門捷列夫版元素周期表是如何誕生的？
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門捷列夫是周期表的創始人，但為何之前無人發現這一規律呢？他當時又是怎麼找到周期律的呢？
門捷列夫（1834年-1907年)出生於西伯利亞的托博爾斯克。1850年，門捷列夫隨母親輾轉來到聖彼得堡，在一所師範學院接受了教師培訓。1857年，門捷列夫擔任聖彼得堡大學化學系副教授。1859年至1861年間，門捷列夫被公派出國，先後在巴黎的勒納爾特等地學習。1861年，門捷列夫回到聖彼得堡任教。
當時，人們對元素的認識支離破碎，沒有權威的化學教科書。門捷列夫立志當一名好老師，因此決定寫一本像樣的化學教科書。（可以說使用一己之力大大拉高了對「好老師」的要求……）
雖然現代化學早就誕生，但那個時代人們對於元素的認識還是十分模糊的，原子量的精確測量也都是難題，這些問題都限制了人們對於元素整體關係的探索。
- 元素周期表誕生歷程
對於元素周期表的研究，門捷列夫不是第一人，也不是最後一人。元素周期表的演進，凝聚了一代又一代科學家的智慧。
法國著名化學家拉瓦錫首次將元素定義為基本物質，並於1789年出版了第一個元素表。他的元素表共列出了當時已知的33種元素，但實際上只包含了23種元素，因為他把一些非單質以及光和熱也列為了元素。拉瓦錫關於素的定義以及元素表的出版，為近代化學的發展奠定了基礎。
1803年，英國化學家道爾頓為了解釋化學實驗現象，創立了一種新的原子理論。他還發表第一張原子量表，為後人測定元素原子量奠定了基礎。
尚庫爾圖瓦斯（De Chancourtois）為法國的一名地質學家，於1862年發表了一個被稱為「地螺旋」（Telluric Screw）的周期律方案。這是一個卓越的立體形式的發明，雖然引起了地學工作者的興趣，但是沒有引起化學工作者的興趣。直到1869年門捷列夫周期表發表之後才被科學界廣泛認可。
1864年，英國科學家紐蘭茲設計的元素周期表，是根據元素的相對原子量進行分類的。他發現周期律與八音律有著異曲同工之妙，因此將該周期表命名為「八度律」。然而，這篇論文受到當時英國學術界的嘲笑，英國化學會也拒絕刊載這篇論文。
1860年的一次學術交流會議，是周期表發展歷史上的一個重要節點。這一年的9月，第一屆國際化學大會在德國卡爾斯魯厄舉行。來自許多國家的化學精英們出席了大會，並就化學界的一些前沿問題進行了激烈的討論，年輕的門捷列夫有幸參加了這次大會。
會議結束時，義大利藥劑師卡尼扎羅向與會者分發了一份關於元素原子重量的決定性文件。卡尼扎羅是阿伏加德羅氣體定律的支持者，並將其應用於原子量計算。卡尼扎羅提出的原子量清單，是當時已知最為準確的原子量清單。阿伏加德羅的思想光輝令門捷列夫的心裡亮堂了許多，那份清單同樣也對門捷列夫醞釀周期律產生了重要影響。
此後，門捷列夫花了幾年功夫潛心研究和收集元素數據，並把每個元素分別寫在紙片上，在卡片上寫上原子量以及相關信息，從而製成了一副由63張牌組成的「撲克牌」。
日復一日，年復一年，門捷列夫一直擺弄著他的「撲克牌」。有一次，他接連擺弄了三天，甚至於對前來拜訪的老朋友都不屑一顧。慢慢地，他發現了原子量在元素分類中的重要意義——元素的性質隨相對原子質量的遞增發生周期性的遞變。
關於門捷列夫周期表的出世，流傳的版本很多，其中在睡夢中產生周期律思想的說法流傳最廣。有人說這就是靈感的魅力，其實靈感就是人們智力的一種特殊表現形式，它不會偶然地憑空產生和迸發，只有長期執著一念忘我探索的人才有可能突發靈感。事實上，門捷列夫周期律思想的孕育大約經歷了十來年的時間。可以說是「十年磨一表」。
1869年2月17日，是門捷列夫版化學元素周期表的誕生日。一個月後，俄羅斯化學會收到了門捷列夫的一份科學報告，題目就是《元素的性質與其原子量的關係》。這實際上就是門捷列夫發現的化學元素周期律。這一發現最終被刊發在俄國化學會會刊的第一卷上。
同年，一位名叫邁耶的德國化學家與門捷列夫幾乎同時各自發明了自己的周期表，並且都是按照原子量進行排列的。只是邁耶對物理性質的周期性印象更深，而門捷列夫對化學性質更感興趣。然而，邁耶周期表的發表還是比門捷列夫慢了半拍。
就在這一年，門捷列夫成為了聖彼得堡大學的化學教授，繼續進行化學元素方面的研究創新。
實際上，門捷列夫也是一個集大成者，是站在巨人的肩膀上走向科學之巔的。
誕生於化學沃土的門捷列夫元素周期表，經受住了來自日後的各種考驗，並被應用於幾乎所有的自然科學領域。有學者斷言，如果有一天，人類要與宇宙中其他文明進行對話，那張漂亮別緻的周期表也許就是地球文明的一個「標籤」。
- 成功預測新元素
為每個元素都找到一個「家」，是門捷列夫進行元素排列的基本目標，但並不是「居者有其屋」那麼簡單。
