元素周期表：真正伟大的预言

最近轰轰烈烈的俄乌战争，将整个世界的目光都牵动到了这个东欧的小国身上。上个月，美国为了制裁俄罗斯，忽然提出制裁门捷列夫的元素周期表和柴可夫斯基的《天鹅湖》。虽然看上去有些荒诞，但这也足以说明，门捷列夫的元素周期表地位之重。今天就来讲讲这张伴随大家每一本化学书的元素周期表。

元素周期表的主要成分自然是元素。对于元素的认知，古今中外都有很多描述他的著作和资料。在中国，元素最早起源于道教文化。道教认为，世间万物都是由五种元素——金木水火土构成的。同时还有五兽。关于五兽，有两种说法，一种认为五兽与金木水火土对应；还有一种说法是五兽与风火雷水土对应。其实研究这个意义不大，因为对于同一个事物解释的方法有很多。

在大概同时期的古希腊，雅典学派也建立了自己的元素体系，即水、气、火、土构成的四元素说。也有一元素说，如希腊七贤之一的塔莱斯认为“水”是万物的来源，赫拉克利则认为“火”是万物的起点。

这些极为简单的元素说流行了上千年，终于在1661年，英国化学家波义耳对他产生了质疑。那个时候正是文艺复兴刚刚兴起的时代，这个时候的化学还处于炼金的阶段。虽然波义耳提出质疑，却也说不清楚元素究竟如何定义。

直到1789年，拉瓦锡完成了那个划时代的试验后，开始整理已知的元素，并将这些元素进行分类。拉瓦锡按照物质的形态，分为气体，固体，非金属矿物质，稀土。形成了第一张真正意义上的元素表。

1803年，英国科学家道尔顿提出原子说，明确了元素的内部结构。1808年，其著作《化学哲学的新体系》正式出版。书中，他首次提出用相对比较的办法求取各元素的原子量，并发表第一张原子量表，引起了科学界的轰动和对测定原子量工作的重视。要知道，原子量是元素的重要数据，也是元素周期律最直接的体现。

1829年，德国化学家德贝莱纳在对已知的54种元素进行比较。他发现，很多元素满足三元素定则。比如说：锂、钠、钾三种元素，他们的质地都十分柔软，且都能和水发生反应；最重要的是，每个三元素组，他们的原子量之间都相差8。后来的，佩腾科费尔又发现，有元素组不应该局限于三元素。比如说氧、硫、硒、碲也满足三元素组的性质。

其实这就是元素周期表中，同一列的不同行元素。他们的性质相似，甚至物理性质都有相同点或者某种趋势。

1862年，法国地质学家尚古尔多总结前人的经验，根据原子量，设计了第一款立体的元素周期表——螺旋形元素周期表。在这张图中，他将性质相同的元素组放在了同一条直线上，直观的描述了元素质量，性质的关系。可惜的是，由于尚古尔多写作能力较差，再加上他是地质学家，他的论文中包含了很多地理学上的名词，很多化学家都没看懂论文的意思。直到19世纪90年代，人们结合门捷列夫的元素周期表才理解了他的这幅立体周期表。

之后的几年间，英国，美国等国的科学家，都对元素周期表的建立提出了各种各样的分类方式和排列方法。同时，更多的元素性质和原子量被测定出来，也进一步促进了元素周期表的发展。

其中，对元素周期律贡献最大的当属英国化学家纽兰兹。他提出了周期的概念，即一行为一个周期。其中前两行满足“八音律”，也就是每一族的元素在不同的周期都满足同一性质。而第三周期后，又不完全满足（当时尚未找到氢和氦这两个元素）。

到了1869年，俄国化学家门捷列夫在总结前人的经验后，制作出了一张全新的元素周期表。这张元素周期表包含了所有的元素周期律，和一些自己推导出的规律。

看到这里，大家也许很好奇。如果仅仅只是总结前人是经验，就能获得如此殊荣，是不应该的。而且在他之前也已经有很多成型的元素周期表，但为什么现在的化学教材都宣称门捷列夫创造力了元素周期表呢？

原因在于，门捷列夫看到了未来。

在门捷列夫第一版的元素周期表中，里面包含有四个空缺的元素，这四个元素在当时是尚未发现的。门捷列夫对这四个元素的相关性质进行了预测，并做出来自己的推断。

1875年法国化学家布瓦勃德朗用光谱分析法发现了门捷列夫元素周期表中的第一个空缺——类铝，即新元素镓。一切特性都和门捷列夫预言的一致，只是比重不同。门捷列夫闻讯后致信巴黎科学院，指出镓的比重应该是6.9左右，而不是4.7。布瓦勃德朗设法提纯了镓，重新测量比重，结果是6.94，从而证实了门捷列夫的预言。

此后，1879年瑞典化学教授尼尔森发现了类硼，即新元素钪。1886年，德国化学教授文克莱尔发现了新元素锗，这就是门捷列夫预言的类硅。

门捷列夫的所有预言成真后，元素周期表无一例外的被世人所敬仰。这也意味着，人类对元素的理解可以更加明确，能够按图索骥的寻找新元素。同时，借助同主族元素性质相似的特点，也可以方便研究多种化学药剂，在工业，医药，科技等领域的贡献更是不计其数。

正因如此，元素周期表是公认的，19世纪最伟大的发现。

2015年12月30日，IUPAC (国际纯粹与应用化学联合会)确认人工合成了113号、115号、117号和118号4个新元素。随之，元素周期表第七周期被全部填满。自此“元素平面周期表”画上了圆满的句号。

近年来，元素周期表的中文逐渐被填充。可以注意到，从第四周期开始就有一些生僻字，到了后面则更是奇怪。其实这些生僻字不是化学家创造出来的。

明代开国皇帝朱元璋曾要求，他的所有后代，包括分封的诸侯王，在取名字的时候，必须要有一个带有金木水火土中的一个作为偏旁的字。比如说明成祖朱棣，棣字带有木字旁。明神宗朱翊钧，带有金字旁。因为这一规定，常用字用完了只能造字。明朝造出来很多带有带有金字旁的字。因此有明代朱家在元素周期表上永生的说法。

如今，元素周期表已经不在局限于于书本的束缚，在各方面大显神通。但当我们回过头，元素周期表依然还在那里。