去粗取精，門提列夫尋若前人的足迹，靠着自己的思想，終于發現了元素周期律，發明了元素周期表，立下了科學史上的勳業。

積極探索 步步逼近

這個紛健複雜的世果，究意是怎樣形成的?這個問題從古到今都引起人們的深深思索。

真正科學地認識元素是從17世紀開始的。1661年，英國化學家玻意耳給元素下了一個科學的定義：元素是一種單質，它可以和其他元素相結合而形成化合物。如果把它從化合物中分離出來後，它便不能再被分解為任何比它更為簡單的物質了。從玻意耳開始，化學家們就不斷進行實驗，想弄清哪些物質可以再分解為更簡單的物質，哪此物質不能再分解了。經過一二百年的努力，人們已弄清楚，在自然界中天然存在的元素有94種，另外還有19種元素是在實驗室中人工“制造”的，在自然界中并不存在。

随着近百種元素被逐一鑒别，人們自然對這幾十種簡“單”物“質”(單質)之間的關系發生了興趣。

1789年，法國化學家拉瓦錫曾把他自己确認為可信的33種元素，根據其物理性質分為金屬、非金屬、氣體和土質四大類。但這種分類沒有抓住元素之間的内在聯系，顯得太籠統，因而對科學研究的指導意義不大。

進入19世紀，人們開始将各種零散的關于元素的知識進行總結和歸納，試圖從中找出規律性的東西，來滿足當時科學發展的需要。

當時，原子量已日漸被公認是元素的重要特征之一，因此，從原子量入手是很自然的一條思路。

1829年德國化學家德貝賴納研究了當時已知的54種元素的相對原子質量和化學性質間的關系，發現了幾個“三元素組”。19世紀中葉英國化學家格拉德斯通、奧德林和法國化學家杜馬等人對元素做了分類，但是他們隻得到了局部的結論。

1858年意大利化學家坎尼紮羅提出了測定相對原子質量的方法，統一的相對原子質量被迅速測定出來，這為發現化學元素之間内在聯系的工作創造了有利條件。1862年法國化學家德尚庫托瓦提出“螺旋圖”，把已知元素按相對原子質量由小到大的順序排列在繞在圓柱體上的螺線上，某些性質相似的元素排在同一條母線上，如锂、鈉、鉀以及氯、溴、碘等，這是化學曆史上第一次提出的元素周期性，但卻未能起到應有的作用。

1865年英國化學家紐蘭茲把已知元素按相對原子質量由小到大的循序排列成表，他發現從任意一種元素算起，第8種元素的性質與第1種的相似，他把這個規律稱為“八音律”。這種表的前兩列幾乎與現代周期表第2、3周期相對應，但由于是按相對原子質量大小機械排列的，所以未能揭示出元素間的内在聯系。1869年德國花學家邁爾提出一張元素周期表，明确指出元素性質是相對原子質量的周期函數，但他的工作偏重于元素的物理性質。

上面提到的這些科學家們，在探索元素周期律的征途上都各自做出了貢獻，從不同角度、在不同程度上描述了化學元素之間的相互關系，雖然都沒有切實找到他們已經意識到的真理，但他們的工作一步步地向直理通近，為周期律的發現開辟了道路。

合理揚棄一“表”規律

在化學進步的曆史過程中，由于科學資料的積累和科學研究的不斷深入，終幹在19世紀後半期具備了發現周期律的條件。在這個時期，偉大的俄國化學家門捷列夫，當仁不讓地承擔起這一曆史的重任，在批判地繼承前人工作成果的基礎上，加上自己的實驗和研究，完成了元素周期律的發現。

1869年門捷列夫仔細研究了大量資料後，在前人工作的基礎上制作了他的第一張周期表。到1906年他逝世前一年，他建立了各種形式的元素周期表，具體表達元素周期律。

門捷列夫明确地給元素周期律下了定義：元素在單質和形成的複雜物質中所表現出的物理和化學性質與元素的相對原子質量成周期性關系。他堅信周期律的正确性。在制定元素周期系的過程中，如發現周期系尚存有空白的位置，他斷定這是有尚未發現的新元素存在，并預言了它們的性質。這些預言為以後的科學實驗證實，使他建立的元素周期律赢得了很高的聲譽，獲得全世界化學家們的承認。

根據相對原子質量排列已知元素時，如果遇到性質和元素周期性不符，那是相對原子質量值有錯誤所緻。如當時誤認為铍的化合價是3，相對原子質量為13.5，這樣铍的位置在碳（相對原子質量為12)和氮(相對原子質量為14)之間，未能反映出元素的周期性。他在研究了铍的性質後認為其化合價應為2，相對原子質量為9，應把它排在锂和硼之間。有時，相對原子質量的數值沒有錯，但門捷列夫認為元素的性質比它的相對原子質量更重要，于是就大膽地把它們的排列位置換一下。例如，碲的相對原子質量是127.61，碘是126.91，按理碲應排在碘後面，但門氏認為碲的性質更類似硒，就把它放在碘之前，使碲的位置在硒的下面。

