前言

关于周期表的奇妙，人们已经写了很多。这里仅举几例。

周期表是大自然的罗塞塔石碑。对不了解它的人而言，它只是100多个编了号的盒子，每个包含一两个字母，以一种奇怪的对称方式排列。然而对化学家而言，周期表揭示了物质的组织原理，也就是化学的组织原理。从根本上说，化学的全部内容都包含在周期表当中。

当然，这不是说化学的全部内容可以明显从周期表中看出来，绝非如此。但周期表的结构反映了元素的电子结构，因此反映了元素的化学性质和行为。也许更恰当的说法是，化学的全部内容都始于周期表。

（鲁迪·鲍姆，《化学化工新闻·元素特刊》）

天文学家哈洛·沙普利写道：

周期表或许是人类迄今为止设计出的最紧凑、最有意义的知识汇编。周期表对物质的作用与地质年代表对宇宙时的作用一样。它的历史讲述了人类在微观宇宙中的伟大征服。

化学史学家罗伯特·希克斯则在网络播客中如是说：

也许在所有科学中，最容易辨识的标志就是元素周期表。这份图表已经成为我们的模型，来说明原子和分子如何排布自己创造我们所知的物质，还有世界如何在最细微的层面上组织起来。纵观历史，元素周期表也在变化。新发现的元素加入表中，另一些元素被发现有误，要么被修改要么被移除。如此，周期表就像一间化学历史的仓库，是化学科学当前发展的模板、未来发展的基础……是世界最基本的构造材料的地图。

现在，以C.P.斯诺，一位以有关“两种文化”的著作而闻名的物理化学家的话作为最后一个例子。

第一次［了解周期表时］，我看到一堆杂乱无章的事实一排排按次序排列。童年时期无机化学所有的杂乱、秘诀和大杂烩，仿佛都在眼前融入了这个系统—就好像一个人站在丛林边，看到它突然变成了一座荷兰花园。

周期表的不同寻常之处在于，它既简单又叫人觉得熟悉，并且它在科学中具有真正的基础地位。简单这点在上面的引文中已有暗示。周期表似乎将所有物质的基本成分都组织起来了。大多数人也都知道它。每一个对化学只有基本了解的人，或许会把学过的一切化学知识都忘了，但几乎都能想起来还有周期表这回事。周期表就像水的化学式一样为人熟知。它已经成为真正的文化标志，被艺术家、广告商，当然还有各类科学家使用。

同时，周期表也不只是化学教学和学习的工具。它反映了世界上各个事物的自然规律，就我们所知，也反映了整个宇宙的自然规律。它由一族族按列排列的元素组成。如果化学家（或哪怕是化学专业的学生）知道任何一族中一种典型元素（比如钠）的性质，他就能很好地知道同族其他元素（如钾、铷、铯）的性质。

更为根本的是，周期表的固有顺序让人们深刻认识了原子结构，认识到电子本质上是在特定的壳层和轨道绕核运动的这一概念。电子的这些排列反过来也使周期表变得合理。大体上说，它们首先解释了钠、钾、铷等元素为什么属于同一族。但更重要的是，因尝试理解周期表而率先得到的对原子结构的理解，已经应用到了科学中的许多其他领域。首先，这些知识促进了旧量子理论的发展，之后又促进了它更成熟的表弟—量子力学的发展。量子力学这套知识接着成为物理学的基本理论，不仅可以解释所有物质的行为，也可以解释所有形式的辐射，如可见光、X射线和紫外线等。

周期表与19世纪大多数科学发现不同，它没有被20、21世纪的发现驳倒。而且，现代物理的发现反而使周期表更完善，并规整了一些遗留的反常问题。但它的整体形式和有效性仍然完好无损，这是这一知识体系所具力量和深度的又一明证。

在研究周期表之前，我们先来看看它的住户—元素。然后从第三章开始进入其历史，看看我们如何达到当前对它的理解程度，最后再快速了解一下现代周期表和它的一些变形。