幾乎在每本化學(xué)教科書和字典中，都附有一張“元素周期表（The Periodic Table）”。這張表揭示了物質(zhì)世界的秘密，把一些看來似乎互不相關(guān)的元素統(tǒng)一起來，組成了一個完整的自然體系；它的發(fā)明，對于促進(jìn)化學(xué)的發(fā)展起了巨大的作用，是近代化學(xué)史上的一個創(chuàng)舉，更是化學(xué)發(fā)展史上的重要里程碑之一。

發(fā)現(xiàn)：打開新世界大門的元素周期表

1865年，英國化學(xué)家紐蘭茲把當(dāng)時已知的元素按原子量大小的順序進(jìn)行排列，發(fā)現(xiàn)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(zhì)相近。這很像音樂上的八度音循環(huán)，因此，他干脆把元素的這種周期性叫做“八音律”，并據(jù)此畫出了標(biāo)示元素關(guān)系的“八音律”表。

顯然，紐蘭茲已經(jīng)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(jìn)一步的探索：因為當(dāng)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(fā)現(xiàn)的元素，只是機(jī)械地按當(dāng)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(nèi)在規(guī)律。當(dāng)年，紐蘭茲的“八音律”在英國化學(xué)學(xué)會上受到了嘲弄，主持人以不無譏諷的口吻問道：“你為什么不按元素的字母順序排列？”

到底應(yīng)該以怎樣的規(guī)則和順序排列各個元素？這個問題同樣困擾著俄羅斯化學(xué)家門捷列夫。

1841年，7歲的門捷列夫進(jìn)了中學(xué)，他對數(shù)學(xué)、物理學(xué)和地理抱有極大的興趣，一早就表現(xiàn)出了出眾的才能和驚人的記憶力；1850年，門捷列夫進(jìn)入中央師范學(xué)院學(xué)習(xí)。大學(xué)一年級，他迷上了化學(xué)，決心要成為一個化學(xué)家，為了人類的利益而獲得簡單、價廉和“到處都有”的物質(zhì)。20歲那年，門捷列夫的第一篇科學(xué)論著《關(guān)于芬蘭褐廉石》發(fā)表在礦物學(xué)協(xié)會的刊物上，在研究同晶現(xiàn)象方面完成了巨大和重要的研究。

1855年，門捷列夫以第一名的優(yōu)異成績畢業(yè)于師范學(xué)院。擔(dān)任一段時間的中學(xué)教師后，他在彼得堡高分通過了碩士考試；在他的碩士論文中，門捷列夫提出了“倫比容”，這一研究對他今后發(fā)現(xiàn)周期律有至關(guān)重要的意義；兩年后，23歲的門捷列夫被批準(zhǔn)為彼得堡大學(xué)的副教授，開始教授化學(xué)課程，主要負(fù)責(zé)講授《化學(xué)基礎(chǔ)》課。當(dāng)時的化學(xué)界正處在探索階段，年輕的學(xué)者門捷列夫也毫無畏懼地沖進(jìn)了這個領(lǐng)域，開始了艱難的探索工作。

1860年，門捷列夫在德國卡爾斯盧厄召開第一次國際化學(xué)家代表大會，會議上解決了許多重要的化學(xué)問題，最終確定了“原子”、“分子”、“原子價”等概念，并為測定元素的原子量奠定了堅實的基礎(chǔ)。這次大會對門捷列夫形成周期律的思想產(chǎn)生了很大的影響。

1861年，門捷列夫回到彼得堡，重?fù)?dān)化學(xué)教授工作，同時開始編寫著作《化學(xué)原理》。為了用一種合乎邏輯的方式來組織當(dāng)時已知的63種元素，他仔細(xì)研究了63種元素的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，并將這些化學(xué)元素的名稱及其原子量、氧化物、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等分別寫在卡片上，用不同的方法擺放卡片以進(jìn)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，之后是那些不常見的元素，最后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”后，門捷列夫驚喜地發(fā)現(xiàn)，所有的已知元素都已按原子量遞增的順序排列起來，并且相似元素依一定的間隔出現(xiàn)。

第二天，門捷列夫?qū)⑺贸龅慕Y(jié)果制成一張表，這就是人類歷史上第一張化學(xué)元素周期表。在這個表中，周期是橫行，族是縱行。門捷列夫大膽地為尚待發(fā)現(xiàn)的元素留出了位置，并且在其關(guān)于周期表的發(fā)現(xiàn)的論文中指出：按著原子量由小到大的順序排列各種元素，在原子量跳躍過大的地方會有新元素被發(fā)現(xiàn)，因此周期律可以預(yù)言尚待發(fā)現(xiàn)的元素。

