执着地进行研究

在圣彼得堡的初夏，阳光普照着大地，门捷列夫和鲍罗廷漫步在涅瓦河岸边。鲍罗廷兴致勃勃地看着周围的景色，时不时地发出一些赞叹。

可是门捷列夫只是在那里一声不响地走着，双眉紧蹙，周围的一切好像一点也打动不了他的心。

“我亲爱的米嘉，有什么烦心的事情吗？说出来让我帮你分担一下。”鲍罗廷恳切地说。

“你知道的，我认定每种元素之间都是有一定的规律可寻，我研究了一下关于这方面的不同观点，更加坚信了我的看法。现在我在想从哪个方面着手对这些元素进行分类才是最正确的。”

“每种元素都具有多种理化性质：颜色、味道、比重、光泽、对氢氧的关系、原子价等。而这些理化性质又各不相同，你要找到一个每种元素都具有的标记，并且这个标记都各不相同，而且在物质发生化学反应后，它也不能有变化。”鲍罗廷一边想，一边分析着。

“物质的颜色？不对，就拿磷来说，它有红色的、有黄色的，究竟哪种是它的本色呢？这个都确定不了，肯定不会是颜色。”门捷列夫自问自答道。

“是比重？可这种性质更不稳定，有的物质稍微一加热，就会变轻，看来也不会是它。”

两个人一边走一边讨论着，将物质的性质，如导热性、导电性、磁性等根据同样的道理，一一列出，结果又一一地否定。这种标记究竟是什么呢？门捷列夫苦苦地思索着。

经过仔细地研究，门捷列夫发现钾与比它的原子量小的钠的性质十分相似，而且在钾以后的元素铷和铯也出现了类似的情况，它们都和钠、钾的性质相似。同样，在卤素氟、氯、溴、碘之间也存在着类似的关系，这种相似性还出现在钙、锶、钡之间。

门捷列夫的眼睛一亮，“它们之间是不是靠原子量联系在一起的啊？原子量为各种元素共同具有，而且几乎都不一样，当时测得的镍和钴的原子量都是59，同时这些元素的原子量不会随着化学反应的发生而发生变化，它是一个极为稳定的性质。”

这些都符合鲍罗廷对标记的设想，同时门捷列夫还发现一个有意思的现象：依照原子量逐渐递增排列的元素，它们的金属性逐渐减弱而非金属性逐渐增强。

比如磷族的氮、硫族的氧和卤素族的氟，它们的原子量分别为14、16和19，非金属性也是氧比氮强，氟比氧强。结论是：“元素的性质随着原子量的变化而发生变化。”

经过上述分析，门捷列夫确定了原子量为研究元素之间关系的主要依据。据这一重要特征，就能摸索到使元素有相似和不相似之分的规律。能够帮他找到物质世界的统一性与规律性的那把钥匙找到了。

“只有善于利用它，问题就可以解决了。”门捷列夫兴奋地想。一种元素的原子量告诉我们，这种元素的每一个原子比起最轻的元素氢来，当时都是重多少倍。例如，氧的原子量是16，这就是说，任何一个氧原子的重量都是氢原子的16倍；金的原子量是197，那就是说，金原子的重量是氢原子的197倍。

原子量决定着组成每一元素的最简单的微粒——原子——的大小。

19世纪，人们还尚未发现一种化学元素的原子不一定都是一样重。直到1910年英国化学家索迪提出了一个假说，化学元素存在着相对原子质量和放射性不同而其它物理化学性质相同的变种，这些变种应处于周期表的同一位置上，称作同位素。不久，他就从不同放射性元素得到一种铅的相对原子质量是206.08，另一种则是208。

1912年，约瑟夫？约翰？汤姆逊制成了一种磁分离器，当他用氖气进行测定时，无论氖怎样提纯，在屏上得到的却是两条抛物线，一条代表质量为20的氖，另一条则代表质量为22的氖。这就是第一次发现的稳定同位素，即无放射性的同位素。

其实，许多元素都有变种，亦即所谓的同位素。有的同位素的原子比较轻，有的比较重，但它们的化学性质都相同。

一切元素的原子量都是由两项条件决定的，一项是它的同位素的原子量，另一项是这些同位素在自然界互相混合的对比关系。

这一同位素的问题，当时还没有被揭示，所以人们都认为同一元素的所有原子都是绝对一样的。任何一种元素的每一原子和任何另一种元素的每一原子间的差别，首先就表现在大小上、重量上。至于元素的其它一切特性，显然都应该由这一基本特征来决定。