門捷列夫的周期表是按照元素的原子量從輕到重進行編排的，並且性質會發生周期性變化。門捷列夫的高明之處，還在於他在「元素帝國大廈」中為未知元素預留了「房間」。
門捷列夫對元素鎵、鈧和鍺的成功預測，就是他贏得口碑的一個重要原因。
1875年，法國化學家布瓦博德蘭從閃鋅礦中發現了鎵元素，元素符號定為Ga，中文名為「鎵」。門捷列夫預測的比重為5.9—6克/立方厘米，而發現者測定的比重為4.7克/立方厘米。1876年5月，法國科學院在院刊上公布了布瓦博德蘭關於鎵的新發現。不久，布瓦博德蘭就收到了門捷列夫寫來的信件，信中說讓他重新測定一下鎵的比重。
於是，布瓦博德朗把鎵提純之後重新進行了測量，鎵的比重實測值為5.96，與門捷列夫的預測十分吻合！布瓦博德朗甚是驚訝，他還寫信對門捷列夫表示感謝。此事在歐洲的震動很大，門捷列夫贏得了很好的口碑，自然擴大了他的周期表的影響力。
而若干年之後，發現鈧和鍺的喜訊也相繼傳來。1879年，瑞典化學家尼爾森從鐿土中發現了鈧元素；1886年，德國化學家文克勒從硫銀鍺礦中發現了鍺元素。並且，鈧和鍺的理化性質都與門捷列夫的預測相一致，從而為門捷列夫周期律的科學性提供了有力的證據。
- 收編「惰性一族」贏得最終勝利
說起門捷列夫的最終勝利，還真的有點戲劇色彩。門捷列夫的元素周期表原本是沒有為惰性氣體預留空間的。可拉姆齊等人在19世紀90年代的發現，著實讓門捷列夫有點措手不及。
拉姆齊是一個實驗高手，為1904年諾貝爾化學獎得主。1894年，拉姆齊等人分離出了氬元素，第二年他又發現了氦元素，接著還發現了氖、氪和氙。這些元素都非常低調，不能與其他元素結合。拉姆齊對門捷列夫的周期律有著深刻的理解，並以高超的技術測量了這些元素的原子量。按理，氦應當排在氫與鋰之間，然而卻沒有這一族。
其實，門捷列夫比拉姆齊更著急。自己精心設計的「元素帝國大廈」，眼看就要被這些「不倫不類」的氣體給摧毀，能不著急嗎？他認為，像氬氣這樣的新氣體，根本就「不合群」，似乎不適合放在我的周期表中。
然而，氦、氖、氬、氪、氙的行為又有驚人的相似處，即都是非常惰性的，並且它們的原子量又呈規律性的增加。所以，門捷列夫對周期表系統進行了一次最大的修改，專門為惰性氣體設置了一個新專欄。
而門捷列夫從拒絕到收編「惰性一族」，使得門捷列夫周期律的科學性得到了進一步證明。1906年，門捷列夫在生前最後一版《化學原理》一書中把「惰性一族」排進了周期表。
- 一位重視宣傳的科學家
門捷列夫之所以成為勝利者，不僅源於他對化學的積累和精通，源於他的洞察力和直覺，源於深邃的思想，還有他對宣傳周期律的重視。
門捷列夫的成功，使其在國際上享有了極高的聲譽。於是，各種演講邀請紛至沓來。通過這些演講和講座，門捷列夫結識了科學界的許多精英，同時也擴大了周期表的國際影響。他的經典著作《化學原理》分上、下兩卷出版，上卷收錄了氫、氧、氮、碳等8種常見的元素，下卷收錄了剩餘的55種元素。《化學原理》被譯成多種文字，與元素周期表一起流傳了150年，從而把周期律推向了全世界。
我們知道，最初的門捷列夫周期表是按照原子量的大小進行排列的，同時考慮了化學性質的相似性。而現代元素周期表是按照原子序數來排列的。從原子量到原子序數，看似差別不大，實際上是一個質的飛躍。英國著名物理學家和化學家莫斯利（1887年-1915年），對物理學和化學做出的最大貢獻就是發現了原子序數這一概念。原子序數等於質子或電子的數量。雖然戰爭奪去了這位天才科學家的年輕生命，然而他的原子序數概念卻為改進元素在周期表中的排列方式提供了科學依據。
門捷列夫的周期律雖然取得了巨大的成功，但是對於周期律背後的秘密並不清楚，這也是門捷列夫十分糾結的一個問題。1913年，英國物理學家莫斯利提出的原子序數的概念，對於門捷列夫之前的直覺提供了確切的實驗基礎，從而使得元素在周期表的排序更為精確。
莫斯利根據元素的原子序數而不是原子量將元素周期表重新進行排列之後，顯示了一些未被發現的空缺位置（如43號、61號、72號和75號）。現在，這些序數的元素均已被發現，分別為鍀、鉕、鉿和錸。
- 與時俱進的周期表
我們現在使用的周期表，看上去與門捷列夫早期的周期表相差甚遠，這就是周期表與時俱進的結果。無數科學家在這個過程中付出了辛勤和汗水。
門捷列夫曾說過：「規律永遠是一些變數的適應，就像代數中變數和函數的關係一樣。」言外之意是說，我的周期表也難以突破時代的局限，因此需要後人來揭示元素規律的真諦。
細心的讀者可能會發現，在門捷列夫最初的周期表中，有好幾個元素的質量都被打上了問號。困擾了門捷列夫一生的「原子量顛倒問題」，終於隨著同位素和中子的發現而變得迎刃而解了。
周期表的最後一次完善是由格倫?西博格完成的。西博格為1951年諾貝爾化學獎得主，先後發現了元素鈈、鎇、鋦、錇、鐦、鎄、鐨、鍆和鍩，並把錒系元素置於鑭系元素之下，重新配置了元素周期表。
