化学的迷宫
18世纪中叶到19世纪中叶，那是一个化学元素大发现的年代，由于电解法、光谱分析等新方法的运用，新元素被人们一个个找出来，平均每两年半就有一个新元素被发现。到1869年，人们已经发现了63种元素。
那时候，最令化学家们激动的事莫过于发现新元素了。可是，谁也说不清，世界上究竟有多少元素，又应当怎样去寻找新元素，人们只是在盲目地摸索着。
更令化学家们伤脑筋的是，随着新发现元素的增多，随着人们对这些元素性质了解的增多，人们反而被眼前这纷繁复杂的化学世界给搞糊涂了。
你看，63种元素的性质是那样的不同，有的是气体，有的是液体，有的是固体；有的重，有的轻；有的软，有的硬；有的有味，有的无味；有的放在空气中自己就会燃烧，有的存放几千年也不会起变化；有的遇水就爆炸，有的放在水中煮三天三夜也纹丝不动……这63种元素每一种又能和其他物质反应生成几十种、几百种甚至上千种化合物。
尽管人们对每一种元素都已有了相当详尽的了解，能测出每一种元素的原子量、比重、沸点、熔点，知道它们和氧如何反应，和氢如何反应，和酸，碱生成什么，甚至能测出反应时能生成多少热……大学教授们对这些元素和它们的化合物的性质能讲上几个星期、几个月。可是这些枝枝节节讲得越多，人们就越是不得要领，仿佛被引进了一个没有头绪的化学迷宫之中。难道世界上化学物质就是这样偶然地、杂乱无章地凑到一起的吗？各种元素之间有没有什么内在的联系？有没有一个统一的规律支配它们呢？
许多化学家们早就不满意这种混乱无序的状态了，他们开始思索和寻求这一连串问题的答案。
给元素分类
很早就有人根据元素外观，将元素分成了金属和非金属两大类。不过，这种分类方法实在太笼统了，对搞清元素之间的关系没有什么帮助。
1828年，德国科学家德贝莱纳发现，化学元素中，有好几组元素，每三种元素之间性质相似，而且中间元素的原子量大约是两端元素原子量的平均值。比如钾、钠、锂，氯、溴、碘，钙、锶、钡等。他一共发现5组这样的元素，起名为三元素组。
可是当时已经发现的元素有54种，其他元素之间又有什么关系呢？而且整个元素之间有无规律可循呢？三元素组都回答不了。不过，这是人类首次根据元素的性质和原子量对于元素进行分类的尝试。
后来，又有好多化学家加入到给元素分类的队伍中来了，到了19世纪中叶，提出的元素分类方法已不下50种。
美国人库克把元素分成6系，英国人欧德林把元素分成13类，德国人迈尔发表了6元素表……
但这些分类都只得到了局部的结论。
第一个把元素作为整体考虑的是法国人尚古多。1862年，他绘制了螺旋图：把所有元素都按照原子量的大小标记在绕着圆柱体上升的螺旋线上，结果性质相似的元素落在了同一条母线上，也就是说，他实际上已发现了元素变化具有某种周期性。
1865年，英国青年科学家纽兰兹又提出了八音律。他发现按照原子量递增的顺序给元素排队，从任意一种元素算起，第八种元素的性质几乎重复着第一种元素的性质，就好像音乐中的八度音一样，他把这称作八音律。他按照八音律关系排成的元素表，前两个直行几乎相应于现代元素周期表中的第二、三周期。
这些早期的分类工作并没有得到人们的理解和重视，甚至还遭到非难和嘲笑。
尚古多先后把他的“螺旋图”和三篇论文寄到巴黎科学院，却石沉大海，根本没有人理睬他。一直到20多年后，门捷列夫的元素周期律已经发现，他的螺旋图才被重新找出来正式出版，就这样，非常可惜，他的发现未能够在历史上起到应有的作用。
