rèn)為是尚未發(fā)現(xiàn)的元素應(yīng)該占據(jù)的位置。比如在鋅和砷之間有兩個(gè)空格，上面對應(yīng)于鋁和硅。他把這兩個(gè)未知元素叫作“類鋁”和“類硅”，并且按照它們在周期表中的位置和上下左右“鄰居”元素的性質(zhì)，推測出這兩種元素的性質(zhì)。這兩種元素后來果然被發(fā)現(xiàn)了，分別叫作鎵和鍺。它們的性質(zhì)也和門捷列夫預(yù)測的幾乎一模一樣！
這些事實(shí)說明，門捷列夫破解了元素的“密碼”！這具有極大的理論意義和實(shí)用價(jià)值。每一種元素都在周期表中找到了自己的位置。已經(jīng)被填滿的行和列中不會有新的元素，而空格不但能預(yù)示尚未發(fā)現(xiàn)的元素，還能根據(jù)它們在周期表里的位置推測出它們的性質(zhì)，這就極大地加速了尋找這些未知元素的過程。不過，在門捷列夫的時(shí)代，人們還不知道原子的結(jié)構(gòu)，所以他并不知道這種規(guī)律背后的真正原因，也不知道如何處理那些“穿雜色衣服的人”，也就是后來所說的過渡元素。
通過英國科學(xué)家莫斯萊的工作，人們才發(fā)現(xiàn)原子核里的正電荷數(shù)目（即原子序數(shù)）決定了元素的化學(xué)性質(zhì)。周期表所反映的，實(shí)際上是元素隨原子序數(shù)上升時(shí)，最外層電子數(shù)的周期性變化。在此之前，門捷列夫根據(jù)不完全準(zhǔn)確的原子量和有空位的序列發(fā)現(xiàn)了元素周期律，體現(xiàn)出他敏銳的洞察力和充滿智慧的想象力。
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