門捷列夫的周期表奠定了現代元素周期表的基礎。150年來，周期表已經在科學、技術、社會三個維度上發揮了重要作用。雖然想起諾獎拒絕了門捷列夫總是讓人有幾分遺憾，但今年全世界都來為周期表慶賀生日，想來已是無上的獎項。值此紀念元素周期表誕生150周年之際，謹向那些為元素周期表建設做出貢獻的大師們致以崇高的敬意！
參考文獻：
[1]凌永樂.《化學元素周期系史話》，化學工業出版社，2011年版。
[2]李紹山，王斌，王衍荷.《化學元素周期表漫談》，化學工業出版社，2011年版。
[3]（日）宮村一夫編著，張琳譯.《化學元素大研究》，人民郵電出版社，2014年版。
作者：蘇更林
出品：科普中國
監製：中國科學院計算機網路信息中心
1867年，經歷了整整六年的農奴制改革，沙俄帝國百廢待興，期待進步，聖彼得堡大學請來了一名年輕的傑出「海龜」，擔任普通化學教授。這位大鬍子一開始倒也勤勤懇懇，準備講義，沒多久，一本厚達500頁的巨著《化學原理》上半部已經新鮮出爐。可是當他翻閱自己的手稿時卻不禁皺起了眉頭，這厚厚的一疊竟然才講了8種元素。（可比我能侃多了^_^）
接下來6個禮拜，他一邊跟校方商談延期交稿，另一邊卻躲在實驗室里一個人玩起了紙牌，讓人大跌眼鏡。
【玩紙牌玩成科學，真可謂是史上第一人。】
這個大鬍子「海龜」就是大名鼎鼎的德米特里*門捷列夫，他的童年充滿了悲劇：出生於寒冷的西伯利亞，家裡共有14個孩子，他是最小的那個，13歲那一年父親去世，母親為了填飽家裡這麼多張嘴，接管了當地的玻璃工廠。幾年後工廠因一場大火而燒毀，母親回首望去，家裡大大小小一幫熊孩子就沒幾個會數數的，好在還有小兒子德米特里聰明伶俐。
【偉大的母親：瑪利亞*門捷列夫。】
戰鬥民族的女人就是不一樣，她二話沒說，把小兒子捆在馬背上，騎著馬翻過了白雪皚皚的烏拉爾山脈，飛奔2000公里，把兒子送到了莫斯科，希望能進首都的一所精英大學。沒想到招生辦鐵青著臉：「請出示莫斯科戶口本。」硬是把這位頑強的母親擋在門外，她只好捆著小兒子繼續飛奔600公里，一路向北，來到了聖彼得堡，求爺爺告奶奶，總算讓小門捷列夫進入了亡父的母校，他剛登記入學，這位偉大的母親就因過度勞累而去世了。
【門捷列夫母親的偉大長征！成就了自己的兒子，也成就了全人類。】
門捷列夫不負眾望，果然天資聰穎，才華橫溢，順利完成學業。畢業之後他又前往巴黎和海德堡求學，在海德堡，他遇到了當時最富盛望的化學家本生，接觸了本生髮明的分光鏡，天底下竟然有這麼神奇的東西，只要用它做一下光譜分析就會發現新元素！
可惜的是，他並沒有跟本生處理好關係，後來雙方各執一詞，本生認為門捷列夫脾氣古怪，而門捷列夫則不喜歡本生實驗室里難聞的煙霧。總之，短暫的海德堡之旅結束了，門捷列夫成為「海龜」，回到了落後的俄國，開始寫他的《化學原理》。
【門捷列夫：咱年輕的時候也是「海龜」一個。】
我在寫這部《元素家族》的時候，能臆想到門捷列夫當年在起草《化學原理》時候的情境，可比我現在沒有頭緒多了。
當時只發現了62種元素，它們性質各異，有一到水裡就著火的鉀鈉兄弟，也有嗆人的氯，有輕的可以做氣球的氫，也有重的可以做秤砣的鉛。它們互相結合，更是形成了成千上萬種化合物，這些化合物的性質就更加複雜和千變萬化。即使如此，化學家們對它們也已經研究的非常詳盡了。
然而，當這些專業的化學教授們站在講台上時，卻沒有統一的標準。有人會先講氧元素，因為它的分布最廣；也有人認為應該先說氫，因為它是最輕的；還有人認為當然應該從鐵講起，因為這是最有用的元素；或者有人認為應該先說金，因為它最貴重。
化學家們面對的似乎是一片雜樹叢生、毫無秩序的密林，他們已經習慣於研究每一棵樹，細緻到樹上的葉子、切面的年輪，但如果你要問怎麼樣去更方便的描述這片密林，他們只會一棵一棵樹給你介紹，但具體從哪一棵樹開始，按照什麼樣的順序，完全得按照他的心情或者經驗。因為很少有人想過，這片密林竟然是有規律的。
【這一大坨的元素，有啥規律嗎？】
其實，也不是沒有人看出元素之間是有規律的，戴維發現了雙胞胎元素：鉀鈉兄弟，後來本生和基爾霍夫發現的銣銫兄弟也和它們很相似，這四種元素被稱為鹼金屬。類似的還有戴維發現的四種元素——鎂、鈣、鍶、鋇被稱為鹼土金屬。1842年，貝采尼烏斯為氟、氯、溴、碘四種元素提出一個術語「鹵素」，意為：形成鹽。
但在當時，大部分化學家只把這些作為有趣的談資，他們更為享受趴在每棵「樹」上研究樹葉和年輪的細節，卻少有幾個人願意跳出密林，去看看這片密林究竟是什麼樣的。
【鹵素的幾種典型元素：氟氯溴碘。】
門捷列夫就是這少有的幾個人里的一個，他實在是對過去寫化學課本的方法看不下去，他總覺得應該有更好的方法去描述這片密林，讓學生們一目了然。
所以，他開始玩牌。
他玩的當然不是普通的撲克牌，當時每一張紙牌上都寫著元素的名字、顏色、熔點、沸點、比重、化合價等等，他想方設法把這些紙牌排列成「同花順」、「四個頭」等等，仍然是一頭霧水。終於有一天，他想：如果按照原子量排列起來呢？
