5.门捷列夫定律

有一位年纪不大的却很有名的教授，正坐在圣彼得堡大学的实验室，此人正是门捷列夫。他刚开始教大学的普通化学课程，此时此刻他正忙着写给学生授课用的讲义。他正在思考如何介绍化学定律和怎么讲解各种元素的历史，他正在苦思冥想学生最容易接受的传授知识的教学方法。介绍钾、钠或者是锂，介绍铁、锰和镍，又如何整合起来介绍？他深深意识到，一些元素间的联系还不是很清晰。

他找了几张卡片，在各种卡片上分别用大写的字母标注一种元素、原子的质量和它的最重要的特性。随后他顺次摆放起了卡片，并按照元素的特性归了类，就如同在夜里玩纸牌的大妈似的将纸牌一堆堆摆放在一起。

在这个过程中，他发现了一些规律。他根据元素原子量递增的顺序安排它们的位置，他认为除了一些特例外，元素的特性在经历一些间隔后便会再次重现。接着他便将特性再现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张卡片后，他又在第三排摆起了卡片。

门捷列夫元素周期表

就这样不知不觉地，他已经给17个元素找到了位置，当性质相近他就将它们上下对齐，可是有些元素的性质也不全近似，他就为那些元素留出了位置。随后再向下排列了17张卡片，就有了后面的那几排。越往下排就越难排，好多元素的性质不好分，不过其性质重新再现这一点是确定无疑的。

就这样门捷列夫就将自己熟悉的元素排列出来了，形成了一张特殊的表格，该表除了一些特殊情况外，其他元素都是根据原子量的递增情况顺次横排的，遇到性质接近的元素都上下对齐往下排列。

门捷列夫在1869年的3月份，向圣彼得堡的理化委员会写了份报告，将自己发现的规律报告给该组织。在他预见到他的发现的重大作用后，他就花大力气钻研起来了，他想把自己的发现结果矫正得更为准确些。没过多久他就发现，表格里确实得留一些空位。

“以后会在硅和硼与铝之下的空缺处发现新的元素的。”他自言自语道。结果他的想法很快就得到了验证，在他预留的位置上填上了新的元素，它们的名字依次为镓、锗和钪。

就这样这位俄罗斯的化学家在化学方面做出了重要的贡献。不过，不要以为这样的发现是唾手可得的——找卡片，注明元素的名称，排列卡片这么简单，然后就万事大吉了。这一切看起来似乎很容易，另外还需要机遇。那个时代人类找到的元素加起来也就62种，测量原子量时的误差还是很大的，甚至是不正确的，原子的性质还没有完全为人们所认知。要想有成就都得付出辛劳探索各个原子的特性，了解这些元素及它们相似的地方，熟悉各个原子的运动轨迹，分清它们在自然界为“友”还是为“敌”，然后方可得到这样的成果。

诸如上面的问题，门捷列夫之前的研究者在探究地球化学时也遇到过的，但只有门捷列夫把它们汇集起来了。

其他几位科学家也发现了元素间的内在联系，只是觉得它们之间的关系还不是很清晰、不是很完全而已。

不过在那个时候大多数科学家都觉得，寻找元素的亲属关系是一件很荒谬的想法。比方说，英国名叫纽兰兹的化学家，他曾经为意大利的自由而在部队服过役，曾想要发表他撰写的文章，论述的就是一些元素的特性随着原子量的递增而重现的事实，不幸的是英国化学会并不认同他的观点，甚至有化学家讥笑道，假如纽兰兹将全部元素按其字母依序排列，也许会有意想不到的收获。

不过这毕竟是少数人的观点，应从多数人的观点着手，做好整体计划，认识宇宙的根本规律，接着用研究成果印证该规律的准确性，不断探索并一一验证各个元素的特性严格遵循该规律，不断印证一切元素都降服在这条定律之下，接着利用这条规律推导元素的特性。

