元素排序有规律

“大千世界物万千，学者赴继溯本源。元素性质有序现，周期特征无穷演。门捷列夫呈卓越，科学传人竞比肩。知识普及提素质，展览教育促钻研。探索自然寻规律，服务社会启新篇。”2019年是门捷列夫元素周期表诞生150周年，联合国大会将这一年确定为“国际化学元素周期表年”，并对化学元素周期律这一重大发现予以高度评价，认为它是：“科学史上最卓著的发现之一，刻画出的不仅是化学的本质，也是物理学和生物学的本质。”

7月10日，中国科学技术馆联合中国化学会，推出“律动世界——化学元素周期表专题展览”，以直观的视角和活泼的形式，展现化学元素的美妙神奇和元素周期律背后的无穷奥秘。展览包括“律有其缘”“元素探律”“律以致用”“万物归律”4大展区，采用互动展品、多媒体、矿石实物、图文、文创产品等相结合的形式进行知识传播、科学教育；各展区还开辟了不同功能的教育活动区域，并专设与中国科学技术馆长期合作的巴斯夫“小小化学家”品牌科普活动，使广大观众不仅可以了解人类对物质探索的悠久历史及元素周期表的诞生过程，掌握化学元素和元素周期律的相关知识及其实际应用，还可以近距离感观种类丰富的元素单质和矿物实物，亲身感受化学元素的神奇魅力。

“律动世界——化学元素周期表专题展览”7月10日开展

物质世界究竟由什么组成？从古至今，一直是人们不断探寻的奥秘。中国古人认为，金、木、水、火、土“五行”是构成物质世界的本元，古希腊也有土、气、水、火“四元素”之说。中国古代神秘的炼丹术发现的汞、硫、碳、铅等单质物，欧洲炼金师找到的硫、汞、磷、金及其相应化合物，以及之后提出的“以太说”“燃素说”等，都是人类试图溯本寻源、删繁就简，寻找构成大千世界万生万物本元的不懈探索。到19世纪中叶，欧洲的化学家们通过分析、实验，相继获得了大量关于元素和化合物的知识，发现了大约60个元素，并积累了这些元素的原子量数据，为寻找元素之间的内在联系奠定了基础。

化学元素周期律发现的过程，就是科学家们不断接续实验、总结、归纳并逐步走向成功的艰难探索历程。早在1817年，德国化学家德贝莱纳就注意到，某些三元素组合显示出一种特殊的关系，比如，溴的原子量介于氯和碘的原子量之间，这三种元素的化学性质非常相似，锂、钠和钾也是具有类似特性的三元组。1862年，法国化学家尚古多提出元素性质有周期性重复出现的规律，并将当时已发现的62个元素按原子量大小循序标记在绕着圆柱体上升的螺旋线上。1864年，英国化学家奥德林公布了一张比较详细的元素周期表，表中的元素基本上按原子量递增的顺序排列，体现了元素性质随原子量递增出现了周期性的变化。英国化学家纽兰兹注意到，按照原子量递增的顺序排列已知元素，每八种元素的化学性质就会重复出现。1865 年，他在一篇论文中将这种特性称为“八音律”，为门捷列夫最终揭示元素周期律做了重要铺垫。

俄国化学家门捷列夫在总结前人研究成果的基础上，锁定元素的“原子量”这一最基本的特征，据此探索原子量与元素性质之间的关系。他发现，若将已知的化学元素按原子量的顺序排列，在规律性的间隔（或周期）内就会呈现出相似的性质。1869年3月1日，这是化学史乃至科学史上值得铭记的日子。门捷列夫发表了第一张元素周期表，并在当年的俄罗斯化学会上宣读了他的论文“元素属性和原子量的关系”，阐述了化学元素周期律的基本要点。该定律不仅揭示了已知化学元素之间深刻的家族关系，还能预测那些尚未发现的元素的存在，可谓意义重大、影响深远。

门捷列夫和他的元素周期表手稿

之后的科学家们以原子序数为主排列元素，修正、完善了门捷列夫元素周期表，并据此已发现118个化学元素。150年来，元素周期表与时俱进，在科学、技术、社会等维度上发挥着重要的作用。较之于门捷列夫当年元素周期表，今天元素周期表的内涵已大大拓展，那些整齐方格排序中所体现的不仅有元素的化学性质，还有元素的丰度、熔点、放射性等多种属性的规律。元素的这些神奇特性，帮助人们将视野从元素周期律扩展至世间万物的普遍规律，有助于人类认识和利用科学规律服务自身、改变世界，推动社会进步发展。

这正是：“科研旨在揭奥秘，元素排序有规律。化学探源知结构，原子计量寻关系。攻关自古疏捷径，成功从来亲汗滴。纽兰兹后有门氏，总结归纳得周期。”

注：本文将刊载于2019年7月19日《科普时报》“青诗白话”栏目，欲阅读更多内容，请关注本人微信公众号。