【傳說門捷列夫玩牌玩累了，夢見幾張牌自己跑到一起去了，他醒來以後立即記錄下來。最早體現出周期律的就是上圖這幾種元素。】
他立即注意到，按照原子量排列，原子量為7的鋰是當時的第二個元素，原子量為23的鈉是第九個元素，再往後，鉀是第十六，這些活潑的鹼金屬恰好每隔七個元素出現一次。比較類似的，鹼土家族也是一樣，鹵素也是如此。
就這樣，門捷列夫嘗試著把手上的牌塗成了紅橙黃綠青藍紫七色，排列成一個矩陣，這個元素密林終於清晰了很多，元素第一次有了隊形。
【當時還沒有發現稀有氣體，不管是紅橙黃綠青藍紫，還是多來米發梭拉西，總歸是排起來了。】
第一排樹是鹼金屬族，排頭的鋰最輕，也最安靜，落到水裡，只發出輕微的嘶嘶聲，而鈉就要比鋰更活潑一點，鉀丟到水裡簡直就要爆炸，而排在最後的銫，最重，也最容易跟別的物質化合，它在空氣里，自己立刻就要燒起來。
而最後一排是鹵素族，和鹼金屬族恰好相反，排頭最輕的氟化學性質最活潑，幾乎可以腐蝕任何物質，氯雖然腐蝕性也很強，但跟氟相比畢竟差了一個檔次，後面的溴更重，還是液體，腐蝕性就弱了很多，而最後的碘已經是固體，其反應活性只能用來做碘酒這種消毒劑了。
這樣一排序，這個雜亂無章的物質世界，竟然體現了驚人的統一性：周期律。
【第一份完整的元素周期律。】
好像這件事並沒有那麼複雜，不過是按照原子量的大小一個一個寫下去，周期律就自動出現了。為什麼其他化學家就沒去試一試呢？
其實問題遠沒有那麼簡單，道爾頓提出原子理論之後，做了大量的實驗去測量原子量。但是很可惜，他的結果大多數都是錯的。後來貝采尼烏斯用蓋呂薩克的氣體公式修正了一部分道爾頓的結果，大部分氣體元素的原子量搞定了，但仍有一些金屬元素的原子量跟真實偏差很大。可以想像，拿著一份錯誤的原子量登記表會排列出什麼樣的周期律。
另一方面，當時人們還只知道62種元素，再自信的化學家也不得不承認，一定還有一些元素沒有被發現。這就好像在排隊之前，有一些人開了小差，如果還用紅橙黃綠青藍紫給他們穿衣排隊的話，一切都亂了。
【原子量，意為：相對原子質量。】
63種元素，看似一團亂麻，無比糾結，但還是被門捷列夫解開了，這就是他天才的地方。
首先，既然原子量有誤，那麼大方向上我相信它，再根據每個元素的化學性質進行微調。比如當時碲的原子量是128，而碘的原子量是127，但顯然碘應該是鹵素一族，而碲和硫、硒的性質更為相近，所以老門開始放炮：碲的原子量肯定錯了，應該在123-126之間。當時的老門還不知道同位素的概念，現在我們知道碲的準確原子量是127.6，當時的數字是沒錯的，門捷列夫用一個錯誤的假設蒙對了結論。
【非金屬碲。】
然後，門捷列夫更為激進，既然還有一些元素沒有被我們發現，那我就根據周期律排列現有的元素，然後給未知元素留下空格。
比如當時，如果按照原子量排列，鈦排在鈣的後面，但這樣的話，鈦就和硼、鋁在一族了。但是很明顯，硼和鋁是三價的，而鈦是四價的，所以老門大膽預言，鈣和鈦中間還有一種未知元素，他稱之為「艾卡硼」，「艾卡」來自梵語，意思是一，「艾卡硼」就是硼加一。
他更加大膽的預言，在鋅和砷之間，還有兩個未發現的元素，分別是「艾卡鋁」和「艾卡硅」。不僅如此，他還斷言這兩個未知元素各種各樣的性質，甚至說明了它們的原子量以及同別的元素結合而成的化合物。
【第一份發表出的元素周期律。】
1869年，門捷列夫提出他的周期律伊始，並未得到化學界足夠的重視。在主流化學界看來，門捷列夫的預言真是太狂妄了：「臆造一些不存在的元素，還寫到課本里，這是科學還是魔術？」
幾年過去了，周期表中的空格還是空著，人們似乎已經遺忘了它們。
【樣貌性格古怪的門捷列夫。】
1875年，巴黎科學院的一次例會上，院士伍爾茲宣讀了一份他的學生列科克郵遞過來的信件：「8月27日，我在比利牛斯山所產的閃鋅礦中發現了一種新元素……」
會場一下子沸騰了，新元素終於來了！
列科克是一位專業的光譜分析家，他親手繪製了35種元素的身份證——光譜。他在觀測一些鋅鹽溶液的時候，發現了一條陌生的紫色光線，他對比了所有已知的元素光譜，都沒有被記錄過。無疑，這裡有一種未知元素。他提議將將新元素命名為：「鎵」（gallium ），用以紀念他的祖國。因為法國的古稱就是高盧（Gaul）嘛。
列科克在郵寄給老師伍爾茲的信件里還寫道：他會繼續往下研究，就目前的化學性質來看，鎵很像鋁。
【法國科學家列科克，也是很多元素的發現者，後面還有他的故事。】
當巴黎科學院的會議記錄穿越千山萬水來到聖彼得堡的時候，門捷列夫的心情無比複雜！這麼多年，主流科學界對他理論的無視，成為他心裡的一塊大石頭。雖然他的理性告訴他：「我不會錯」，但長久的等待和煎熬也讓他自我懷疑過。此時此刻，他的預言終於成真了，這塊石頭終於能落地了，因為鎵就是他所預言的「艾卡鋁」。
他馬上提筆給巴黎科學院寫信：「鎵就是我預言的『艾卡鋁』，它的原子量接近68，比重在5.9左右，請你們研究一下吧……」
列科克這邊的數據是：原子量69.2，比重4.7。
