序言

郭子建

元素周期表是化学科学的基石，在化学发展史上具有里程碑意义。元素周期表将物质的基本成分有序组织起来，反映出元素的电子结构、化学性质和反应行为，毫不夸张地说，几乎所有化学知识均起始于元素周期表。

介绍元素周期表的书籍非常多，但《元素周期表》这本科普读物更加值得一读。此书用简短的篇幅、通俗易懂的语言总结了元素周期表的渊源、意义以及与元素相关的最新发现，可读性很强。

作为元素周期表中的“住户”，元素的发现几乎与人类文明相伴。像铁、铜、金、银等容易以单质形态存在的元素发现得最早，之后从铁器时代到青铜时代，从炼金术到电解技术，从核辐射到核裂变，元素周期表逐步被填充并扩展，新“住户”不断占据各自的位置。直至今日，仍然有新的元素被发现（合成），而且关于元素在生命起源、物种进化中的作用以及元素如何精准调控材料性能及生命过程等仍然是科学家们非常关注的科学问题。

元素以及元素周期系统的发现体现了科学家的智慧和执着精神，非常具有故事性。大家对拉瓦锡、道尔顿、洪堡、盖—吕萨克、阿伏伽德罗、门捷列夫、居里夫人等科学家发现元素、总结元素周期规律的故事耳熟能详，但也有像法国地质学家尚古尔多阿这样做出了关键发现而被忽视的科学家的例子。现代元素周期表经历了150多年的修改和完善，进化出众多外形各异、种类繁多的展示方式，但门捷列夫等先驱所“搭建”的元素周期系统得到了完美保留，成为成果最丰富、结构最统一的科学体系之一。元素在周期表不同行列中排列的方式，能反映出它们的许多关系，为解释和预测元素的理化性质及可能的价键结构奠定了基础。目前大家在教科书中，在实验室和教室等场所看到最多的是中长式表，该表将镧系和锕系元素排在主表的下方。

与元素周期表排布方式密不可分的重要问题是为什么元素会出现周期性重复但又间隔不同的变化规律，即周期系统。尽管至今我们仍然无法完美解释，但不可否认，量子力学通过推断电子在核周围位置的排列推动了研究周期系统的进程，为解析周期系统提供了巨大帮助。波尔将量子力学应用在原子体系中，提出周期表中任意一族元素之间的相似性均在于它们拥有数量相等的外层电子。之后人们将电子看作粒子同时又看作波，电子不再沿确定的轨迹或者说轨道绕原子核运动，而用弥散的电子云来描述。以周期系统为指导，即使人们不了解100多种元素的性质，仍然可以根据它在周期表中所处的位置（主族、过渡金属、镧系、锕系）以及这些位置上下典型已知“住户”的性质对其做出有效预测。钇钡铜氧超导体的探索、非铂类抗肿瘤药物的发现等均是基于同族元素化学相似性而展开的前沿研究。

元素周期表的发现非常伟大，因此，联合国教科文组织为纪念门捷列夫发现元素周期表150年，宣布2019年为“国际化学元素周期表年”。我希望与阅读此书的读者朋友分享的一点是，元素的发现以及元素周期表的完善永无止境，能更加完美地诠释元素性质的周期表一定会出现。