為化學元素制定表格

2019年被聯合國定為“國際化學元素周期表年”。150年前，俄國化學家門捷列夫發現了化學元素周期律并制作了第一張較為全面的元素周期表。這一科學史上著名的發現之一刻畫的不僅是化學的本質，也是物理學和生物學的本質。

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

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

1865年，英國化學家約翰·紐蘭茲在研究中發現，當元素按原子量遞增的順序排列時，每隔8個元素，元素的物理性質和化學性質就會重復出現，他稱這一規律為“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現，因此他在已知元素表的基礎上創造性地為未知的元素留出了空間。更令人佩服的是，他還準確地預測了缺失元素的性質。

比如，他在表中的鋁（Al）旁邊為一種未知金屬留了一個空間，并預言該金屬的原子質量為68，密度為6g/cm3，熔點很低。6年后，該預測在法國化學家保羅·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測。但直到1937年，人們才發現元素锝。

如果把門捷列夫制作的表格順時針旋轉90度就會發現，它與現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。如今，它們被排列在元素周期表的第17列中，化學家們更喜歡稱其為第17族。

門捷列夫的論文發表后，人們對化學元素的其他排列方式也進行了大量實驗。如海因里希·鮑姆豪爾在1870年發表的螺旋結構以氫元素為中心，元素隨著原子質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·詹內特設計的版本。他采用新發現的量子理論，建立了一個基于電子構型的布局，由此產生的“階梯”表格受到許多物理學家的青睞。盡管當時已知的元素只有92種，但詹內特為直到120號的元素都提供了位置。

現代版的元素周期表實際上是在詹內特版本的基礎上演變而來。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。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。（據搜狐科技）