这个结论是门捷列夫把一切元素的性质仔细比较以后得出来的。他终于想到了，根据这一重要的特征，就能摸索到使元素有相似和不相似之分的规律。能够帮助他找到物质世界的统一性与规律性的那把钥匙已经找到了。只要善于利用它，问题就会迎刃而解了。

无论是在白天或是夜晚，在讲台上或在实验室里，在街上或在家中书桌边，门捷列夫随时都在想着这个元素的自然系统。门捷列夫开始时，是挑选原子量相近的各元素。后来将不相类似的元素加以对比，首先是钾和氯，然后是对整族的碱金属和卤族元素。

当然在研究过程中，他也试验了利用其它性质对元素进行分类，例如利用元素与氧、氢的关系进行分类；利用元素的金属性和非金属性进行分类；利用元素的活泼性顺序进行分类；利用原子价进行分类，但是都不太满意。最后他还是紧紧地抓住了元素的基本特性——原子量来探索元素之间的规律性。

在寻找元素关系的过程中，如果每有一点新的设想，就要重新制表，或在原来的表上勾来抹去，不仅麻烦，而且不便于研究。而元素的各种性质，即使能全部背出，也无法方便、直观、明显地加以对比研究。

门捷列夫在探索周期律时，创造了新的方法：他将当时已经发现的63种元素的名称、相对原子质量、原子价、溶解度及性质，写在63张卡片上，用这些卡片来对元素之间的关系加以分析、对比、排列、调整，使之逐渐地趋近于一个有规律的系统。

显然，这种方法比每次重新书写或勾抹要方便、明晰、随机得多。不仅便于元素的两相对照，而且还可以很容易地进行大幅度的调整。

门捷列夫的家人、朋友、同事还有他的学生，看到一向珍惜时间的教授突然热衷于“纸牌”游戏，都感到非常奇怪。而他却拿起卡片像玩牌一样，一会摆到这儿，一会摆到那儿，对别的事情丝毫也不注意。

通过对卡片深入的研究，门捷列夫发现了几个难以解决的问题。

第一个是原子量变化的连续性和间断性。

从原子量最小的氢1到原子量最大的铋210，共有63种元素。平均每相邻元素的原子量之差为3.37。凡是差在3.37左右的状况，均可认为是正常的连续性变化，而超出这个变化幅度的，可视为反常、间断性变化。

在整个序列中，这种间断共有Ca（40）与Er（56）之间、Zn（65）与As（75）之间、Mo（96）与Rh（104.4）之间、Ba（137）与Ta（182）之间，四处间断性跳跃。

“那么这种间断产生的原因究竟是什么呢？”门捷列夫冥思苦想着“是不是原子量测定本身有问题？”

当将这一因素尽可能由实验排除之后，他发现，在原子量变化发生间断的地方，这些元素与前后左右元素性质相比较，常常出现明显的反常。

“这是为什么呢？难道还有别的原因吗？”门捷列夫想了很久，得出的唯一结论是：这里有未被发现的新元素存在。可是这可能吗？这不符合科学的理论啊！

这个问题作为一个没有答案的难题，门捷列夫将它先放在了一边，因为这时他发现了第二个问题。

原来门捷列夫在把元素按原子量大小排列时，发现元素铍破坏了化合价周期变化的规律。同时锂与硼之间相差太大，而碳与氮之间相距太近，好像前面少了一个元素，而后面多了一个元素，那么这个元素是铍吗？

于是他把铍放在锂和硼之间，化合价便呈现由小到大的规律性变化，但是原子量从小到大的变化却被破坏了。

“这是怎么回事呢？我该怎么处理呢？”门捷列夫忽然想到了欧德林的排表，他为顾及周围元素之间的关系，对碘和碲在次序上作了仅有一例的倒置。

对，我为什么不换一种思路呢，我以化合价为依据，改变铍的原子量试试。于是他便果断地把铍的原子量由13.5改为9。紧接着他重新测定了铍的原子量，果然是9.4。

由此门捷列夫改变了自己的总体思路，变为既以原子量为主要线索，统帅全局，又在局部以元素其它性质为依据，或改排某些元素的先后次序，或对原子量作了大胆的修改。

门捷列夫发现的第三个问题是，如何正确处理长短周期的关系。

门捷列夫在研究中发现，元素的性质虽然有周期性的变化，但是并不是当原子量每有一定的差值的变化，元素的化学性质也就有确定的变化，如同数学上的等差级数一样准确无误。

“除氢元素之外，前两周期元素之间的对应关系早已被人发现。往下各周期，长短究竟怎样确定？”这个也成了门捷列夫头疼的难题。

这些难题，并没有把门捷列夫吓到，反而坚定了他寻求真理的决心。