元素周期表发现150周年！还记得被它支配的恐惧吗？

历年来，科学理论往往新旧交替。科学哲学家中有一句相当悲观的口号：“所有理论生来就是被驳斥的。”意思是它们迟早都会被取代。由此看来，2019年已有150年历史的元素周期表竟然存在了这么久，着实让人感到些许意外。诚然，严格来讲，元素周期表本身并不是一种理论，但自从它首次发布以来，它一直是一种具有巨大力量和影响力的科学原则。

1869年，俄国化学家门捷列夫(Dmitri Mendeleev)提出元素周期表。他认识到，如果按照相对原子质量递增的顺序排列，似乎每八个元素之后，元素的性质就会重复出现一次。例如，锂是一种质软、金属活动性较强的金属。锂八个元素之后的钠也是如此。钠八个之后的锂亦是如此。与几乎所有的科学发现一样，其他科学家也曾非常接近这一发现，但由于这样或那样的原因，他们没有得到多少赞扬。化学周期性的第一个线索是由法国工程师亚历山大·尚古尔多阿(Alexandre-Émile de Chancourtois)宣布的，他还设计了一个三维周期系统并将其命名为大地螺杆。

然后，伦敦的两位化学家约翰·纽兰兹(John Newlands)和威廉·奥德林(William Odling)，在完全独立工作的情况下，初步得出了自己的元素周期表。美国一名丹麦移民古斯塔夫·辛里奇(Gustav Hinrichs)也认识到，这些元素可以被置于一个连贯的系统中，正如德国化学家朱利叶斯·洛塔尔·迈耶(Julius Lothar Meyer)做的一样。但是，这些科学家中没有人能够像门捷列夫那样，对可能被发现的新元素做出预测，也没有人能够像他那样成功地捍卫元素周期表的价值。

二十世纪，本质上解释了所有化学的物理学经历了一场重大的革命。包括尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)、沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)、欧文·薛定谔(Erwin Schrödinger )和维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)在内的科学家发现，在原子及其组成粒子的规模上，经典力学的基本定律需要被新的量子力学定律所取代。然而，尽管这一革命性的理论成为解释构成各种元素的原子行为的基础，元素周期表在本质上仍然没有受到挑战。

当然，元素周期表中的确有一些变化，尽管这些变化相对较小，在某些情况下几乎是表面的。例如，元素不再按照相对原子质量(原子核中质子和中子的总和)排序，而是按照原子序数(等于质子数)的递增排序。其次，原来的8列被更宽的18列取代，从而更准确地捕捉元素之间的关系。

元素周期表的众多优点之一是它给化学界带来了简化和连贯性，更确切地说，给元素带来了连贯性。化学专业的学生，或者专业化学家，不必学习118种已知的元素的性质，只需掌握其中10种元素的典型性质就可以了。化学家需要知道组1和组2以及组13到组18中元素的典型性质。

此外，他们必须熟悉元素周期表中心或d区元素的典型性质。这些元素主要由密度大的金属组成。根据金属所构成的特定化合物，它们能够形成不同数量的键。10种典型元素中的最后一种元素位于元素周期表主体的底部位置，像是脚注。这些f区元素包括商业上非常重要的稀土元素，通常与其他元素形成三个键。

元素周期表首次被发现后不久，就取得了巨大的成功。除了整合当时已知的所有元素外，门捷列夫还在他的表中留下了几个空以便将来填上经预测会发现的新元素，而且还确定了这些元素的属性。具体来说，他预言了四种元素的存在。值得注意的是，其中三个后来被命名为镓、锗和钪的元素在门捷列夫预言后的15年内被发现。第四个元素即现在的锝，在1937年首次被合成。

元素周期表除了解释了已知元素的性质外，关于它的预测也使其成为一种非常有用的工具。这种预测力至今仍然存在，并有助于解释元素周期表的持续相关性。例如，在二十世纪九十年代，人们发现化合物YBa2Cu3O7可以作为一种高温超导体。要寻找其他这类材料，科学家们只需要查阅元素周期表，就可以预测用镧取代钇后得到的化合物也是高温超导体。这是因为镧在元素周期表中位于钇下方一个位置。不久后人们就发现，类似的含镧化合物确实是超导体，而且实际上比含钇的化合物超导电性更强。

化学家们还利用元素周期表来预测尚未发现的元素的存在。例如，尽管元素周期表中原子序数高的元素性质高度不稳定，但长期以来研究人员一直怀疑，可能存在一个原子序数更高的所谓“稳定岛”。这些预测指向现在被称为鈇(flerovium)的114号元素。鈇是1999年在俄罗斯的一个反应堆中产生的，但它的超稳定性比最初的预期要差。关于这种元素的搜索仍在继续。

联合国教科文组织宣布2019年为“元素周期表年”。这个非凡的科学符号的持续价值给了我们所有人充分理由举起一杯伏特加来纪念它的发现者德米特里·门捷列夫。