纽兰兹在英国化学会上宣读他的八音律时，遭到了许多人的嘲笑。一位教授讥讽地说：“纽兰兹先生，您是否把元素按照它们的第一个字母排列，或许那样更符合八音律吧？”他的话引起人们一阵讪笑。在讽刺打击下，纽兰兹退却了，他放弃了对这一理论的探索工作，专心致志搞他的制糖工艺去了。
的确，这些早期的分类工作还极不完善，有许多漏洞和错误的地方。但是，他们正在一步步地向真理逼近，为元素周期律的发现奠定了基础。
寻找规律
就在同一时代，在彼得堡，也有一位年青的化学家为此绞尽脑汁，他就是德米特里？伊凡诺维奇？门捷列夫。
门捷列夫1834年出生在俄国西伯利亚的托波尔斯克，他的父亲是一位中学校长，他是家中的第14个孩子。在他刚几个月时，他父亲就双目失明，失去工作。他的母亲照料着一个大家庭，还管理着一个玻璃工厂。为了送门捷列夫上大学，母亲几乎变卖了全部财产，陪他一同到彼得堡。就在门捷列夫获准进入彼得堡师范学院时，他的母亲去世了。这位性格坚毅的母亲给了门捷列夫很大影响。
还在大学时代，门捷列夫就表现出不寻常的才智。大学毕业后，他先后在中学、大学任教，23岁时就担任了彼得堡大学的副教授。在完成对巴库油田的考察后，为了研究溶质和溶剂作用，他曾对283种物质逐个进行了分析测定，并且重新测定了一些元素的原子量，积累了丰富的元素知识。他还在德国、法国、比利时的一些化工厂考察过，大大开阔了眼界。
1867年，彼得堡大学聘请这位33岁的化学家担任教授，讲授无机化学课。
门捷列夫认真准备着讲稿，他发现，这门学科的俄语教材已经很陈旧了，外文教材也不适应要求，迫切需要一本能够反映无机化学最新进展的教科书。他开始编写《化学原理》的教科书。
每天清晨，一位速记员来到他的办公室，由门捷列夫口授，速记员整理。他很快写完了化学基本原理这一册。第二册接着该介绍元素和它们的化学性质了。
这些元素究竟该按照什么顺序排列呢？门捷列夫的写作停下来了。
是啊，当时还没有一个公认的元素分类法，大学教授们在讲授元素时都是按照自己认为最方便的顺序讲起。氧这种元素在自然界分布最广泛了，许多人都从氧讲起；也有人从氢讲起，因为氢是所有元素中最轻的；也有人从铁讲起，因为铁的用处最大；也有人从金讲起，因为这是元素中最贵重的……
大多数教授对此司空见惯，并不在意。反正元素之间没有任何秩序，从哪儿讲起不一样啊？
可是，门捷列夫却不满足于这样做。他与一些化学家一样，早就发现某些元素之间存在着极大的相似性。像锂、钠、钾，它们都是金属，化学性质都很活泼，能和水激烈反应，放出氢气。又如氟、氯、溴、碘等卤素，钙、锶、钡等碱土金属之间也都很相似……门捷列夫认为，这些现象决不是偶然的，一定有着一个一般规律在支配着这些元素，既决定了这些元素相似的地方，又决定了它们的区别。他决心要寻出这种规律来，让元素之间的关系变得简单明了。
发现元素周期表
“安东，到实验室去找几张厚纸来。”门捷列夫对仆人说。
安东走出门，莫名其妙的耸耸肩膀，很快拿来一卷厚纸。
门捷列夫把这些厚纸都打上格子。剪成了一个个长方形卡片，他要做什么呢？他正在筹划进行一个重要的试验。
门捷列夫在每一张卡片上写上元素的名称、原子量、化合物的化学式和主要的性质，一种元素一张卡片，就好像元素的户籍册一样。63张卡片全填好了，现在可以利用这些卡片对元素进行分类排队了。
