幾乎每一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的墻上，都有一張?jiān)刂芷诒?。通常，我們將元素周期表的?chuàng)造歸功于俄國化學(xué)家迪米特里·門捷列夫（Dimitri Mendeleev）。1869年，他將當(dāng)時(shí)已知的63種元素寫在卡片上，并根據(jù)化學(xué)和物理性質(zhì)對它們進(jìn)行排列。為了慶祝元素周期表誕生150周年，聯(lián)合國宣布將2019年定為國際化學(xué)元素周期表年。論壇外鏈

門捷列夫并不是第一個(gè)創(chuàng)造元素周期表的科學(xué)家，在他之前，有許多人都曾嘗試對這些元素進(jìn)行排列。例如，化學(xué)家約翰·道爾頓（John Dalton）就曾試圖為元素創(chuàng)造一張表格和一些有趣的符號(hào)（但它們沒能流傳開來）；約翰·紐蘭茲（John Newlands）根據(jù)元素的屬性對它們進(jìn)行分類。

約翰·道爾頓的元素列表。圖片來源：Wikimedia Commons

相比于其他人，門捷列夫的天才在于他在表格中留出了可能性，他意識(shí)到某些特定元素是缺失的，還有待被發(fā)現(xiàn)。在道爾頓、紐蘭茲和其他人列出已知的元素表上，門捷列夫?yàn)槲粗挛锪舫隽丝臻g。更令人驚訝的是，他準(zhǔn)確地預(yù)測了缺失元素的性質(zhì)。

門捷列夫的元素周期表中含有缺失的元素。圖片來源：Wikimedia Commons

注意到上面表格中的問號(hào)了嗎？例如，在Al（鋁）旁邊有一個(gè)留給某種未知金屬的空間。門捷列夫預(yù)言，它的原子質(zhì)量為68，密度為每立方厘米6克，熔點(diǎn)很低。六年后，法國化學(xué)家保羅·埃米爾·勒科克·德布瓦博德蘭（Paul émile Lecoq de Boisbaudran）分離出了鎵（Ga），它的原子質(zhì)量為69.7，密度為5.9 g/cm3，熔點(diǎn)很低，一旦碰到人的手就會(huì)融化成液體——門捷列夫留下的空缺被完美地填補(bǔ)了。對于鈧（Sc）、鍺（Ge）和锝（Tc），門捷列夫也做了同樣的留白與猜測。但直到1937年，也就是他去世30年后，人們才發(fā)現(xiàn)了元素锝。

乍一看，門捷列夫的表格不太像我們熟悉的元素周期表。一方面，現(xiàn)代的周期表上有一堆門捷列夫忽略（以及沒有留出空間）的元素，最顯而易見的自然是惰性氣體（如氦、氖、氬）。此外，這張表的排列方式也與現(xiàn)代版本不同，我們現(xiàn)在將元素排成列，然后按行排列。

現(xiàn)代的元素周期表。圖片來源：Wikimedia Commons

但是，一旦把門捷列夫的表格旋轉(zhuǎn)90度，就能看出它與現(xiàn)代版本的相似之處了。例如，鹵族元素——氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）和碘（I，門捷列夫表格中的符號(hào)J）——相繼出現(xiàn)。如今，它們被排列在元素周期表的第17列中，化學(xué)家們更喜歡稱其為第17族（第七主族VIIA ）。

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周期表的實(shí)驗(yàn)

看上去，從門捷列夫的表格到熟悉的現(xiàn)代元素周期表，似乎只是一個(gè)小小的飛躍。但是，在門捷列夫的論文被發(fā)表多年之后，人們其實(shí)對元素的其他排列和分布進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。在將門捷列夫的表格進(jìn)行這次永久的90度翻轉(zhuǎn)之前，就有人嘗試過一些古怪而奇妙的扭轉(zhuǎn)了。

Theodor Benfey的螺旋周期表（1964）。圖片來源：DePiep/Wikipedia

一個(gè)特別引人注目的例子是海因里?！U姆豪爾（Heinrich Baumhauer）于1870年發(fā)表的螺旋結(jié)構(gòu)，它以氫元素為中心，元素隨著原子質(zhì)量增加呈螺旋式上升。每個(gè)輪輻（從中心到外圍的直線）上的元素具有相同的屬性，就像今天元素周期表中同一族的元素一樣。還有亨利·巴塞特（Henry Basset）在1892年提出的相當(dāng)奇怪的“啞鈴”方案。

Heinrich Baumhauer的螺旋。圖片來源：American Chemical Society.

