标志性的元素周期表可能看起来截然不同

几乎每个化学实验室的墙上都挂着元素周期表。人们普遍认为，元素周期表的发明者是俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫，他于 1869 年在卡片上写下了当时已知的元素（共 63 种），然后根据它们的化学和物理性质将它们排列成行和列。为了纪念这一科学关键时刻的 150 周年，联合国宣布 2019 年为国际元素周期表年。

但元素周期表实际上并不是从门捷列夫开始的。许多人都曾对元素的排列方式进行过修改。几十年前，化学家约翰·道尔顿 (John Dalton) 曾试图创建一张元素周期表以及一些相当有趣的元素符号（但没有流行起来）。就在门捷列夫坐下来用自制的纸牌做元素周期表的几年前，约翰·纽兰兹 (John Newlands) 也创建了一张按元素属性对元素进行排序的表格。

门捷列夫的天才之处在于他没有在元素表上标注什么。他意识到有些元素是缺失的，尚未被发现。因此，道尔顿、纽兰兹等人列出了已知的元素，而门捷列夫则为未知元素留出了空间。更令人惊奇的是，他准确地预测了缺失元素的性质。

注意到上面表格中的问号了吗？例如，在 Al（铝）旁边有一个空间用于放置一种未知金属。门捷列夫预言它的原子质量为 68，密度为每立方厘米 6 克，熔点非常低。六年后，保罗·埃米尔·勒科克·德·布瓦博德兰分离出镓，果然它正好填补了这一空白，原子质量为 69.7，密度为 5.9 g/cm³，熔点非常低，以至于它在手中会变成液体。门捷列夫对钪、锗和锝（直到他去世 30 年后，即 1937 年才被发现）也做了同样的事情。

乍一看，门捷列夫的元素表和我们熟悉的元素表不太一样。首先，现代元素表包含了许多门捷列夫忽略的元素（没有为其留出空间），其中最明显的是稀有气体（如氦、氖、氩）。而且，该元素表的方向与现代元素表不同，我们现在将元素按行排列成列。

但是，一旦你将门捷列夫的元素周期表旋转 90 度，它与现代版本的相似之处就显而易见了。例如，卤素——氟 (F)、氯 (Cl)、溴 (Br) 和碘 (I)（门捷列夫元素周期表中的 J 符号）——都彼此相邻。如今，它们被排列在元素周期表的第 17 列（化学家更喜欢称之为第 17 组）。

试验期

从这个图表到我们熟悉的图表似乎只有一小步之遥，但在门捷列夫发表论文多年后，人们已经对元素的替代布局进行了大量实验。甚至在表格永久直角翻转之前，人们就提出了一些奇怪而奇妙的改动。

一个特别引人注目的例子是海因里希·鲍姆豪尔 (Heinrich Baumhauer) 于 1870 年发表的螺旋线，以氢为中心，原子质量不断增加的元素向外螺旋。落在轮子每个辐条上的元素具有共同的属性，就像今天表中列（组）中的元素一样。还有亨利·巴塞特 (Henry Basset) 于 1892 年提出的相当奇怪的“哑铃”公式。

然而，到了 20 世纪初，表格已经稳定下来，采用海因里希·沃纳 (Heinrich Werner) 于 1905 年设计的极具现代感的水平格式。稀有气体首次出现在表格最右侧，这也是它们现在熟悉的位置。沃纳也试图借鉴门捷列夫的做法，留出空白，尽管他猜测得有点过了，他建议存在比氢更轻的元素，以及介于氢和氦之间的另一种元素（这些元素均不存在）。

尽管这个表格看起来相当现代，但仍需要进行一些重新排列。查尔斯·珍妮特 (Charles Janet) 的版本尤其具有影响力。他采用了物理学家的方法，并使用新发现的量子理论根据电子配置创建布局。由此产生的“左步”表格仍然受到许多物理学家的青睐。有趣的是，珍妮特还为元素提供了空间，直到 120 号元素，尽管当时只知道 92 个元素（现在我们只有 118 个）。

确定设计

现代元素周期表实际上是 Janet 版本的直接演化。碱金属（锂元素族）和碱土金属（铍元素族）从最右移到最左，形成了一个看起来很宽的（长格式）元素周期表。这种格式的问题在于它不适合放在页面或海报上，因此出于美观的原因，f 区元素通常会被剪掉并放在主表下方。这就是我们今天所认识的元素周期表的形成过程。

这并不是说人们没有对布局进行修改，通常是为了突出传统表格中不易察觉的元素之间的关联。布局有数百种变化（查看 Mark Leach 的数据库），其中螺旋形和 3D 版本尤为流行，更不用说更多诙谐的变体了。

下面我将把两个标志性的图形，门捷列夫的表格和亨利贝克的伦敦地铁地图融合在一起，怎么样？

或者令人眼花缭乱的模仿，旨在给从啤酒到迪斯尼人物的一切分类带来科学感，以及我特别喜欢的“无理取闹”。所有这些都表明元素周期表已成为科学的标志性符号。

马克·洛奇是赫尔大学的科学传播与化学教授。本文最初发表于《对话》。