周期表中各元素性質，如金屬性、非金屬性、氧化物和水化物的專堿性等性質的遞變都很有規律，對于研究和應用化學知識有指導作用。

門捷列夫元素周期表，是科學理論研究中運用邏輯思維的成功範例、是科學預見的豐碩成果。他在元素周期表中，不僅預見到19世紀末化學元素的發現，甚至對20世紀發現的放射性元素，以及“二線”後出現的人工元素，也在周期表中預約定位了。不僅如此，門捷列夫的元素周期表還暗示了以氫為原型的元素原子結構的關系。這是20世紀後由于量子力學的發展才了解到它的意義和本質的。

門捷列夫周期表不僅是化學發展史上的裡程碑，而且也影響到其他科學，例如元素光譜學等。

嶄新發展 精确表達

周期表發明以後，又經曆了幾次重要的發展。

首先，門捷列夫預言的三種元素镓、钪、鍺先後于1875、1879、1886年被發現，其性質幾乎與預言的完全相同。

1894年~1899年，6種稀有氣體先後被發現，門捷列夫和許多科學家認為應在周期表上增添一個零族，以進一步完善周期系。

随着對放射性現象和X射線的深入研究，人們進一步認識了原子的結構，其中，原子序數的概念對門捷列夫周期表來說具有十分重要的意義。1913年，盧瑟福的學生莫斯萊研究了各種元素的标識X譜線後指出，原子序數表示的量隻能是帶正電的核的電荷數。如果把元素按原子序數進行排列，元素表中原來幾對按原子量排列位置颠倒的矛盾就會得到合理的解釋。顯然，決定元素化學性質呈周期性變化的是原子序數（核電荷數），而不是原子量。此外，根據标識X譜線，還可以尋找和鑒别新的元素，并更确切地掌握元素在周期表中的準确位置。1920年，查得威克用實驗驗證了莫斯萊的這個推論。

原子核電荷數的研究科學地解釋了元素在周期表中的排列順序，而原子核外電子的分布和運動規律的研究則進一步闡明了元素為什麼是原子序數的周期函數。

每一種元素都有其特征譜線，其頻率非常确定。而根據盧瑟福的原子有核模型以及經典電磁學理論，任何一個繞核運動的電子，最終将掉在原子核上與觀察到的實際情況不符，這是盧瑟福模型的一大缺陷。1913年，丹麥物理學家玻爾綜合了普朗克的量子理論愛因斯坦的光量子理論以及盧瑟福的原子有核模型，提出了一個新的原子結構模型，解決了原子不穩定的問題。1925年，奧地利物理學家泡利提出了“不相容原理”，指出在同一原子中，兩個電子不能共處于同一量子狀态。至此，用這些理論就能解釋一切元素中電子的層狀結構，并合理地解釋周期律的規律。人們還認識到元素的化學性質和元素發生化學變化和完全取決于核外電子的排布，特别是最外層電子殼層的情況和外層電子的運動狀态。

這樣，人們就能夠更深刻地理解元素周期律的實質和意義了。這就是說，每種原子的核外都有自身的電子層結構，元素周期律正反映了電子在各原子外層排布的規律性。實際上，核電荷數才是周期表中元素排列順序的根本依據，核外電子分布及其運動情況決定了元素的主要化學性質。元素性質呈周期性變化的根本原因在于元素的原子核外電子分布的周期變化。這便是元素周期律的實質。

原子結構理論不僅為元素周期律提供了新的科學依據，同時也使元素周期表得到進一步的發展和完善。到20世紀30年代，周期表中92号元素鈾以前的元素已找到88個，還有原子序數為43、6185、87号的四個元素尚未發現。為尋找這四種元素，竟花費了衆多化學家20年的時間。當時誰也沒想到，自然界中所有穩定的元素都已找到、這四種元素是不穩定的，很難在地球上找到。除87号元素外，其餘二種元素都必須在實驗室裡用人工方法制備出來。到1945年，元素周期表中92号鈾元素以前的元素全部得到了。92号元素是否是元素周期系的終點？鈾以後還有沒有元素?能不能用人工方法合成92以後的元素?這成了人們關注的問題。

人工放射性元素發現後，人們開始嘗試制造新元素，盡管經曆了不少失敗，但經過30多年的努力，還是合成了十幾種超鈾元素，進一步發展了元素周期系。一系列超鈾元素的合成，不僅壯大了元素的隊伍，同時也使人們對物質的微觀結構有了更多的認識。實驗事實證明，超鈾元素的穩定性随着原子序數的增加而急劇降低。97号元素以前的超鈾，壽命最大的同位素半衰期可達千年以上，而103号元素的半衰期為180秒，以後制得的新元素104361的半衰期為70秒；105262為40秒；107261僅為2微秒。這就給人們帶來一個新的嚴重問題—一合成原子序數更高的元素有沒有可能性?元素周期表這一次

是否真的到頭了?

近年來，随着放射性同位素研究的進步和核物理學的迅速發展科學又提出了存在“超重核穩定島”的假說。目前，科學家們已着手采用各種不同的方法在自然界裡尋找或制造超重核，為進一步發展元素周期系理論加緊努力。

20世紀的所有這些新發展，使門捷列夫的元素周期律的基本原理不僅沒有被否定，反而由于這些新發展而更加鞏固和發展了，隻是改變了觀點的形式，因為在保存和進一步發展周期律本質的同時，改變了周期律的形式或表達方法。這就是說，在20世紀，完全證明門捷列夫的預見是正确的，無疑，周期律的基本涵義保持下來了，且得到了更精确的表達。

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