然而，到了20世紀(jì)初，這張表格就慢慢定型成了我們今天所熟悉的這種水平布局，就像1905年海因里希·維爾納（Heinrich Werner）設(shè)計(jì)的現(xiàn)代版本一樣。稀有氣體第一次出現(xiàn)在了表格最右的位置。維爾納還借鑒門捷列夫的做法，在表格中留下了空白，不過他的猜測工作做得有些過頭了。他猜有比氫更輕的元素，氫和氦之間還存在另一種元素——而這兩者都不存在。

Heinrich Werner設(shè)計(jì)的元素周期表。圖片來源：American Chemical Society.

盡管看起來這張表格和現(xiàn)代的非常相似了，但它仍然需要一些重新排列。特別有影響力的是Charles Janet的版本。他采用物理學(xué)家的方法，利用新發(fā)現(xiàn)的量子理論，建立了一個(gè)基于電子構(gòu)型的布局。由此產(chǎn)生的“階梯”表格仍然受到許多物理學(xué)家的青睞。有趣的是，Janet為直到120號(hào)的元素都提供了空間，盡管當(dāng)時(shí)已知的元素只有92個(gè)（即便現(xiàn)在我們才只知道118個(gè)）。

Charles Janet的“階梯”的元素周期表。圖片來源：Wikipedia, CC BY-SA

現(xiàn)代的元素周期表實(shí)際上是Janet版本的直接演變。堿金屬（以鋰為首的第一主族元素）和堿土金屬（以鈹為首的第二主族元素）從最右邊被移到了最左邊，形成了一個(gè)非常寬的元素周期表。這種布局的問題是，它不能很好地適應(yīng)頁面或海報(bào)，主要是出于美學(xué)原因，f-區(qū)元素（指原子殼層最外層電子占據(jù)f-軌道，也就是鑭系和錒系元素）通常被剪切下來，放到主表下面。這就是元素周期表演變到今天我們熟悉的樣子的歷程。

人們并未停止嘗試修改周期表的布局，這通常是為了突出在傳統(tǒng)表格中并不明顯的元素之間的相關(guān)性。周期表有數(shù)百種不同的樣子（可以查看Mark Leach的數(shù)據(jù)庫），其中螺旋狀和3D版本尤為流行，更不要說許多帶著玩笑意味的變體了。比如，Mark Lorch把門捷列夫的表格和亨利·貝克的倫敦地鐵地圖這兩個(gè)標(biāo)志性的圖形融合在一起：

元素的地鐵線路圖。Mark Lorch

或者，那些旨在為從啤酒到迪斯尼卡通人物的一切事物的分類賦予一種科學(xué)感的眼花繚亂的模仿，以及我特別喜歡的“非理性廢話”：

非理性廢話周期表，包含靈媒，外星，隱匿動(dòng)物學(xué)，超常/超自然，宗教，偽科學(xué)，心靈感應(yīng)，占卜，惡作劇、欺詐和否認(rèn)，替代醫(yī)學(xué)。 圖片來源：Crispian Jago

所有這些都表明，元素周期表早已成為科學(xué)的標(biāo)志性符號(hào)。

最后大家再來欣賞一曲鬼畜神曲《元素周期表之歌》

歌詞和注解

There's Hydrogen and Helium

這是氫和氦（可充氣球）

Then Lithium, Beryllium

鋰（鋰電池），鈹（航空材料）

Boron, Carbon everywhere

硼（燒杯，高硼硅玻璃），碳（鉆石）到處都是

Nitrogen all through the air

氮充滿空氣

With Oxygen so you can breathe

和氧一起這樣你能呼吸

And Fluorine for your pretty teeth

氟保護(hù)你的漂亮牙齒

Neon to light up the signs

氖點(diǎn)亮廣告牌（霓虹燈）

Sodium for salty times

鈉提供咸味

Magnesium, Aluminium, Silicon

鎂（耀眼的高溫火焰），鋁（鋁箔），硅（電路板）

Phosphorus, then Sulfur, Chlorine and Argon

磷（火柴），硫（大蒜和洋蔥含硫化物），氯（這是啥……）和氬（熒光燈含有氬氣）

Potassium, and Calcium so you'll grow strong

鉀（香蕉），鈣幫你長強(qiáng)壯（牛奶）

Scandium, Titanium, Vanadium and Chromium and Manganese

鈧（鈧合金可做自行車車架），鈦（鈦合金剃刀），釩（鉻釩鋼扳手），鉻（谷歌Chrome配色）和錳（鋅錳電池）。

CHORUS

（合唱）

This is the Periodic Table

這是元素周期表

Noble gas is stable

惰性氣體很穩(wěn)定

Halogens and Alkali react aggressively

鹵素和堿金屬劇烈反應(yīng)