1871年12月，門捷列夫在第一張元素周期表的基礎(chǔ)上進(jìn)行增益，發(fā)表了第二張表，這張表改豎排為橫排，使用一族元素處于同一豎行中，更突出了元素性質(zhì)的周期性。至此，化學(xué)元素周期律的發(fā)現(xiàn)工作已圓滿完成。

化學(xué)界通將周期律稱為門捷列夫周期律：主族元素越是向右非金屬性越強(qiáng)，越是向上金屬性越強(qiáng)。同主族元素，隨著周期數(shù)的增加，分子量越來越大，半徑越來越大，金屬性越來越強(qiáng)。同周期元素，隨著原子系數(shù)數(shù)的增加，分子量越來越大，半徑越來越小，非金屬性越來越強(qiáng)。最后一列上都是稀有氣體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

此后，隨著科學(xué)的發(fā)展，門捷列夫元素周期表中未知元素留下的空位先后被填滿。新元素的發(fā)現(xiàn)證實了元素周期表的正確性，反過來，元素周期表又指導(dǎo)化學(xué)家們有計劃、有目的地尋找新的化學(xué)元素。

當(dāng)原子結(jié)構(gòu)的奧秘被發(fā)現(xiàn)時，編排依據(jù)由相對原子質(zhì)量改為原子的質(zhì)子數(shù)﹙核外電子數(shù)或核電荷數(shù)﹚，形成現(xiàn)行的元素周期表。至此，人們對元素的認(rèn)識跨過漫長的探索歷程，終于進(jìn)入了自由王國。

聯(lián)系：人與元素的故事

說到化學(xué)元素的文化史，必然無法繞開的，自然是意大利化學(xué)家、國寶級作家普里莫·萊維。萊維是奧斯維辛幸存者，第174517號囚犯，也是二十世紀(jì)最引人注目的公眾喉舌，他的文章帶有強(qiáng)烈的個人風(fēng)格，通過闡釋元素的特性，鉤沉了其在二戰(zhàn)前后的成長、生活，對人類道德和物質(zhì)世界的隱蔽關(guān)聯(lián)進(jìn)行的深邃追問。

萊維用惰性氣體“氬”來隱喻他成長的猶太社區(qū)和皮埃蒙特地區(qū)其他族裔之間的隔膜；用“汞”這種不穩(wěn)定、易揮發(fā)的氣體來指代當(dāng)時服膺于希特勒的意大利知識分子；用元素“鋅”“惰性、必須要有雜質(zhì)才能進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)”的特性來有力諷刺了當(dāng)時希特勒鼓吹的“猶太人是一種必須要去除的雜質(zhì)”的荒謬言說……而在通過以超歷史的視角還原了一枚碳原子在天地萬物和人體之間的傳遞和循環(huán)后，萊維傳達(dá)了困擾終生的生命之問：既然生命都是物質(zhì)的偶然、隨機(jī)重組，那生命必定是虛無的嗎？

畢業(yè)于劍橋大學(xué)化學(xué)系的休·奧爾德西同樣癡迷于對元素的解讀，他稱贊金不會被腐蝕的純凈與持久，認(rèn)為黃金分割或者黃金律的說法皆源于此；他為“羅絲·特里梅因等小說家用邪惡的鈉燈光制造一種壓抑的都市氣氛”找到了科學(xué)道理，因為“跟日光或普通燈泡發(fā)出的白光不同，鈉燈燈光只有一種顏色，它照到哪里就會蓋過其他顏色”；他拜訪了許多匠人，解釋了了我們認(rèn)為鉛意味著沉重、錫意味著廉價，而銀閃耀的光芒意味著純潔的天真的原因。

我們生活在元素組成的世界。曾經(jīng)的帝國靠金立國，如今的元素周期表已變成了一種被印到杯子、領(lǐng)帶和浴簾上的符號；英國藝術(shù)家西蒙·帕特森曾經(jīng)用電影明星的名字重新解釋化學(xué)元素符號，金的化學(xué)符號是Au，所以它變成了奧黛麗·赫本，而銀（silver）成了菲爾·西爾弗（PhilSilver）。

元素只能按照它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)的命令來行動，但這卻也使得它們獲得了比喻和文化符號的潛力；元素周期表的傳說是歷史長河中的短暫一剎，但卻也是一個決定性的瞬間，它成為一段旅程的不朽記錄，永恒地扎根在人類的心中。