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“化学元素周期表国际年”活动—门捷列夫

王楠

2019-02-24 17:35:45

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联合国教科文组织今年1月在总部巴黎启动“化学元素周期表国际年”活动，将在今年举办一系列主题活动，纪念俄国科学家门捷列夫编制化学元素周期表150周年，并评价道：“元素周期表是科学史上最卓著的发现之一，刻画出的不仅是化学的本质，也是物理学和生物学的本质。”

“化学元素周期表国际年”活动—门捷列夫

关于这一发现的始末，众说纷纭，其中最广为人知并被门捷列夫本人在后期认可的故事是：他在一天夜里梦见了所有元素落进相应的格子，组成了一张表，并称自己只在一处做了必要的修改。

门捷列夫画出来的元素表格上的元素符号与现代基本一致，只有三处不同：碘被标记为J而非I ，铀被标记为Ur 而非U。Di这个元素则根本不存在。它在1841年作为一种稀土元素被发现，直到1885年才最终证明它其实是第59号元素镨（Pr）和第60号元素钕的混合物。

惰性气体在门捷列夫的首版手稿中也不存在，它们直到1890年代中期才被世人发现，并被门捷列夫置于周期表的最左一列，作为“第0族元素”。

门捷列夫在这张表格中发现的惊天奥秘是周期性。

随着原子质量的增加，元素的化学性质并非一直变化，而是间隔一段出现重复。如，从锂（Li）到钾（K），原子质量从7增加到39，门捷列夫的表中共列出了15个元素。但锂的化学性质与紧接着排在后面的铍（Be）性质差别颇大，反而与间隔7个出现的钠（Na）和再间隔7个出现的钾十分相似。跟铍相似的元素则是铍之后间隔7个出现的镁（Mg）。同时，碳与硅、氧与硫、氟与氯等互相相似，它们之间的间隔都是7。

首版手稿的每个纵列即为一轮变化周期，每个横排上的元素性质相似，后来演化为“族”的概念。

纵然第一版元素周期表在门捷列夫的时代具有惊人的洞见力和前瞻性，其局限性也是显而易见的。

门捷列夫在化学元素旁标注的数字是原子的质量，而非现代周期表的排列依据质子数量。事实上，他始终没彻底搞清楚原子的结构，尤其怀疑电子是否存在。

在门捷列夫的时代，很难给原子称重。元素在自然界往往以化合物的形式存在，先要提纯，还要确定化合价，这个过程中可能产生10至100倍的误差。于是，他给好几个元素的质量打上了问号，比如铀被标为116，他后来修改成了更接近现代的数值。而有些当时认为的“蹊跷之处”，他穷尽一生也未能解答。

世界上第一张元素周期表最令人津津乐道之处是表上的三个位置只标了原子质量，没有元素字母。即：门捷列夫预言了按照周期律，应有三种未被发现的新元素存在。

1871年，他把这三个元素起名“Eka硼 ”、“Eka铝”和“Eka硅”，预测它们的化学性质应当分别与硼、铝和硅类似。Eka这个前缀来自于梵文，意为“一”。

这在学术界引发了轩然大波，质疑的声音纷至沓来，但历史证明他是对的，这三个位置属于1886年发现的锗，1876年发生的镓和1879年发现的钪。在更远的后来，科学家们甚至开始利用周期表的规律，自己动手创造新元素。

值得一提的是，元素周期表上有一个位置专门留给了门捷列夫：第101号元素钔（M）。

150年后的2019年，元素周期表已经排到了118号，科学家们仍在为门捷列夫的伟大发现开疆拓土，而那个终极问题仍未得到解答：元素周期表的尽头在哪里？