在元素周期表出现之前，一切都很混乱

在以下摘录自《门捷列夫的梦想：寻找元素》一书的章节中，作者保罗·斯特拉森描述了德米特里·门捷列夫发明现代元素周期表之前的化学状态。

在 18 和 19 世纪，几乎每十年就会发现几种元素。这些新元素的大量出现和它们不断扩展的特性范围很快引发了人们的疑问。到底有多少种元素？它们中的大多数已经被发现了吗？或者也许有无数种元素？这很快引发了更深刻的猜测。在所有这些元素中，一定存在着某种基本秩序。道尔顿发现每种元素的原子重量不同——但肯定还有更多的东西吧？贝采利乌斯注意到元素似乎具有不同的电亲和力。同样，似乎存在具有相似特性的不同种类的元素组——抗腐蚀的金属（如金、银和铂）、可燃的碱金属（如钾和钠）、无色无味的气体（如氢和氧）等等。这一切背后可能存在某种基本模式吗？

化学在很大程度上是通过实验取得其科学地位并持续取得成功的，而这种理论思维充其量被视为纯粹的推测。为什么元素之间应该存在某种秩序？毕竟，没有真正的证据证明这种东西存在？但对秩序的追求是人类的基本特征，科学家尤其如此。这些推测最终开始得到支持，即使只是从零星的证据中。

第一个发现来自耶拿大学化学教授约翰·多贝赖纳。多贝赖纳是一名马车夫的儿子，他基本上是自学成才。他设法获得了一份药剂师的职位，并热切地参加当地定期举办的科学公开讲座。1829 年，他注意到最近发现的元素溴的性质似乎介于氯和碘之间。不仅如此，它的原子量也恰好介于这两种元素的原子量之间。

多贝赖纳开始研究已知元素的列表，记录它们的性质和原子量，最终发现另外两组具有相同模式的元素。

锶介于钙和钡之间（原子量、颜色、性质和反应性）；硒则介于硫和碲之间。多贝赖纳将这些元素命名为三元组，并开始广泛寻找元素以寻找更多例子，但一无所获。多贝赖纳的“三元组定律”似乎仅适用于 54 种已知元素中的 9 种，他的同时代人认为这只是巧合。

暂时就是这样。化学已经因为错误的理论（四元素、燃素等）而遭受了足够多的损失。现在，前进的道路在于实验。

在多贝赖纳三元组定律提出三十多年后，才有人再次做出重大尝试，试图发现元素的规律。不幸的是，这一贡献来自一位才华横溢却任性的科学家。

亚历山大-埃米尔·贝吉耶·德·尚库尔图瓦于 1820 年出生于巴黎。他最初热爱的是地质学。德·尚库尔图瓦直到四十多岁才将他非凡的天赋转向化学。1862 年，他发表了一篇论文，描述了他巧妙的“地球螺旋”，这表明元素之间确实存在某种模式。德·尚库尔图瓦的“地球螺旋”由一个圆柱体组成，圆柱体上画有一条下降的螺旋线。德·尚库尔图瓦沿着这条线以一定的间隔根据原子量绘制了每种元素。他好奇地发现，当元素在圆柱体上以垂直列的形式读取时，这些元素的性质往往会重复。似乎每 16 个原子量单位之后，匹配元素的性质往往与圆柱体上垂直上方的元素表现出惊人的相似性。德·尚库尔图瓦的论文如期发表，但不幸的是，他在提及某些元素时选择使用地质术语，甚至一度引入了他自己的数字命理学版本（数学炼金术，其中某些数字有其自己的深奥意义）。更糟糕的是，出版商没有附上德·尚库尔图瓦的圆柱体插图，因此除了最执着和最博学的读者外，其他人几乎都无法理解这篇文章。

这个主题显然吸引了一类习惯于嘲笑的科学思想家。1864 年，年轻的英国化学家约翰·纽兰兹 (John Newlands) 提出了自己的元素模式，而他并不知道德·尚库尔图瓦 (de Chancourtois) 的神秘研究。约翰·纽兰兹 1837 年出生于伦敦，父亲是一位长老会牧师。

纽兰兹发现，如果他按原子量的升序排列元素，即以七行作为垂直顺序，则相应水平线上元素的性质会非常相似。正如他所说：“换句话说，从给定元素开始的第八个元素是第一个元素的重复，就像音乐中八度音阶中的第八个音符一样。”他将此称为“八度定律”。在表格中，碱金属钠（第 6 重的元素）水平排列在非常相似的钾（第 13 重）旁边。同样，镁（第 10 位）与相似的钙（第 17 位）排成一行。当纽兰兹扩展他的表格以包含所有已知元素时，他发现卤素、氯（第 15 位）、溴（第 29 位）和碘（第 42 位）都表现出逐渐相似的性质，都位于同一水平列中。而镁（第 10 位）、硅（第 12 位）和硫（第 14 位）这三者也具有相似的逐级属性，它们位于同一垂直线上。换句话说，他的八度定律似乎也包含了 Dobereiner 的三元律中指出的分散相似性。

不幸的是，纽兰兹的八度定律也有缺陷。一些元素的性质，尤其是原子量较大的元素，根本无法符合。即便如此，纽兰兹的八度定律也比任何以前的思想都有明显的进步。事实上，现在许多人都认为这是元素确实存在某种综合模式的第一个确凿证据。1865 年，纽兰兹向伦敦化学学会报告了他的发现，但他的想法被证明是超前的。在场的名人只是嘲笑他的八度定律。在大家的欢呼声中，甚至有人讽刺地问他是否尝试过按字母顺序排列元素。直到四分之一世纪后，纽兰兹的成就才终于得到认可，皇家学会于 1887 年授予他戴维奖章。

多贝赖纳发现了孤立元素群之间的相似之处。德·尚库尔图瓦则辨别出某种循环特性模式。纽兰兹扩展了这一模式，甚至将多贝赖纳的元素群纳入其中。但他的八度音程定律总体上仍然不适用。这部分是由于当时对各种原子量的计算错误，部分是因为纽兰兹没有考虑到迄今未被发现的元素。但也是因为纽兰兹八度音程系统的刚性并不合适。

元素之间存在某种模式这一点越来越明显，但答案显然更加复杂。化学似乎非常接近于瞥见它所基于的元素的蓝图。欧几里得奠定了几何学的基础，牛顿的引力从物理学角度解释了世界，达尔文解释了所有物种的进化——化学现在能发现物质多样性的秘密吗？这可能就是将所有科学知识统一起来的关键。

摘自保罗·斯特拉森 (Paul Strathern) 所著的《门捷列夫之梦》。经 Pegasus Books 许可转载。