要达到这个目的，就得依靠天赋的直觉，敏感体察到矛盾的普适性，并拿出锲而不舍的钻研精神不断深入求索，这也只有像门捷列夫那样的知识巨匠才能做得到。

他探索到了宇宙中所有元素的相互联系，他分析得无懈可击、清晰可辨而又不难理解，以至没有人能驳倒他，唯有他把元素不乏条理地整理在了一起。诚然，元素彼此间的联系还不是很清晰，但从总的排序情况来看次序分明，由此可见门捷列夫当时已经发现了宇宙中的又一定律，也就是化学元素的周期律。

至今80多年过去了，门捷列夫在化学周期律方面深钻了40年，他埋头在实验室向着纵深处探索着化学中的秘密。

后来他到了度量衡检定局，使用精确的方法探索并测出了金属的属性，他用一个个研究成果一步步验证着自己的周期律。

接着他到乌拉尔勘探当地的石油资源，花费了大量的时间钻研石油和石油的起源，不管是在实验室还是大自然里，他都能看到周期律的影子。无论是面对理论或者是工业实践，周期律都同指南针的作用近似，像帮航海家确定航行的方向那样为研究者和实践者指点着方向。

他在去世之前，将他在1869年制作的元素周期表不断研究订正，提高了它的精确性；诸多的化学家前仆后继顺着他探索的道路继续求索，有的探索出了新元素，有的找到了新的合成物，在研究过程中他们深深感受到了门捷列夫表的重要性。

如今我们见到的化学元素周期表，是经不断修订相当完善的了。

随后人们发现，化学元素周期表在探索原子光谱结构的规律性时也发挥着指南针的作用。英国的莫斯莱研究元素光谱时，将元素根据化学周期表的顺序依次往下排，1913年他发现了门捷列夫表的另一条规律，他指出了化学元素周期表中元素序号的重要性。

原子核的电荷数是原子内部最为重要的，这是由莫斯莱经过研究得出的结论，电荷数恰好同原子的序号等同，比如氢原子的序号为1，氦的为2，锌为30，铀为92。而一些含有原子序号数量的电子让电荷控制于核外，围绕着核沿着轨道移动。

一切原子，核外的电子数都与它的原子序号相同，原子的所有电子于核外按照某种方式分成数层。跟核距离最小的K层也就是第一层，对氢原子而言是1个电子，不过相对于别的元素的原子而言却是2个电子。到了L层也就是第二层，多数原子有8个电子。一旦进入M层原子的电子数将会跃至18个，而到了N层原子的电子数就增加了到32个。

靠外边的电子层的结构影响着原子的化学性质，倘若该层有8个电子，它就会相当的稳定。如果最外边的电子层仅有一两个电子，那么就意味着它们失掉的概率大增，果真如此的话原子就转化成了离子。比方说，钠和钾与铷的最靠外的那层分别有一个电子。失去这个电子的可能性大增从而自己变身成了携带正电的一价正离子，最靠外边的第二层就跃升为了最外层。此层有8个电子，产生的离子就较为稳定，轻易不会再变了。

钙和钡与一些碱土金属的原子，外层分别有两个电子，失去那两个电子的它们，转身就变成了稳定的二价正离子了。溴和氯及其余的卤素的原子，外层分别有7个电子。它们急切地想从别的原子的外层夺到一个电子，如果得手，它的外层就拥有八个电子，而它自己就变成了惰性十足的负离子了。

一般来说，原子外层有3个或者4个或者是5个电子，于是此类元素在化学反应中变成离子的可能性就无法预测了。

元素的原子质量和其在宇宙的数量，受制于原子核结构，不过化学特性和光谱却深受电子数量的影响；如果它们最外边那层的电子层构造相同，照说它们的化学性质就应该十分相似。

原子的奥秘不止如此，从人类探索到了原子的奥秘，使众多的化学家和物理学家与电气化学家以及天文学家同技术家甚至工艺家意识到，最有用和奇特的宇宙定律之一要数化学元素周期表了。