全世界化學家的眼球都被吸引過來了，這實在是史上未見的好戲：一邊是辛辛苦苦在巴黎的實驗室里擺弄他的燒瓶和試管，另一邊則是坐在聖彼得堡的書房裡玩紙牌瞎扯淡。大家寧可相信這是科學與神漢之爭，所有人都站在了列科克那一邊。
【門捷列夫的預言和列科克實際的測量結果，從上到下的條目分別是：原子量、比重、熔點、氧化物、氧化物密度、氫氧化物的性質（兩性，類似鋁）。】
可是門捷列夫不依不撓：「不對，比重肯定是5.9，可能你提純的物質還不夠純。」
正當所有人準備看笑話的時候，卻聽到了列科克讓他們大跌眼鏡的話：「是的，門捷列夫先生，您沒有錯，我們用了一大塊物質重新測量，確實是5.9！」
這真是周期律第一次偉大的勝利，門捷列夫終於翻身了！可是，這才只是開始呢。
【俄羅斯，門捷列夫獎章。】
1875年「鎵」的發現之後，門捷列夫一炮走紅。沒過幾年，尼爾森發現鈧，就是門捷列夫預言的「艾卡硼」。這時候再也沒有一個人把他的周期表當成魔術或者神學來看了，又過了幾年，門捷列夫和他的周期表在另一個新元素的發現史上達到了巔峰。
【門捷列夫：讓我的巔峰時刻來的更猛烈些吧。】
大約1885年左右，德國的弗萊堡地區發現了一座銀礦，品位很高。一大幫化學家立刻撲上去展開研究，其中的一位名叫溫克勒，他分析後指出，礦石的主要成分是硫化銀，但還有一種未知的新元素。1886年，溫克勒成功的將其分離出來，因為他是德國人，所以他用「日耳曼」來命名它：germanium，翻譯成中文就是「鍺」。1887年，為了嚴格測定這種鍺各方面的性能，他共搜羅了半噸弗萊堡的銀礦，等到他通過艱辛的實驗把一條又一條搞清楚之後，他發現這種新金屬和砷、鉍都有點類似。
當時元素周期表雖未像現在這樣成為標準，但因為「鎵」和「鈧」的預言成功也小有名氣了，溫克勒也想到能不能把他的新元素放到門捷列夫的表格裡面。
【鍺的發現者：溫克勒。】
元素周期表主要是按照原子量來排列的，等到溫克勒測出了鍺的原子量，他不禁驚呆了。鍺就是「艾卡硅」，門捷列夫十幾年前不僅預言了這種新元素的存在，更是把這種元素從頭到尾描述了一遍。更為恐怖的是，這些預言跟溫克勒的測定吻合的嚴絲合縫，幾乎一點不差：
門：「艾卡硅」的原子量應該是72.64。
溫：鍺的原子量是72.59。
門：比重應該約為5.5。
溫：比重是5.35。
門：它的熔點很高，低於硅但高於錫。
溫：熔點是947℃。
門：它的顏色是深灰色，帶金屬光澤。
溫：確實是深灰色的金屬。
門：它的化合價一般體現為正四價。
溫：確實如此。
門：它的二氧化物是一種特別耐火的材料。
溫：二氧化鍺真的很耐燒。
門：氧化物的比重應該是4.7。
溫：一點都沒錯，確實是4.7。
門：它的四氯化物的沸點應該在100度以下。
溫：四氯化鍺的沸點是86度。
門：它的四氯化物的比重約為1.9。
溫：是1.887。
【門捷列夫的預言和溫克勒的實測，從上到下的屬性分別是：原子量、比重、熔點、顏色、氧化物形態、氧化物比重、氧化物活性、氯化物沸點、氯化物比重。】
在這之前，還有一大群化學家對周期律嗤之以鼻：
「化學從來沒這麼玩過的。」
「誰見過不用試管燒瓶，光玩玩紙牌就能發現新元素，搞出新發現的？」
但鍺被發現之後，這些反對者再無話說，所有人都接受了周期律理論，這些元素性質各異絕非偶然，它們之間確實存在著嚴格的規律。
在門捷列夫之前的化學家們不可謂不努力，他們的工作可以說是在探險，而他們究竟能不能發現新元素，很大程度上取決於客觀條件，比如地球上元素的丰度，鋁和鎂在地球上這麼多，戴維等人不發現，也會很快有人發現它們；或者還依賴於物理學家提供的工具，比如戴維沒有電就發現不了化學性質活潑的金屬，本生沒有光譜分析，也發現不了銫銣這些微量元素。
【本生在化學史上是一位可以與戴維平起平坐的人物，他的故事後面更加精彩。】
現在，由於門捷列夫給所有化學家畫出了一張清晰的地圖。化學家們知道發現新元素的方向在哪裡，他們接下來要做的，就是將這張表裡的空白一個又一個填滿，這樣的效率會加快太多。
化學家們再也不會做無用功，到不可能的地方去尋找新元素了。就好比現在有了精確的地圖，地理學家不會跑到撒哈拉大沙漠去尋找熱帶雨林，也不會跑到太平洋里探索高山，因為那裡不可能有。同樣的，化學家也不會想方設法去鉀鈉中間尋找新的鹼金屬，更不會在氧和氟之間發現任何新的元素，因為這是周期律所不允許的。
從1886年鍺被發現、元素周期律大獲全勝之後，只過了50多年，到了1939年二戰之前，這張周期表上就只剩下三個空格了。這真是來源於周期律的偉大指引！
【1871年，門捷列夫出版的一套元素周期表，其中提到了眾多的未知元素。】
人類的進步史上，門捷列夫的元素周期表乃是一座豐碑，但也不過是眾多的里程碑之一。從古希臘時代開始，人類的認知從原始的自然哲學走向現代科學，使用的方法不過如此：發現——總結規律——再發現——打破規律——提出新規律——再發現。從伽利略時代至今，才不過500年，但人類社會的發展已經日新月異，把地球上相當大的一塊地皮翻新了好幾次。這一切發展的源動力還不是這些科學的方法嗎？這種科學方法發展到極致，就是愛因斯坦擲地有聲的語言：「理論決定了我們能觀察到什麼！」
