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对不同种类的物质“元素”的认识，在各种各样的化学实验中得到深化和发展。
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近代科学中关于世界基本是由原子组成的观点，可以认为是从约翰·道尔顿（John Dalton，1766—1844年）开始的，他首次将原子的研究从哲学引进到科学。
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道尔顿以78岁高龄去世，他终生未婚、安于穷困，只为科学理想而献身。道尔顿是个气象迷，他从21岁开始，连续观测和记录当地气象，几十年如一日，从不间断。一直到临终前几小时，还为他近20万字的气象日记，颤抖地写下了最后一页，给后人留下了宝贵的观测资料。在老耄贫穷之年，他还把英国政府给予他的微薄养老金积蓄起来，捐献给曼彻斯特大学作为奖学金。
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道尔顿对色盲做了很多研究，因为他自己就是个色盲。并且，道尔顿希望在他死后对他的眼睛进行检验，用科学的方法找出他色盲的原因。1990年，在道尔顿去世后将近150年，科学家对其保存在皇家学会的一只眼睛进行了DNA检测，发现他的眼睛中缺少对绿色敏感的色素。让我们对这位鞠躬尽瘁，为科学献身的科学家致以深深的敬意。
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1803年9月6日，道尔顿提出原子学说，以此庆贺自己的生日。不过现在我们知道，物质并不是直接由原子构成，中间还有一个层次，叫做“分子”。当时道尔顿的原子论并没有假设存在分子，因此出来没多久便碰到了与实验不符合的、难以解决的困难。比如说，1805年盖—吕萨克发现2体积的氢气和1体积的氧气燃烧，会生成2体积的水。如何用道尔顿的原子论来解释这个化学反应呢？根据原子论，氢气由氢原子组成，氧气由氧原子组成，水由“水原子”组成。因此，就像图4-2-1（a）中所画的，根据原子论，这个反应好像意味着：2个氢气原子，加1个氧气原子，生成2个“水原子”。也就是说，1个氢原子和“半个”氧原子，生成1个“水原子”。
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图4-2-1 道尔顿的原子论和阿伏伽德罗的分子说
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但是，原子论是不允许存在“半个”氧原子的，道尔顿认为，原子不可能一分为二。
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其实这个矛盾并不难解决，将反应中的原子数目都乘以2不就行了吗。换言之，我们可以如此来解释氢气和氧气变成水的反应：2个氢原子和1个氧原子，生成2个“水原子”。这也就是意大利化学家阿莫迪欧·阿伏伽德罗（Amedeo Avogadro，1776—1856年）所提出的假设。不过这里他还用了一点技巧，建立了分子的概念，称为“分子说”。并且，他所提出的阿伏伽德罗定律认为同温、同压、同体积的气体含有相同的分子数，这个数字等于6.0221367×1023，现在已经成为物理学中重要的基本常数之一。阿伏伽德罗的分子—原子论正确地解释了上面的反应（图4-2-1（b））。
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新理论往往不容易被认可。当时欧洲各国的科学家，包括道尔顿，都不接受阿伏伽德罗的理论。一直到差不多过了50年之后，1860年，阿伏伽德罗已经去世，他的学生在欧洲的一次化学学术讨论会上，重新提起阿伏伽德罗假说，这个分子—原子论才得到学术界承认。
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化学家们发现了越来越多的化学元素，认识到世界的本源远不是古希腊哲学家们所想象的“四元素”或“五元素”学说那么简单。不过，化学家们也发现各种元素性质不同，但却符合某种周期性的规律，于是，他们便企图将不同的元素按照周期规律进行分类。1789年，拉瓦锡将当时已知的33种元素分为四类，发布了人类历史上第一张“元素表”。1829年，德贝莱纳对当时已知的54种元素提出了三元素组规则。之后，又有好几位化学家提出化学元素的分类方法，其中最具影响的是俄国化学家门捷列夫、德国化学家迈尔等发现的元素周期表。
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门捷列夫生于1834年，死于1907年，10岁之前居住于西伯利亚，后来成为彼得堡大学教授。1867年左右，门捷列夫在编著化学教科书的过程中，碰到了如何将元素合理列表的难题。当时已知的元素已经多达63种，这些元素性质各不相同，都很有趣，但63是个不小的数目，难道将它们一个接一个地罗列在书中吗？门捷列夫不满意这种方法，试图寻找一种更合乎逻辑的方式来组织这63种元素。
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门捷列夫受到他喜欢玩的扑克牌游戏的启发，制作了63张卡片，将63种元素的名称、原子质量、氧化物、物理化学性质等写在上面，整天将这些卡片用不同的方式排来排去，苦苦思索。有时8个一组，有时又变成3个一行，一会儿想到用金属和非金属分别，一会儿又想到按照固体、液体、气体的不同状态放在一起。
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1869年某一天，门捷列夫仍然继续拨弄他的63张卡片。他把常见元素按照原子质量递增的顺序排起来，然后又排不常见的元素，排着排着好像悟出了那么一点规律，发现用某一种排列方法，能使得相似的元素按照一定的周期性出现。
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最后，门捷列夫终于将这些“扑克牌”排在一起制成了一张表。表的横行表现元素特性的一定周期，而表的纵行是同族元素。特别有意思的是，门捷列夫在表中留下了一些空格，一般来说是位于原子量跳跃太大的地方。门捷列夫大胆地假设，这些空格是属于某些尚未发现的新元素。因此，周期律不仅表现了已知元素的规律，还可以预言尚待发现的元素。
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图4-2-2 门捷列夫发现元素周期律
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事实上，在1865年，一位英国化学家纽兰兹也独立地进行过类似的分类研究，也是将元素用原子量递增的方法排列起来。他发现每隔8个元素，物质的物理化学性质便会重复。纽兰兹将此现象取名为“八音率”，这个结论已经十分接近门捷列夫的元素周期率。但是，纽兰兹的工作得到的却是嘲笑和奚落。后来当门捷列夫周期表被人信服之后，英国皇家学会才对过去对纽兰兹的不公正态度进行了纠正。
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还有德国化学家迈尔早在1864年发明的“六元素表”，也已具备了化学元素周期表的类似结构。因此，虽然元素周期表的功劳通常归于门捷列夫名下，但客观上来说，其发现是众多化学家共同努力的成果，是科学发展的必然。
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150年过去了，如今化学教科书上出现的元素周期表，与当年门捷列夫的周期表已经大不相同。一是元素的数目大大增加，已经有一百多种，其中八十多种是天然发现的，有二十余种为人造元素。另一个区别是：当年门捷列夫按照原子质量来排列元素，现在是按照原子序数来排列，这种排列方式的改变，与后来对原子结构认识的深化有关。尽管有了这些改变，但周期表的基本形式仍然未变，周期律威力不减，成为进入化学研究必经的第一道门槛。
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近几十年来，随着与原子有关的实验及理论的发展，对周期律深入探讨和解释的任务逐渐转移到物理学的研究领域。也正是化学元素这种周期分类的重复模式，启发了科学家的思维，感觉其中隐藏着物质结构更为深层更为基本的秘密。最后，发现并证实了所有的原子都是由质子、中子、电子组成的结论。
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 [:1700970777]
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 3．原子模型