5.門捷列夫定律

有一位年紀不大的卻很有名的教授，正坐在圣彼得堡大學的實驗室，此人正是門捷列夫。他剛開始教大學的普通化學課程，此時此刻他正忙著寫給學生授課用的講義。他正在思考如何介紹化學定律和怎么講解各種元素的歷史，他正在苦思冥想學生最容易接受的傳授知識的教學方法。介紹鉀、鈉或者是鋰，介紹鐵、錳和鎳，又如何整合起來介紹？他深深意識到，一些元素間的聯系還不是很清晰。

他找了幾張卡片，在各種卡片上分別用大寫的字母標注一種元素、原子的質量和它的最重要的特性。隨后他順次擺放起了卡片，并按照元素的特性歸了類，就如同在夜里玩紙牌的大媽似的將紙牌一堆堆擺放在一起。

在這個過程中，他發現了一些規律。他根據元素原子量遞增的順序安排它們的位置，他認為除了一些特例外，元素的特性在經歷一些間隔后便會再次重現。接著他便將特性再現的卡片放到了另一排，即到了第二排，也就是安排到了第一排的下方；在第二排放了7張卡片后，他又在第三排擺起了卡片。

門捷列夫元素周期表

就這樣不知不覺地，他已經給17個元素找到了位置，當性質相近他就將它們上下對齊，可是有些元素的性質也不全近似，他就為那些元素留出了位置。隨后再向下排列了17張卡片，就有了后面的那幾排。越往下排就越難排，好多元素的性質不好分，不過其性質重新再現這一點是確定無疑的。

就這樣門捷列夫就將自己熟悉的元素排列出來了，形成了一張特殊的表格，該表除了一些特殊情況外，其他元素都是根據原子量的遞增情況順次橫排的，遇到性質接近的元素都上下對齊往下排列。

門捷列夫在1869年的3月份，向圣彼得堡的理化委員會寫了份報告，將自己發現的規律報告給該組織。在他預見到他的發現的重大作用后，他就花大力氣鉆研起來了，他想把自己的發現結果矯正得更為準確些。沒過多久他就發現，表格里確實得留一些空位。

“以后會在硅和硼與鋁之下的空缺處發現新的元素的。”他自言自語道。結果他的想法很快就得到了驗證，在他預留的位置上填上了新的元素，它們的名字依次為鎵、鍺和鈧。

就這樣這位俄羅斯的化學家在化學方面做出了重要的貢獻。不過，不要以為這樣的發現是唾手可得的——找卡片，注明元素的名稱，排列卡片這么簡單，然后就萬事大吉了。這一切看起來似乎很容易，另外還需要機遇。那個時代人類找到的元素加起來也就62種，測量原子量時的誤差還是很大的，甚至是不正確的，原子的性質還沒有完全為人們所認知。要想有成就都得付出辛勞探索各個原子的特性，了解這些元素及它們相似的地方，熟悉各個原子的運動軌跡，分清它們在自然界為“友”還是為“敵”，然后方可得到這樣的成果。

諸如上面的問題，門捷列夫之前的研究者在探究地球化學時也遇到過的，但只有門捷列夫把它們匯集起來了。

其他幾位科學家也發現了元素間的內在聯系，只是覺得它們之間的關系還不是很清晰、不是很完全而已。

不過在那個時候大多數科學家都覺得，尋找元素的親屬關系是一件很荒謬的想法。比方說，英國名叫紐蘭茲的化學家，他曾經為意大利的自由而在部隊服過役，曾想要發表他撰寫的文章，論述的就是一些元素的特性隨著原子量的遞增而重現的事實，不幸的是英國化學會并不認同他的觀點，甚至有化學家譏笑道，假如紐蘭茲將全部元素按其字母依序排列，也許會有意想不到的收獲。

不過這畢竟是少數人的觀點，應從多數人的觀點著手，做好整體計劃，認識宇宙的根本規律，接著用研究成果印證該規律的準確性，不斷探索并一一驗證各個元素的特性嚴格遵循該規律，不斷印證一切元素都降服在這條定律之下，接著利用這條規律推導元素的特性。

