第二节 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循，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。据这一重要依据，就能探索到使元素有相似和不相似之分的规律。那把能够帮他找到物质世界的统一性与规律性的钥匙找到了。
“只要善于利用它，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说，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。直至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他物理、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，在屏上得到的都是两条抛物线，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，在当时还没有被揭示，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。至于元素的其他一切特性，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，就能探索到使元素有相似和不相似之分的规律。只要善于利用它，问题就会迎刃而解了。
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，他也试验了利用其他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画去，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画要方便、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，一会儿摆到这儿，一会儿摆到那儿，对别的事情丝毫也不在意。
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。
“那么产生这种间断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，统率全局，又在局部以元素其他性质为依据，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？”这个也成了令门捷列夫头疼的难题。
这些难题，并没有把门捷列夫吓倒，反而更加坚定了他寻求真理的决心。
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循，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。据这一重要依据，就能探索到使元素有相似和不相似之分的规律。那把能够帮他找到物质世界的统一性与规律性的钥匙找到了。
“只要善于利用它，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说，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。直至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他物理、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，在屏上得到的都是两条抛物线，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，在当时还没有被揭示，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。至于元素的其他一切特性，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，就能探索到使元素有相似和不相似之分的规律。只要善于利用它，问题就会迎刃而解了。
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，他也试验了利用其他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画去，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画要方便、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，一会儿摆到这儿，一会儿摆到那儿，对别的事情丝毫也不在意。
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。
“那么产生这种间断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，统率全局，又在局部以元素其他性质为依据，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？”这个也成了令门捷列夫头疼的难题。
这些难题，并没有把门捷列夫吓倒，反而更加坚定了他寻求真理的决心。
