2.1　“長幼有序”的原子大觀園

各種物質，甜的和咸的，酸的和苦的，軟的和硬的，芳香的和有臭味的，它們的最小顆粒——分子，都是由原子組成。而原子，目前人們所知的共有100余種。正像七個音符可以組成許多歌曲那樣，這100余種原子就組成了千千萬萬種物質。

如果把這分散到整個宇宙的100多種原子都集中在一個地方——原子大觀園中，就容易認識它們了。我們可以把各種原子進行分類，比如把許許多多氧原子分出來，總稱為氧元素；把許許多多鐵原子分出來，總稱為鐵元素……這就好像從一堆水果中把鴨梨、蘋果、紅棗分開，分別給起名一樣。

人們對各種原子進行分類和起名以后，還按它們體重大小給逐一排隊，同時給它們“身上”標個符號（化學符號），這么一來，人們對各種原子就可以一目了然了。例如，體重最輕的原子是氫（原子量是1.0079），可算是原子大觀園中的“小弟弟”了，就把它排在第一位，符號是H（氫的拉丁文開頭的字母）。排在第二位的原子是氦（原子量是4.0026），符號是He。按順序，氧原子排在第八位（原子量是15.99903），符號是O。鐵原子排在26位（原子量是55.845），符號是Fe。天然存在的最重的原子是鈾（原子量是238.029），這個“大哥哥”就排在第92位，符號是U，它是原子大觀園中的重要角色。

說也怪，按原子的體重大小排隊、向右看齊以后，人們竟發現，每隔七個元素，便有一個性質相似的元素出現。例如氦元素之后，隔七個元素的氖；氖元素之后，再隔七個元素的氬，這氦、氖、氬三種元素的性質就很相似，都是氣體，性格都很孤僻，很難與別的元素化合，被人稱為惰性氣體。再例如鈉元素之后，隔七個元素的鉀，就和鈉的性質很相似，它們都是金屬，容易與氧化合，其氧化物與水作用后，生成的氫氧化鈉和氫氧化鉀，都叫堿，對人的皮膚或紙張有強烈的腐蝕作用。更有趣的是，如果你仔細觀察，從表中不難看出，從左到右，各元素的金屬性質是逐漸減弱的，而非金屬性質卻逐漸加強（例如鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、氟、氖），這種變化是很有規律的。由此，不禁使人們想到，看來是五花八門、雜亂無章的自然界，原來也是有一定的自然秩序。換句話說，在自然界的原子大觀園中，也是“長幼有序”，很有章法的！

原子大觀園中那種“長幼有序”的自然規律，是被什么人發現的呢？是俄國化學家門捷列夫發現的！

門捷列夫在研究元素的重要特性時，他把注意力集中在原子價和原子量上，這一招真高明，勇氣是那樣大，他一抓住它們就攥在手里不放。開始將它們顛來倒去，終于發現了這兩種特性之間的深刻差別：元素的原子量差別是那樣的大，而原子價的范圍又是這樣的小，有許多元素的原子價竟然相同。因此他斷定在性質不同的原子中，一定存在著某種規律。于是他把元素按原子量大小排列起來，也把它們的化合價寫出來。

在排列中，只有兩個元素破壞了原子價隨原子量增加而遞變的規律性。即一價的鋰之后出現了三價的硼，五價的氮之后又排進了三價的鈹。

門捷列夫并沒有因這兩個元素的搗亂而苦惱，他仔細地分析了當時所掌握的材料，從過于特殊的鈹開刀。金屬鈹為什么會排入兩個非金屬——氮和氧之間呢？只是因為在實驗室中認定鈹的原子量等于14.1。

但是，門捷列夫將鈹的性質與別的三價元素——硼和鋁做了比較，發現它們有許多不同，而鈹倒是與二價的鎂、鈣、鋇等有許多共同之處。

因此，應該認為鈹是二價的，它和氯的化合物是BeCl₂，它的原子量約為9，這才是鈹的真正原子量。于是門捷列夫果敢地修正了當時大家公認的鈹的原子量。這樣就可以把鈹排在鋰和硼之間。真是一箭雙雕，兩個搗亂者都規規矩矩地排列在隊伍中。于是便得出這樣的序列：

Li、Be、B、C、N、O、F、Ne，

Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl；

門捷列夫順著這條道路繼續前進，在必要的地方就大膽地修正原來的原子量。他終于發現了自然界的一條偉大定律——元素周期律。原來元素性質是原子量的周期函數。

門捷列夫根據這一定律，將當時已知的63種元素按自然序列排列，于1869年發表了他的第一張周期表。

門捷列夫將表排定之后，于1869年2月送給了熟悉的化學家們，標題上寫著：“根據元素的原子量和化學性質的類似決定元素體系的嘗試。”并把它提供給1869年3月舉行的俄國化學家協會第四次例會審議。

周期律斷定，一個性質活潑的金屬的后面，是一個金屬性差些的元素，再往下就是金屬性更差的元素，以此類推。如果在這一自然序列中缺少某個元素，并不是因為它在自然界中不存在，而是它還未被人們發現。表上由于缺少某個元素而破壞了自然序列的地方，門捷列夫就留下空位，打上問號。

此外，當某一元素的性質使它不能按原子量來排列時，門捷列夫就大膽地把它的排列位置調換一下，其根據是：元素的性質比原子量更重要。后來終于證明，他這樣做是正確的。例如，碲的原子量是127.60，按原子量排應該在碘（原子量是126.90447）的后面。但門捷列夫毫不猶疑地把碲提到碘的前面，使碲位于性質和它極為相似的硒的后面，并使碘位于性質和它極相似的溴的后面。

周期律的發現，使化學又一次渡過了它的迷惑時期，化學家們終于走出了那濃霧彌漫的山間深谷，開始向頂峰攀登了。