很可惜的是，我們中國的祖先不可謂不聰明，也曾經製造過世界上最有分量的青銅器，在某幾個方向上也曾領先世界n多年，但跟西方的發展相比，總體而言是走上了另一條道路，我們的祖先太喜歡羅列事實，而不愛分析原因，總結規律。
【《九章算術》VS《幾何原本》，哪個對世界影響大？】
我們數學上有《九章算術》，只是幾百道數學題的羅列，而歐幾里得的《幾何原本》則是建立了一個理論框架。
我們工程學上有《考工記》，有偉大的《天工開物》，也是一條條技術的列舉，沒有人願意去做牛頓、卡文迪許，因此現代的物理學、化學沒有誕生在中國。
甚至2000多年前我們偉大的孔子也只是述而不作，一部《論語》可謂是看到問題解決問題。而稍晚一點的亞里士多德已經開始寫《物理學》和《形而上學》了。
【孔子VS亞里士多德，一個述而不作，一個拚命著作。結果前者一直找不到工作，後者卻調教出了千古一帝：亞歷山大大帝！】
看到了嗎？我們的祖先總是享受解決問題的樂趣，而缺乏對不同現象的規律總結。確實，解決複雜的問題需要超人的智慧，但發現規律以後，一連串的問題只是小case而已。這是否能解釋，現代科學沒有能誕生在中國，更因此中國從16世紀開始漸漸被西方屌絲逆襲，中華民族的痛苦經歷隨之而來。
要知道，我們祖先的這一套到現在還有很多遺毒呢，在很多生產、科研領域仍然有重實踐、輕理論之風。很多欠缺科學素養的管理者總是喜歡強調一些光輝的經驗，講一些玄幻故事，卻根本不管不顧過去的經驗在當前的情況下是否有可複製性。這無疑滋生了太多造神的土壤，想想過去那麼多年的經歷，難道我們被冤枉了嗎？
【水變油的鬧劇，竟然可以發生，難道不值得我們反思嗎？】
回到門捷列夫時代，其實老門在當時也不是沒有面臨挑戰，比如1868年讓遜發現的太陽元素——氦，這個元素在老門的周期表裡的哪個位置呢？
老門其實不怎麼相信這種元素，他認為太陽上的元素光譜可能跟地球上不太一樣，也有可能是鐵或者氧在高溫的太陽里發出的光譜偏移了。
等到拉姆塞一下子發現了一長串新元素——惰性氣體家族，門捷列夫好像受到了最大的震驚，一開始，他堅決不願意承認這些新元素，因為它們在他的周期表上找不到位置。但很快，拉姆塞們告訴他：惰性氣體不是要打破元素周期律，而是對周期律最好的補充；惰性氣體的發現正是證明了周期律的正確性！
老門啊！你已經不是一個人在戰鬥了，你的元素周期律已經不屬於你自己，而是屬於全人類！
【各元素的發現國，很遺憾，五星紅旗沒有出現。】
原文鏈接：
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魯超：【元素家族——連載152】元素周期表的初次勝利?zhuanlan.zhihu.com
魯超：【元素家族——連載153】門捷列夫的巔峰時刻?zhuanlan.zhihu.com
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元素家族——從化學元素看人類文明?zhuanlan.zhihu.com
門捷列夫的元素周期表是如何誕生的，可以從偶然性與必然性兩個角度來說明。
門捷列夫能夠在1869年推出「元素周期表」的偶然因素有且只有一個：元素的原子量與原子序號順序基本是吻合的。
原子序號指的是元素中質子的數量，這是元素周期性的本質來源，但是直到20世紀初才逐漸被揭示，門捷列夫在編製元素周期表時，能夠參考的依據只有原子量。眾所周知，原子量基本就是質子數加中子數，所以，如果中子數沒什麼規律，那麼原子量和原子序數之間的關係也就不明確了。
所幸的是，自然界沒有和我們人類開這個玩笑，通常質子數越多，中子數也越多，至於為什麼，現代量子物理也沒能完全證明（簡單看過一些資料，更像是以果推因的方式，如果有計算大牛，還望指正）。簡單點說，我們認識的這個星球上，沒有出現大批一個質子帶著一大堆中子跑的情況，讓門捷列夫時代的科學家們可以準確地認識到，氫是第一號元素，這真的是燒高香了。對於那時的他們來說，這也是一個偶然性因素。
至於必然因素，那就是門捷列夫站在了巨人們的肩膀上。
這些巨人，一個個都真的很牛，咱揀核心的說：
拉瓦錫，他提出了現代元素的概念，雖然定義更像是「單質」，但是他已經將物質本源問題從亞里士多德時期脫離出來了——在亞氏的《形而上學》中，這是第一個基本問題。所以，從某種意義上說，他和伽利略乾的事情差不多。我們現在都熟悉拉瓦錫推翻燃素理論的豐功偉績，但是從後世影響來看，拉瓦錫還有一件更為重要的事迹：定量實驗。他證明了「質量守恆」，主張用定量的方式去研究物質變化，這是元素周期律的第一大基礎。
