第二章
原理：原子與分子

元素周期表是任何化學(xué)討論的核心，這一結(jié)構(gòu)編排方面的杰作主要由德米特里·門捷列夫（1834—1907）在19世紀(jì)制定，在20世紀(jì)我們可以解釋原子結(jié)構(gòu)之后，其依據(jù)才被人們理解。元素周期表的無處不在證實(shí)了它的重要性：它懸掛在實(shí)驗(yàn)室和教室的墻上，印在每本化學(xué)入門教科書上。在本書的最后就附有其中的一個版本。不過，它的重要性不該被夸大。做研究時，化學(xué)家們不會為了獲取靈感而每天清晨注視它或在白天頻繁參考它。他們當(dāng)然會將它裝進(jìn)腦中，因?yàn)樗闹匾栽谟诳偨Y(jié)了不同元素之間的關(guān)系，并在排列元素相關(guān)信息時起到關(guān)鍵作用。也許它最重要的用途在于化學(xué)教學(xué)，有了這張表，學(xué)生們就不需要面對學(xué)習(xí)一百多種元素的不同性質(zhì)這項(xiàng)令人發(fā)怵的任務(wù)了，而是可以通過元素在表中的位置推斷出它們的性質(zhì)，并識別和輕松記住性質(zhì)的變化趨勢。事實(shí)上，門捷列夫正是在準(zhǔn)備編寫化學(xué)入門教科書的時候制定了元素周期表。

元素周期表描述了物質(zhì)的一個非凡特點(diǎn)：元素間是相互關(guān)聯(lián)的。如今，我們對元素周期表過于熟悉，以至于很容易忽略這一特點(diǎn)。但設(shè)想你自己身處這張表制定之前的年代。那時，你就知道名為氧氣的氣體與名為硫的黃色固體，但幾乎肯定從未想象過它們之間會有任何關(guān)系。你還知道在絕大多數(shù)情況下為惰性的氮?dú)馀c燃燒時發(fā)出白光的固體磷，但不會想到它們之間有任何關(guān)聯(lián)。那么紅色的銅、閃亮的銀，以及熠熠生輝的金，你會想到它們屬于同一族嗎？肯定不會！不同形式的物質(zhì)究竟如何才可以成為兄弟？你甚至不會想到不同物質(zhì)間的族系關(guān)系這一概念。

不過，元素周期表揭示了元素間確實(shí)相互關(guān)聯(lián)。氧和硫是表兄弟，在表中處于相鄰位置；氮和磷也有類似關(guān)系；銅、銀和金是同族成員，處于同一列。它們極不相同的外觀只是表面上的差異，因?yàn)楫?dāng)研究它們參與的反應(yīng)與它們形成的分子的時候，就會發(fā)現(xiàn)這些親戚之間有深刻的相似性。這些相似性源于它們的原子結(jié)構(gòu)，所以為了理解這些相似性，我們現(xiàn)在必須將目光轉(zhuǎn)向這些原子。