Each period will see new outer shells

每個(gè)周期都多出新的電子層

While electrons are added moving to the right

從左到右增加電子

Iron is the 26th

鐵是26號(hào)

Then Cobalt, Nickel coins you get

接下來是鈷（鐵磁性），鎳制硬幣

Copper, Zinc and Gallium

銅，鋅（黃銅，銅鋅合金）和鎵（砷化鎵為常用半導(dǎo)體材料）

Germanium and Arsenic

鍺（用于太陽能電池）和砷（砷中毒）

Selenium and Bromine film

硒（二硫化硒添加到洗發(fā)水中用于去屑）和溴化銀膠片

While Krypton helps light up your room

氪幫你點(diǎn)亮房間（圖中是玩具等離子球，發(fā)光原理和霓虹燈一樣，一般充入氖和氬氣，也有用氪的）

Rubidium and Strontium then Yttrium, Zirconium

銣（有地方說銣鹽可以在煙花中制造紫色，但根據(jù)我之前查的資料一般還是用紅+藍(lán)來配紫色），鍶（在煙花中制造紅色）然后是釔（氧化釔用于老式顯像管電視的紅色發(fā)光體），鋯（鋯合金用于核電站）

Niobium, Molybdenum, Technetium

鈮（含鈮高溫合金可做火箭組件），鉬（植物所需的微量元素），锝（放射性核素锝99用于醫(yī)療檢查）

Ruthenium, Rhodium, Palladium

釕（可做首飾），銠（也可以做首飾），鈀（還是可以做首飾……）

Silver-ware then Cadmium and Indium

銀器，鎘（鎘紅顏料，硒硫化鎘）和銦（用于F1賽車的滾珠軸承）

Tin-cans, Antimony then Tellurium and Iodine and Xenon and then Caesium and...

馬口鐵罐（鍍錫），銻（古代曾有過加入輝銻礦的睫毛膏），碲（用于光盤的記錄介質(zhì)）和碘與氙（閃光燈），然后是銫（銫原子鐘）。

Barium is 56 and this is where the table splits

鋇是56號(hào)，接下來周期表分裂到下方

Where Lanthanides have just begun

鑭系元素開始

Lanthanum, Cerium and Praseodymium

鑭（打火機(jī)的打火裝置含有一系列稀土金屬，包括鑭和鈰），鈰和鐠（合金可用于飛機(jī)引擎）

Neodymium's next too

釹（做磁鐵的經(jīng)典元素，耳機(jī)里也有）

Promethium, then 62's

钷，接下來是62號(hào)

Samarium, Europium, Gadolinium and Terbium

釤（放射性的釤153用于殺死癌細(xì)胞），銪，釓（可用于彩色顯像管）和鋱

Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium

鏑（不知道畫的啥，核反應(yīng)堆控制棒？），鈥（這又是啥），鉺，銩（醫(yī)用放射性核素）

Ytterbium, Lutetium

鐿（可以作為摻雜劑，提高不銹鋼性能），镥（發(fā)光二極管？）

Hafnium, Tantalum, Tungsten then we're on to

鉿（用于核潛艇），鉭（手機(jī)會(huì)用到鉭電容），鎢（白熾燈燈絲）

Rhenium, Osmium and Iridium

錸（可用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)），鋨（鋨合金可用于鋼筆筆尖）和銥（注射針頭）

Platinum, Gold to make you rich till you grow old

鉑（處理汽車尾氣的催化劑）和金

Mercury to tell you when it's really cold

汞告訴你啥時(shí)候是真的冷（溫度計(jì)）

Thallium and Lead then Bismuth for your tummy

鉈（高毒性）和鉛（子彈），然后是鉍（胃藥）

Polonium, Astatine would not be yummy

釙（火星車核電池用的釙-238），砹

Radon, Francium will last a little time

氡，鈁

Radium then Actinides at 89

鐳，然后錒系元素

REPEAT CHORUS

（重復(fù)合唱部分）

Actinium, Thorium, Protactinium

錒，釷，鏷

Uranium, Neptunium, Plutonium

鈾，镎，钚

Americium, Curium, Berkelium

镅，鋦，锫

Californium, Einsteinium, Fermium

锎，鑀，鐨

Mendelevium, Nobelium, Lawrencium

鍆，锘，鐒

Rutherfordium, Dubnium, Seaborgium

鈩，??，钅喜

Bohrium, Hassium then Meitnerium

钅波，??，?

Darmstadtium, Roentgenium, Copernicium

??，??，?

Nihonium, Flerovium

鉨，??

Moscovium, Livermorium

鏌，??

Tennessine and Oganesson

石田，氣奧（打不出來……這兩個(gè)是去年才新造的漢字）

And then we're done!!

然后就完成啦！