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元素周期表是近两百年来最具变革性的科学发现之一。在19世纪60年代早期，人们信仰原子论，原子论认为元素由原子构成。为了探索和研究这些已知的元素，俄罗斯的天才化学家德米特里·门捷列夫（1834—1907）将这些已知的元素按照一定的规律，排列到一张简单的图表中。就这样，在没有借助任何科学仪器和实验的情况下，仅仅是用了一支笔、一张纸，元素周期表便诞生了。
当时，人们已经知道物质是由元素组成的，并且有62种元素被确认存在，构成这些元素的原子有属于自己的质量数。所谓原子质量数，是指中子数和质子数之和。原子由原子核和核外电子组成，原子核又由质子和中子组成，因为核外电子质量非常轻，所以当时在计算原子质量的时候，通常将核外电子质量忽略不计。
门捷列夫把这62种元素按照原子质量数排成了一行。然后他意识到，在这一行里，具有相似性质的元素竟然呈现出一定的周期性。
于是，门捷列夫把这一长行里的化学元素拆分成较短的行，将相似的元素排在同一列的上下位，这就是他提出来的元素周期表的第一个版本。在这一版本中，左起第一列的元素包括锂、钠和钾——这三种元素的共同点是在室温（通常是指20℃左右）下呈固态，容易失去光泽，且和水混合时反应剧烈。
后来，门捷列夫发现，元素的这些相似性质总是间隔一段后再出现。他对元素相似性质的周期性进行总结归纳，提出了“周期定律”，这些相似性质包括电负性、电离能、金属特性和反应活性。
1869年，门捷列夫首次发表了元素周期表。随着研究不断地深入，他偶尔会调整阵列，打破一些元素固有的排列顺序，有时还会在周期表里留出一些空白的位置。比如在原始表格中，砷的位置在第4周期第13族，但门捷列夫认为砷的性质与第15族的元素更相似，就把砷移到了第15族，而把那一排第13族和第14族的位置空了出来。
元素镓和锗的发现证实了元素周期表的伟大，因为这两种元素的性质与砷前面预留的空白位置完美契合。在接下来的150年里，氩、硼、氖、钋、氡等越来越多的元素被发现或者合成，每一种元素都在表格中有一个固定的位置。目前元素周期表中共包含118种元素。
尽管门捷列夫根据元素的性质，对元素周期表进行了简单的重排，但是在他的有生之年，元素周期表仍然是按照相对原子质量排序的。直到1913年，亨利·莫斯利才证明了元素排序的潜在依据不应该是相对原子质量，而是“原子序数”。原子序数等于原子中的质子数，质子带正电荷，所以原子序数等于原子核所带的正电荷数。后来，人们又发现原子核外的电子数与质子数相同，这样就使原子整体不带电。莫斯利的研究结果显示，还有更多的未知元素有待探索，因为重新编排的表格中出现了更多的空白。
现在已经证实，原子序数即质子数决定了元素的种类，但是中子的数目也非常重要。因为中子数的不同，使得同种元素又存在着同位素。举个例子，只有一个质子的原子统称为氢原子，自然界的氢元素又以氕、氘、氚三种同位素的形式存在。最常见的是氕，氕原子中不含中子，氘原子中含有一个中子，氚原子含有两个中子。它们还有可能合成更多的同位素，如果用氘核轰击氚，就可以生成原子中含有一个质子和三个中子的第四种同位素。这种同位素的性质极不稳定，会迅速衰变成一种天然同位素。
门捷列夫的元素周期表可以预测未被发现的物质，这也让化学家们对原子本身有了更深刻的理解。他们意识到，同周期或者同族元素的相似性取决于原子的内部结构。原子中的电子分层排布，每一层能分布的电子数都是有限的，第一层最多只能排布两个电子，第二层和第三层分别最多只能排八个电子。
随着原子序数的增加，核外电子轨道逐渐被电子排满，元素周期表中同一族的元素最外层电子数相同（价数相同）。核外电子的数量和排列决定了原子的化学性质，在化学反应中，原子得失电子并重组形成不同的分子。最外层电子数饱和的元素，如氦、氖和氩等，性质稳定，不太容易与其他物质发生反应；最外层电子数不饱和的元素，化学性质更活泼。
另外需要注意的是，即使是相同数量的电子，如果排布方式不同，也会导致原子之间键合方式的差别。比如，金刚石、无烟煤和石墨，是碳的三种同素异形体，它们都由碳原子构成，但因为原子间的键合方式不同，导致性质截然不同。
目前为止，我们对宇宙的认识，都是以门捷列夫的元素周期表为基础的。元素周期表如同一把重要的钥匙，带领我们解锁奇妙的微观世界。元素周期表的诞生与发展，都是基于原子论的发展和完善才得以实现的。
原子论在19世纪获得了广泛的认可，它的提出者——约翰·道尔顿作为一名业余科学家，简直就是个天才。他常常是一个反对者，所以被英国的大多数高校拒之门外，之后在盲人哲学家约翰·高夫那里接受了学习。因为经济原因，道尔顿不得不离开激进的曼彻斯特“新学院”，但是他没有放弃实验研究，并在天气预报、气体运动、色盲等领域做出了巨大贡献。
道尔顿一生中最重要的贡献无疑是原子论。在探索元素之间可预测和有规律的结合方式（例如，构建化合物的各种元素的确定比例）的过程中，道尔顿首次提出了“原子量”的概念。1810年，他确定了氢、氧、氮、碳、硫和磷的原子量。
道尔顿的这一发现—— 每种特定的单个原子的质量都是固定的，为随后几十年的化学发展奠定了基础，并衍生出了门捷列夫的元素周期表。
现在，我们已经对原子论和元素周期表的发展及重要性有了一定的了解，接下来让我们按照原子序数，跟随已知的118种元素进行一次不可思议的化学之旅吧。