几乎每一个化学实验室的墙上，都有一张元素周期表。通常，我们将元素周期表的创造归功于俄国化学家迪米特里·门捷列夫（Dimitri Mendeleev）。1869年，他将当时已知的63种元素写在卡片上，并根据化学和物理性质对它们进行排列。为了庆祝元素周期表诞生150周年，联合国宣布将2019年定为国际化学元素周期表年。
门捷列夫并不是第一个创造元素周期表的科学家，在他之前，有许多人都曾尝试对这些元素进行排列。例如，化学家约翰·道尔顿（John Dalton）就曾试图为元素创造一张表格和一些有趣的符号（但它们没能流传开来）；约翰·纽兰兹（John Newlands）根据元素的属性对它们进行分类。
○ 约翰·道尔顿的元素列表。| 图片来源：Wikimedia Commons
相比于其他人，门捷列夫的天才在于他在表格中留出了可能性，他意识到某些特定元素是缺失的，还有待被发现。在道尔顿、纽兰兹和其他人列出已知的元素表上，门捷列夫为未知事物留出了空间。更令人惊讶的是，他准确地预测了缺失元素的性质。
○ 门捷列夫的元素周期表中含有缺失的元素。| 图片来源：Wikimedia Commons
注意到上面表格中的问号了吗？例如，在Al（铝）旁边有一个留给某种未知金属的空间。门捷列夫预言，它的原子质量为68，密度为每立方厘米6克，熔点很低。六年后，法国化学家保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰（Paul Émile Lecoq de Boisbaudran）分离出了镓（Ga），它的原子质量为69.7，密度为5.9 g/cm³，熔点很低，一旦碰到人的手就会融化成液体——门捷列夫留下的空缺被完美地填补了。对于钪（Sc）、锗（Ge）和锝（Tc），门捷列夫也做了同样的留白与猜测。但直到1937年，也就是他去世30年后，人们才发现了元素锝。
乍一看，门捷列夫的表格不太像我们熟悉的元素周期表。一方面，现代的周期表上有一堆门捷列夫忽略（以及没有留出空间）的元素，最显而易见的自然是惰性气体（如氦、氖、氩）。此外，这张表的排列方式也与现代版本不同，我们现在将元素排成列，然后按行排列。
○ 现代的元素周期表。| 图片来源：Wikimedia Commons
但是，一旦把门捷列夫的表格旋转90度，就能看出它与现代版本的相似之处了。例如，卤族元素——氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）和碘（I，门捷列夫表格中的符号J）——相继出现。如今，它们被排列在元素周期表的第17列中，化学家们更喜欢称其为第17族（第七主族VIIA ）。
周期表的实验
看上去，从门捷列夫的表格到熟悉的现代元素周期表，似乎只是一个小小的飞跃。但是，在门捷列夫的论文被发表多年之后，人们其实对元素的其他排列和分布进行了大量实验。在将门捷列夫的表格进行这次永久的90度翻转之前，就有人尝试过一些古怪而奇妙的扭转了。
○ Theodor Benfey的螺旋周期表（1964）。| 图片来源：DePiep/Wikipedia
一个特别引人注目的例子是海因里希·鲍姆豪尔（Heinrich Baumhauer）于1870年发表的螺旋结构，它以氢元素为中心，元素随着原子质量增加呈螺旋式上升。每个轮辐（从中心到外围的直线）上的元素具有相同的属性，就像今天元素周期表中同一族的元素一样。还有亨利·巴塞特（Henry Basset）在1892年提出的相当奇怪的“哑铃”方案。
○ Heinrich Baumhauer的螺旋。| 图片来源：American Chemical Society.
然而，到了20世纪初，这张表格就慢慢定型成了我们今天所熟悉的这种水平布局，就像1905年海因里希·维尔纳（Heinrich Werner）设计的现代版本一样。稀有气体第一次出现在了表格最右的位置。维尔纳还借鉴门捷列夫的做法，在表格中留下了空白，不过他的猜测工作做得有些过头了。他猜有比氢更轻的元素，氢和氦之间还存在另一种元素——而这两者都不存在。
○ Heinrich Werner设计的元素周期表。| 图片来源：American Chemical Society.
尽管看起来这张表格和现代的非常相似了，但它仍然需要一些重新排列。特别有影响力的是Charles Janet的版本。他采用物理学家的方法，利用新发现的量子理论，建立了一个基于电子构型的布局。由此产生的“阶梯”表格仍然受到许多物理学家的青睐。有趣的是，Janet为直到120号的元素都提供了空间，尽管当时已知的元素只有92个（即便现在我们才只知道118个）。
○ Charles Janet的“阶梯”的
○ Charles Janet的“阶梯”的元素周期表。| 图片来源：Wikipedia, CC BY-SA
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