德米特里·门捷列夫与 1869 年的元素周期表

德米特里·门捷列夫是谁？

德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫 1834 年出生于西伯利亚的托博尔斯克，是一个大家庭中最小的孩子。他在圣彼得堡求学，在德国海德堡做过研究，并于 1860 年参加了卡尔斯鲁厄会议，化学家们在会上讨论如何可靠地测定原子量。到 19 世纪 60 年代末，他已是圣彼得堡大学的化学教授。

一个教科书上的难题

19 世纪 60 年代末，门捷列夫正在编写一本新教科书《化学原理》。他需要一种合乎逻辑的顺序来介绍元素，当时已知的元素刚过 60 种。他收集了它们的原子量和化学性质，例如氧化物的化学式，以及它们能结合的氢原子或氯原子的数目，并寻找能把它们全部联系起来的规律。

他是如何构建这张表的

1869 年初，门捷列夫把元素按原子量递增的顺序排列，发现相似的性质每隔一定间隔就会重现。他把元素排成网格，使碱金属和卤素等类别排成一线。他的论文于 1869 年 3 月在俄罗斯化学会上宣读，由他的同事尼古拉·门舒特金代为宣读，不久后又出现了德文摘要，把这一想法传遍了欧洲。

门捷列夫提出了他所谓的周期律：元素的性质周期性地取决于它们的原子量。到 1871 年，他发表了一张改进的表，其中各个类别沿着八个纵列的族排列，这种布局与今天使用的非常接近。

化学性质优先于重量顺序

门捷列夫更相信化学行为，而不是数字。当严格按重量排序会把某个元素放错类别时，他就把它挪动，例如把碲排在略轻一点的碘之前，好让碘与其他卤素在一起。他还坚持认为，几个公认的原子量根本就是错的。他把铀的值从约 120 加倍到 240，把铟的值从约 76 提高到 113，又把铍的值从约 14 降到 9。后来的测量表明，这三点他都是对的，不过碲确实比碘重，这个谜题直到 1913 年才得到解答。

空缺与“类”元素

这张表最大胆的特点是它的空位。门捷列夫在没有已知元素合适的地方留下空缺，并在 1871 年详细描述了其中三种缺失的元素。他用梵语前缀 eka-（意为“一”）加在表中每个空缺上方元素的名称前给它们命名：eka-铝位于铝下面一格，eka-硼在硼下面，eka-硅在硅下面。对每一种，他都估算了原子量、密度，以及其化合物的化学式和性质。

预言得到证实

1875 年，法国化学家保罗-埃米尔·勒科克·德·布瓦博德兰发现了镓。它的原子量约为 69.7，与门捷列夫给 eka-铝的 68 很接近。勒科克起初测得镓的密度为每立方厘米 4.7 克，但门捷列夫写道它应该接近他预测的 5.9；用更纯的样品，勒科克得到了 5.9。

1879 年，瑞典化学家拉尔斯·弗雷德里克·尼尔森发现了钪，他的同事佩尔·特奥多尔·克莱夫指出它与 eka-硼相符，门捷列夫预期 eka-硼的原子量为 44（钪的约为 45）。1886 年，克莱门斯·温克勒发现了锗，它与 eka-硅非常吻合：门捷列夫预测原子量为 72、密度为 5.5，而锗的分别是 72.6 和 5.3。

他的预测并非全都应验，而且他没有预见到一整个类别——稀有气体。但这三次成功使大多数化学家相信周期律是真实的。

洛塔尔·迈尔的平行成果

门捷列夫并不是在这条道路上唯一的化学家。德国化学家洛塔尔·迈尔在 1868 年起草了一张类似的表，尽管直到他去世后才发表，1870 年他发表了一张周期表，并附有原子体积随原子量变化的图，曲线有规律地起伏如波浪。不过迈尔更为谨慎，没有发表对缺失元素的详细预测。门捷列夫充满自信的预测，正是他的名字与这张表联系最紧密的重要原因。

荣誉与钔

1882 年，伦敦皇家学会把戴维奖章授予门捷列夫和迈尔，1905 年门捷列夫获得了学会最古老的奖项——科普利奖章。他曾被提名诺贝尔化学奖，但始终未能获得，1907 年他在圣彼得堡去世。

1955 年，加州大学伯克利分校的一个团队（包括阿尔伯特·吉奥索和格伦·西博格）用 α 粒子轰击锿，制造出了 101 号元素，并为纪念他而命名为钔。这是一份意义非凡的致敬：在冷战时期，一种在美国发现的元素，以一位俄罗斯科学家的名字命名。