實際上，拉瓦錫還發現了倍比定律，也就是化學反應的時候，總是存在一定的比例，比如，氫氣和氧氣反應，體積比永遠都是2:1，和氯氣反應，就總是1:1……不過，他的生命終點是在斷頭台，沒能進一步往前推演。
於是這就有了道爾頓接力上來的原子論。原子就相當於是一種「量子」，化學反應也是「量子化」的，最小單位是一個原子。如果我們沒有辦法理解道爾頓為什麼偉大，就可以藉助於前面這句話去重新認識一下他。這一理論可以一定程度上解釋倍比定律，而原子論是元素周期律提出的最關鍵基礎。不過，可能受制於他的紅綠色盲問題，道爾頓不擅長做實驗，所以他的技能點基本都在理論上。
緊接著是阿佛加德羅的分子論，他的意思是說，分子是保持一種物質化學性質的最小單位，而化學反應，就是舊的分子重新排列成新分子的過程。不過，分子論並沒有很快得到認可，半個世紀後才被承認，因為貝采尼烏斯的阻撓。
但是貝采尼烏斯對於元素周期律的貢獻遠遠多過他帶來的阻力。他可能是歷史上最偉大的定量實驗員，精準的測量方法，讓他一生中共測定了兩千多種物質的「原子量」。其實應該叫分子量，但他不承認分子啊，所以一概都叫「原子量」。這是排列元素的依據，儘管只是誤打誤撞。
再然後是康尼扎羅，他證明了分子論的正確性，這個時候，什麼是原子，什麼是元素，它們的原子量分別又是多少，總算有了一個基本的模樣。
如果把元素周期律比作是一曲音樂的話，那麼拉瓦錫就是製作了一架鋼琴，但是沒有鍵；於是道爾頓晃晃悠悠地過來，安上了琴鍵；阿倫尼烏斯看到了，默默地安上鋼絲弦；貝采尼烏斯說，這玩意兒沒啥用，拆掉鋼絲弦，然後開始調音；康尼扎羅覺得，光有音準，沒有弦也不響啊，把弦搭上以後，重新調音。
所以，門捷列夫是個偉大的鋼琴曲作曲家，但是首先要歸功於那些製造出鋼琴的人，不把這個原理搞清楚，他也白費力。
除此以外，還有另外一群人的功勞不能磨滅，那就是樂理師們，是他們提出了一些理念，讓門捷列夫可以領悟到，到底怎麼編曲才是好聽的。
首先是德貝萊納，他雖然不是很偉大的科學家，但是他很敏銳地發現，有些元素擱在一起，好像還蠻和諧的，比如鋰鈉鉀、鈣鍶鋇……這就如同是發現了和弦一樣。
再接著是佩滕科弗，他感覺德貝萊納的發現還挺有意思的，進一步尋找關係，發現了一個神奇的數字16，這就好比是，進一步發現和弦之所以好聽，其實是因為赫茲數之間存在著關係。
然後格拉斯頓，他又說了，其實有些元素啊，它們的原子量差不多，但是性質也相近得很，這就讓未來元素周期律的概念可以拓展到過渡元素了，還是用樂理打比方，這就像是發現了共振現象。
然後更為關鍵的一個人出現了，紐蘭茲，他編製出世界上第一幅元素周期表。所以，雖然門捷列夫是元素周期表的法定發現人，但是並非第一位。只不過，紐蘭茲編的只能叫雛形，沒能把一些膈應的地方處理好。
實際上，發現元素周期律的並不只有門捷列夫一個人，幾乎在同一時間，德國科學家邁耶爾也發現了，並且做出來的周期表也和他的相似。這就說明，在當時已知的科學成果下，發現周期律並編表，實際上只是時間問題，存在著必然性。後來，英國給兩個人都頒發了戴維獎章。
但是，為什麼現在都只把元素周期表的誕生全部歸功於門捷列夫一個人呢？
簡單來說，因為他自信！
他在自己的表中留下了幾個空，並且對這些即將發現的元素做出了大膽預言。這一事迹在化學教科書上多有提及，比如金屬鎵在發現時，氧化物的密度沒有測對，門捷列夫就給去了一封信，說你最好再測一測，因為根據我的預言，你的氧化物樣品中絕壁是含有雜質的。
結果怎麼著呢？重新測定之後的數據還真是和門捷列夫的預言吻合，我們甚至到還不知道他是怎麼做到的。
而且還有更神奇的呢，他預言鎵會依靠光譜被發現，就這事都被他說對了，神乎其神吧？
這一點，邁耶爾沒有做到，並且很坦率地說，他沒有這個勇氣。
所以，門捷列夫編製出元素周期表，首先是因為條件成熟了，即使沒有他，也會有別人在那個時候發現。但是，他很會為自己「加戲」（此處褒義），這是一般人做不到的，所以這個名譽就非它莫屬了。
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其實我在知乎的電子書《你好，門捷列夫》就是專門解讀門捷列夫發現元素周期律的過程，如果還想更詳細的了解，可以參考書中的內容。
你好，門捷列夫?www.zhihu.com
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能否依照其對化學史的貢獻度，給知名的化學家排個名？?www.zhihu.com
托福閱讀TPO16中就有一篇關於元素周期表的文章叫Development of the Periodic Table，譯文如下（譯文來自網路，侵刪）：