要達到這個目的，就得依靠天賦的直覺，敏感體察到矛盾的普適性，并拿出鍥而不舍的鉆研精神不斷深入求索，這也只有像門捷列夫那樣的知識巨匠才能做得到。

他探索到了宇宙中所有元素的相互聯系，他分析得無懈可擊、清晰可辨而又不難理解，以至沒有人能駁倒他，唯有他把元素不乏條理地整理在了一起。誠然，元素彼此間的聯系還不是很清晰，但從總的排序情況來看次序分明，由此可見門捷列夫當時已經發現了宇宙中的又一定律，也就是化學元素的周期律。

至今80多年過去了，門捷列夫在化學周期律方面深鉆了40年，他埋頭在實驗室向著縱深處探索著化學中的秘密。

后來他到了度量衡檢定局，使用精確的方法探索并測出了金屬的屬性，他用一個個研究成果一步步驗證著自己的周期律。

接著他到烏拉爾勘探當地的石油資源，花費了大量的時間鉆研石油和石油的起源，不管是在實驗室還是大自然里，他都能看到周期律的影子。無論是面對理論或者是工業實踐，周期律都同指南針的作用近似，像幫航海家確定航行的方向那樣為研究者和實踐者指點著方向。

他在去世之前，將他在1869年制作的元素周期表不斷研究訂正，提高了它的精確性；諸多的化學家前仆后繼順著他探索的道路繼續求索，有的探索出了新元素，有的找到了新的合成物，在研究過程中他們深深感受到了門捷列夫表的重要性。

如今我們見到的化學元素周期表，是經不斷修訂相當完善的了。

隨后人們發現，化學元素周期表在探索原子光譜結構的規律性時也發揮著指南針的作用。英國的莫斯萊研究元素光譜時，將元素根據化學周期表的順序依次往下排，1913年他發現了門捷列夫表的另一條規律，他指出了化學元素周期表中元素序號的重要性。

原子核的電荷數是原子內部最為重要的，這是由莫斯萊經過研究得出的結論，電荷數恰好同原子的序號等同，比如氫原子的序號為1，氦的為2，鋅為30，鈾為92。而一些含有原子序號數量的電子讓電荷控制于核外，圍繞著核沿著軌道移動。

一切原子，核外的電子數都與它的原子序號相同，原子的所有電子于核外按照某種方式分成數層。跟核距離最小的K層也就是第一層，對氫原子而言是1個電子，不過相對于別的元素的原子而言卻是2個電子。到了L層也就是第二層，多數原子有8個電子。一旦進入M層原子的電子數將會躍至18個，而到了N層原子的電子數就增加了到32個。

靠外邊的電子層的結構影響著原子的化學性質，倘若該層有8個電子，它就會相當的穩定。如果最外邊的電子層僅有一兩個電子，那么就意味著它們失掉的概率大增，果真如此的話原子就轉化成了離子。比方說，鈉和鉀與銣的最靠外的那層分別有一個電子。失去這個電子的可能性大增從而自己變身成了攜帶正電的一價正離子，最靠外邊的第二層就躍升為了最外層。此層有8個電子，產生的離子就較為穩定，輕易不會再變了。

鈣和鋇與一些堿土金屬的原子，外層分別有兩個電子，失去那兩個電子的它們，轉身就變成了穩定的二價正離子了。溴和氯及其余的鹵素的原子，外層分別有7個電子。它們急切地想從別的原子的外層奪到一個電子，如果得手，它的外層就擁有八個電子，而它自己就變成了惰性十足的負離子了。

一般來說，原子外層有3個或者4個或者是5個電子，于是此類元素在化學反應中變成離子的可能性就無法預測了。

元素的原子質量和其在宇宙的數量，受制于原子核結構，不過化學特性和光譜卻深受電子數量的影響；如果它們最外邊那層的電子層構造相同，照說它們的化學性質就應該十分相似。

原子的奧秘不止如此，從人類探索到了原子的奧秘，使眾多的化學家和物理學家與電氣化學家以及天文學家同技術家甚至工藝家意識到，最有用和奇特的宇宙定律之一要數化學元素周期表了。