化学元素周期律：127种元素相互联系

自然界是统一的整体。组成自然界的127种化学元素相互之间存在着密切的联系。

1869年，当时人们已发现了63种化学元素，为找寻化学元素间的规律提供了条件。俄罗斯化学家门捷列夫在总结前人经验的基础上，发现了著名的化学元素周期律^[1]。

门捷列夫把各种化学元素按照原子量的大小，由小到大，排成一长列。^[2]

这时，他发现在某个元素之后，每隔几个元素（7个），便有一个元素的性质与这个元素十分相似。例如，氦与氖、氩的性质很相似，都是惰性气体；锂又与钠、钾相似，都是1价的碱金属；铍与镁、钙相似，都是2价的碱土金属；硼与铝、镓相似，都是3价的，而且它们的金属性与非金属性都不很强烈；碳与硅、锗相似，都是4价的，具有较弱的非金属性……

门捷列夫总结了这一规律说：“单质的性质，以及各元素的化合物的形态和性质，与元素的原子量的数值成周期性的关系。”这便是化学元素的周期律。门捷列夫把化学元素按照原子量由小到大的次序，排成一张表，这张表便是化学元素周期表。

在化学元素周期表上，把127种元素分成九族。^[3]例如，锂、钠、钾、铷、铯、钫、铜、银、金这9个元素被划为第Ⅰ族^[4]；铍、镁、钙、锶、钡、镭、锌、镉、汞这9个元素被划为Ⅱ族；氦、氖、氩、氪、氙、氡这6个元素，被划为第0族。

同一族的化学元素的性质，十分类似。如第Ⅰ族元素，都具有较强的金属性，而第Ⅶ族元素都具有较强的非金属性。同族元素的化合价是一样的。如第Ⅰ族的化合价都是+1价，第Ⅱ族的都是+2价，第Ⅲ族都是+3价……第0族都是0价（当然，也有一种元素有几种化合价的）。

化学元素周期律深刻地揭示了化学元素间的内在联系。它表明，127种化学元素不是彼此隔离、彼此孤立的，而是有着密切联系的统一整体，互相关联，互相制约。

在门捷列夫发现化学元素周期律时，还有许多元素未被发现。1871年，门捷列夫给这些未发现的元素做周期表上留下了空的位置，并根据同族元素的性质相似的原理，对这些未发现的元素做了准确的预言。

以镓为例。当时，镓尚未被发现，门捷列夫在化学元素周期表的铝的下边，空了一格。门捷列夫把这空着、尚未发现的元素叫作亚铝（也有译为类铝），并预言了亚铝的各种性质。过了四年，即1875年，法国化学家布瓦博德朗在比利牛斯山的闪锌矿中，发现了一种新元素，命名为镓。镓就是门捷列夫所预言的亚铝。布瓦博德朗测量了镓的各种物理、化学数据，结果与门捷列夫四年前所做的预言非常相近。例如，门捷列夫预言镓的原子量大约是68，而布瓦博德朗的测定结果是69.72。然而，只有比重一项，差值比较大：门捷列夫预言镓的比重是5.9到6.0，而布瓦博德朗测定的结果是4.70。

当时，世界上只有布瓦博德朗的实验室里，有一小块金属镓。门捷列夫远在千里之外的彼得堡，根本还没有看到镓，然而，他却给布瓦博德朗写信，指出布瓦博德朗测得的镓的比重是错误的，并建议重新测定。布瓦博德朗简直有点不相信。布瓦博德朗在给门捷列夫的回信中说，自己的测定不会有错。但是，门捷列夫再次写信，要布瓦博德朗进一步提纯金属，重新测定比重，坚信镓的比重应该是5.9到6.0，不可能是4.70。布瓦博德朗重新进行了提纯，再次测定镓的比重，果然是5.96，恰恰在门捷列夫所预言的5.9到6.0之间！