门捷列夫皱着眉头思考着，每一种元素都有几十种性质，究竟是哪一种性质决定元素的规律呢？是元素的颜色吗？不是。固体的碘是紫黑色的，可是一加热，却变成了紫色的蒸气，磷有红磷，还有白磷……元素的颜色是随着外界条件的改变而改变的。
是元素的化合价吗？也不是。元素在生成不同化合物时化合价也不一样。如铁和硫生成硫化亚铁时是正二价，但是和氯生成氯化铁时却变成了正三价。
元素的比重、沸点、硬度、导电性、磁性等也都是随着外界条件变化而变化的。
门捷列夫把目光盯在了原子量上。每一种元素都有它独有的原子量，不管物质是冷的还是热的，不管是红色变种还是白色变种，也不管它和另一种元素生成什么新的化合物，原子量总是不变的，它就好像是元素的身份证。元素的性质应当由这个基本的特征来决定。
门捷列夫想到这一点，但那还只是一个模模糊糊的线索，是不是这样，还要靠事实来验证。
门捷列夫开始摆弄起他的63张纸牌来。
他先按照德贝莱纳那样，把卡片分在三个一组，按原子量大小排列，但是毫无结果。他又打乱了重新排列，一遍又一遍……当他按照原子量的大小把性质相似的元素排成一横行，依次一排排排下去时，惊人的事情出现了，原来杂乱无章的元素，现在关系变得清楚了：从横行来看，一行元素随原子量增加性质越变越活泼。如锂、钠、钾、铷、铯：锂最轻，也最安静，放到水里只发出丝丝的声音，不像这一排的其他元素会着火；钾呢，比钠还要活泼，铷更加活泼；而排在最后的铯，在空气中一秒钟也不能呆，自己就会燃烧起来。
从竖行看，排在一行的元素性质随着原子量变化有规律地变化着，每隔7个元素又重复着上个周期元素的性质，以原子价变化为例：元素：锂铍硼碳氮氧氟原子价：+1+2+3+4-4+5-3-2-1元素：钠镁铝硅磷硫氯原子价：+1+2+3+4-4+5-3-2-1就像在操场上玩耍的一群穿着红红绿绿衣服的孩子，原来看不出规律，现在让他们按照个子高矮排成一行行，结果发现每一竖行小孩的衣服颜色都是按红橙黄绿青蓝紫变化的，而每一个横行衣服虽基本都是一个颜色，却越变越深，如从粉到深粉到红到深红……
门捷列夫万分激动，他找到了这个规律，那就是元素的性质和它们的原子量之间有周期性的关系。
不过，且慢，这支“队伍”并不是那样听话的，总有一些“调皮鬼”不遵守纪律，只要有一个元素不符合，这个规律就还不能算成立。
门捷列夫仿佛着了魔，无论白天还是黑夜，在讲台上还是在实验室里，在家中还是在大街上，他都在想着他的元素系统，不时又跑到实验室，对每一处有疑问的地方作实验，验证着他的想法……
1869年2月底，门捷列夫的第一个元素周期表排出来了。3月6日，他应邀到俄罗斯化学会上报告他的发现，可是就在会议前夕，他突然病倒了。最后只好由他的朋友舒托金代他宣读了他的论文，报告了他的伟大发现：1.按照原子量大小排列起来的元素，性质呈现明显的周期性；2.原子量的大小决定元素的性质；3.可以预测未知元素的发现；4.知道某元素的同类元素后，可以修正该元素的原子量。
两年后，门捷列夫又修改了原来的周期表，把竖排的表格改为横排，突出了元素的周期性和族的规律性，并划分了主族和副族，这样元素的系统性就更清楚了。这个周期表已基本具备了现代周期表的形式。
在门捷列夫发现周期律的同时，我们前面提到了那位德国科学家迈尔也获得了突破性进展，独立地发现了周期律。他修改了他的元素体系，于1869年制作了元素周期表，明确指出元素性质是原子量周期的函数。与门捷列夫的第一个表相比，迈尔对族的划分更加完美。