元素周期表是按原子序數（元素原子核中質子的數量）由小到大依次排列，反映化學周期性和元素的物理特徵的圖表。這一科學發現具有里程碑的意義，它進一步證明了科學探索過程中觀察、預測和實證之間的根本聯繫。19世紀一開始，科學家們不斷探索新的元素。到19世紀60年代後期，已經發現了60種以上的化學元素，而許多描述性化學被認知。人們提出各種建議，認為該基於化學和物理特徵的相似性將化學元素排列成組。他們接下來又證實了元素的族群特性（物理或是化學相似性）和原子質量（一種元素的單個原子的測量質量）之間存在聯繫。當時元素還是按照原子質量從小到大排列，人們發現，一些具備連續性的元素卻分屬不同的化學組，並且發現在這種排列方式下，元素群組的順序是固定的且定期重複。因此，當每一新行都以鹼性金屬元素開始並逐步將這一系列的元素排列出來時，元素周期表中同一組中的元素就會自動歸入一個垂直縱列中。這個表格就是現代元素周期表的雛形。
當德國化學家邁耶（Lother Meyer）和（彼此獨立的）俄國化學家門捷列夫在1869年到1870年間首次發布元素周期表時，有三分之一的天然化學元素還沒被發現。然而這兩位化學家都極富遠見，他們在周期表上留白，對元素物理性和化學性的分析空白處還有新的元素有待發現。門捷列夫比邁耶更為大膽，他甚至做出假設，如果周期表按原子質量排列，但元素位置不對的話，那麼原子質量也是錯的。在某些情況下，這個設想是正確的。以銦為例，先前測量出銦的原子質量在砷和硒之間。但是因為在周期表中這兩個元素之間沒有縫隙，由此門捷列夫提出銦的原子質量變為截然不同的一個值，這樣就可以將其置於鎘和錫之間的空位。事實上，接下來的研究表明，元素周期表中元素不能嚴格按照原子質量排列。例如，儘管碲的原子質量比碘略大，但在元素周期表中，它卻排在碘前面。出現這種反常現象，主要是因為相對豐富的「同位素 」或者各種元素的多樣性。同一元素的所有同位素具有相同的質子數，但中子數不同，因此它們的原子質量也不一樣。一個特定元素的同位素具有相同的化學特徵，但在物理性質上有一些細微差異。現在我們知道，是原子數目（原子核中質子的數量）而非原子質量（質子和中子的數量）決定著元素的化學性質。門捷列夫在另一個研究上也比邁耶更為深入：他預測還有六種元素的性質待被發現。例如，就在鋁下面有一個空位，這表明還有一個性質和鋁類似的新元素存在。門捷列夫將該元素定義為「鋁下元素 」（eka是梵語詞，意思是 「下一個」）並且還預測了其性質。僅僅5年之後，原子質量相吻合的元素就被分離出來，發現者將其命名為「鎵」。鎵所表現出的特性和門捷列夫對「鋁下元素」的預測一一對應，這為元素法則提供了一個強有力的依據。還有一個例證，1885年發現「硅下元素」，同樣為門捷列夫所預測，後來命名為鍺。元素周期表的框架似乎限制了可能存在的元素數量。因此，當約翰?威廉姆?斯特拉特（瑞利男爵），在1894年發現一種氣態元素不能適應之前的元素表時會非常驚訝。一個世紀以前，亨利?卡文迪許就注意到，當氧氣和氮氣從空氣中被移除後仍然有殘餘氣體存在，但當時沒人意識到其中的重要性。瑞利和威廉?拉姆齊一道，共同分離出一種氣體（將之與其他物質隔離並存於一個真空環境）並將其命名為氬。拉姆齊經過研究又發現了另一種存在於自然界中的氣體元素——氦，該元素在太陽中存在，並且很早就被發現存在於太陽光譜中，但是之前並沒有在地球上找到過。瑞利和拉姆齊做出假設，認為存在一組新元素， 1898年，這一系列元素中的其他元素（氖，氪，氙）也被成功分離出來。具有相同質子數，不同中子數（或不同質量數）同一元素的不同核素互為同位素(Isotopes)。Eka是一個用來為在元素周期表中位於某個元素下面的位置的化學元素命名的前綴。前綴eka-尤其用於命名尚未發現的元素。例如，在發現鍺以前它被稱為硅下元素（eka-硅，ekasilicon）。作為紀錄片愛好者，這個問題我覺得普通化學愛好者可以去看BBC的三集紀錄片《化學史》，我覺得說得比較明白了。科學從來都是一代人在前一代人的肩膀上往前走的，門捷列夫也不例外。
[BBC化學史](共3集)中文字幕01-元素的發現_騰訊視頻?v.qq.com
http://player.youku.com/player.php/sid/XMzc0OTczNTY4/v.swf?player.youku.comBBC化學史03-元素的威力_騰訊視頻?v.qq.com
搬運
門捷列夫時期的元素周期表和現在的版本有什麼不同？?www.zhihu.com
不就是門捷列夫發現的嗎？
他是按照原子量排列
然後觀察已有元素的性質，把他們歸類，從中預言很多當時沒有發現的元素。
可惜的是門捷列夫沒有得到諾獎。因為，他過世了。
此外按原子量排不是很合適，後來就改成了按照質子數排。
但是這種系統分類方法，成為了化學學科最基礎的東西。
以至於後來許多因為各種新的技術手段發現了新的元素的諾獎得主，都紛紛表示，門捷列夫才是真的牛，他看看他的撲克牌一樣的元素周期表早就預言了它的存在。我們只是搬磚狗，門老爺子才是大神。而且是能掐會算的大神。
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