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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
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虽然都被称为“原子”，但其内含的基本概念已经经过了多次的历史变迁。
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1803年，道尔顿基于实验的基础上，将古希腊哲学家德谟克利特等人的原子猜想引入到化学中，建立了原子的实心小球模型。道尔顿认为所有物质都由原子组成，同种物质的所有原子都相同，而不同的物质有不同的原子。此外，道尔顿认为原子是不可再分的，他还最先从事了测定原子量的工作，提出用相对比较的办法求取各元素的原子质量，并发表了第一张原子量表。道尔顿首次将原子的研究从哲学引进到科学后，提出了科学的原子学说。
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在对世界本源的探索中，最激动人心的进展开始于19世界末。1897年，约瑟夫·汤姆逊（Joseph Thomson，1856—1940年）发现电子，这是科学家发现的第一个微观粒子，也是迄今为止一直被认为是基本粒子的一种粒子。此后，越来越多的微观粒子被陆续发现，质子、中子、介子、超子、中微子……相应的，相关理论也一步步被构建起来。
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约瑟夫·汤姆逊于1904年提出原子的西瓜（或葡萄干蛋糕）模型。他将原子想象成一个类似西瓜的小东西，均匀带正电荷的部分是红色的瓜瓤，带负电荷的电子则像西瓜子一样镶嵌在瓜瓤中。不过汤姆逊的原子模型好景不长，很快就被他的得意门生卢瑟福否定了。
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英国物理学家卢瑟福（Ernest Rutherford，1871—1937年）和他的助手汉斯·盖革博士，对铀、钍、镭等放出的射线进行研究，发现了α粒子。通过观察α粒子在电场和磁场中的表现，卢瑟福弄清楚了这种粒子的性质。由于研究α衰变对原子研究作出的重要贡献，卢瑟福被授予1908年的诺贝尔化学奖。
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卢瑟福用α粒子来探测原子的内部结构，从这些α粒子提供的大量实验结果，卢瑟福脑海中构造出了一个与老师的西瓜图景不太一样的原子模型，称之为“行星模型”。
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行星模型与西瓜模型的区别主要是带正电荷的质量在原子中的分布情况。西瓜模型中是均匀分布，而行星模型则类似于太阳系，质量集中在“原子核”的一块极小的区域内。除了原子核以及那些“星星点点”似地绕着原子核转圈且比原子核小得多、轻得多的电子之外，原子中大部分区域是空空荡荡的。原子核到底有多小呢？稍微计算一下可知，即使是一座大山，将它包括的所有原子核加起来，恐怕也只有一个皮球那么大。
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卢瑟福的行星模型，很快就遭遇到经典电磁场理论的当头一棒。电子毕竟不同于行星，行星在引力场中的运动受到的是万有引力，行星的椭圆轨道被庞加莱等人证明是稳定的。而当电子绕核运动时，受到的是电磁力。根据麦克斯韦理论，如果电子是在绕着原子核不停地转圈的话，这个运动电荷应该不停地发射出携带能量的电磁波。根据能量守恒定律，电子也就会连续不停地损失能量，其轨道半径将连续地变小又变小，最后所有电子将会全部奔向原子核。如此一来，原子的行星模型就不会稳定！
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这时候，玻尔登上了历史舞台。他改进了卢瑟福的行星模型，将电子的轨道量子化，建立了玻尔的半经典、半量子的原子理论，被称为玻尔模型的“三部曲”。玻尔保留了卢瑟福模型中的电子轨道，但这些轨道不是任意的、连续的，而是量子化的。这些电子遵循泡利不相容原理，各自霸占着一条一条分离而特别的轨道。电子也不能随便任意地发射或吸收电磁波，而是当且仅当它从一个轨道跃迁到另一个可能的轨道时，才会“一份一份的、不连续的”辐射或吸收能量。
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玻尔量子化的原子模型成功地克服了卢瑟福经典模型的2个困难。不过，玻尔虽然对“量子”情有独钟，当时却对它的行为还了解不深。所以，玻尔模型还不是彻底的量子力学。原子模型的真正量子力学描述，是在薛定谔建立了波动方程之后，被物理界所公认的电子云模型。
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根据量子力学中最令人迷惑的测不准原理和波动解释，原子的电子云模型摒弃了行星模型的轨道概念，认为电子并无固定的轨道，而是绕核运动形成一个带负电荷的云团，故称为“电子云”。
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