门捷列夫之所以能如此准确地做出预言，主要是由于他认识并掌握了化学元素之间的内在规律——化学元素周期律。正如恩格斯在《自然辩证法》一书中所指出的：“门捷列夫证明了：在依据原子量排列的同族元素的系列中，发现有各种空白，这些空白表明这里有新的元素尚待发现。他预先描述了这些未知元素之一的一般化学性质，他称之为亚铝，因为它是以铝为首的系列中紧跟在铝后面的；他并且大胆地预言了它的比重和原子量以及它的原子体积。几年以后，勒德克·德·布瓦博德朗真的发现了这个元素，而门捷列夫的预言被证实了，只有极不重要的差异。亚铝体现为镓。门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学上的一个勋业，这个勋业可以和勒维烈计算尚未知道的行星海王星的轨道的勋业居于同等地位。”^[5]

再以锗为例。锗就是门捷列夫在1871年所预言的亚硅——它是在化学元素周期表中硅的下方的一个空位。1886年，德国化学家文克列尔用光谱分析法发现了锗。比较下面的这些数据和描述，就可以看出，门捷列夫根据化学元素周期律所做的预言是多么精确：

门捷列夫在1871年的预言：锗是一种金属，原子量大约是72，比重大约是5.5；

文克列尔在1886年的测定：锗是一种金属，原子量为72.3，比重为5.35。

门捷列夫在1871年的预言：这种金属几乎不和酸起作用，但是可和碱作用；

文克列尔在1886年的测定：锗很难和酸作用，但在熔融时极易和碱起作用。

门捷列夫在1871年的预言：这种金属的氧化物的比重大约是4.7，它极易溶解于碱，并易还原为金属；

文克列尔在1886年的测定：氧化锗的比重是4.703，易溶于碱，并可用碳还原成金属。

门捷列夫在1871年的预言：这种金属和氯的化合物是液体，比重大约是1.9，沸点大约是90℃；

文克列尔在1886年的测定：氯化锗是液体，比重为1.887，沸点为86℃。(www.xing528.com)

化学元素周期律的发现，使人们对化学元素的认识大大地深入了一步，加强了发现新元素的预见能力，减少了寻找新元素的盲目性。人们在化学元素周期律的指导下，逐个发现了门捷列夫在1871年所预言的11个元素（包括镓、锗）：

1879年，发现了钪——即门捷列夫预言的“亚硼”；

1898年，发现了两种新元素镭与钋——即门捷列夫所预言的钡与亚碲；

1899年，发现了锕——即门捷列夫所预言的亚镧；

1899年，发现了铼——即门捷列夫所预言的亚钽；

1937年，发现了锝——即门捷列夫所预言的三锰；

1939年，发现了钫——即门捷列夫所预言的亚铯；

1940年，发现了砹——即门捷列夫所预言的亚碘。

……

另外，人们还根据化学元素周期律，发现了一系列惰性气体。

化学元素周期律，现在成为化学这门科学的基础理论，同时也是化学元素的最根本的规律。以上介绍了许多关于化学元素的知识，是为了帮助读者先对化学元素有个初步的、基本的概念。

有关化学元素的知识是非常多的，几乎每一种化学元素都可以出一本书来进行介绍。在这本小册子里，只准备通俗、扼要地介绍60种比较常见、比较重要的化学元素。读了这本书以后，可以概括地认识这些化学元素的基本特性。

介绍每种化学元素时，大体上包括元素的历史、在大自然中的含量与存在形式、物理性质、化学性质、重要化合物、主要用途这样六个方面。

【注释】

[1]化学元素周期律的内容较多，本书只简略地介绍一下。其中提到的原子量，是指元素的同位素的质量的平均数。

[2]为了叙述的方便，这里姑且把当时还未发现的元素也写进去，原子量是采用现在的数据。

[3]氢一般被划为第Ⅰ族，也有的把它划为第Ⅶ族。

[4]在化学上，一般用罗马数字来表示第几族，如Ⅲ表示第3族，Ⅴ表示第5族，Ⅷ表示第8族。

[5]《马克思恩格斯选集》，第三卷，人民出版社，1972年，489—490页。