門捷列夫兢兢業(yè)業(yè)地完成了學(xué)業(yè)，最后任職于當(dāng)?shù)氐囊凰髮W(xué)。他在那里是個(gè)稱職的而又不很突出的化學(xué)家，更以他亂蓬蓬的頭發(fā)和胡子而不是以他在實(shí)驗(yàn)室里的才華知名。他的頭發(fā)和胡子每年只修剪一次。

然而，1869年，在他35歲的那一年，他開始琢磨元素的排列方法。當(dāng)時(shí)，元素通常以兩種方法排列--要么按照原子量（使用阿伏伽德羅定律），要么按照普通的性質(zhì)（比如，是金屬還是氣體）。門捷列夫的創(chuàng)新在于，他發(fā)現(xiàn)二者可以合在一張表上。

實(shí)際上，門捷列夫的方法，3年以前一位名叫約翰·紐蘭茲的英格蘭業(yè)余化學(xué)家已經(jīng)提出過，這是科學(xué)上常有的事。紐蘭茲認(rèn)為，如果元素按照原子量來進(jìn)行排列，它們似乎依次每隔8個(gè)位置重復(fù)某些特點(diǎn)--從某種意義上說，和諧一致。有點(diǎn)不大聰明的是--因?yàn)檫@么做時(shí)間還不成熟--紐蘭茲將其命名為"八度定律"，把這種安排比做鋼琴鍵盤上的八度音階。紐蘭茲的說法也許有點(diǎn)道理，但這種做法被認(rèn)為是完全荒謬的，受到了眾人的嘲笑。

在集會(huì)上，有的愛開玩笑的聽眾有時(shí)候會(huì)問他，他能不能用他的元素來彈個(gè)小曲子。紐蘭茲灰心喪氣，沒有再研究下去，不久就銷聲匿跡了。

門捷列夫采用了一種稍稍不同的方法，把每七個(gè)元素分成一組，但使用了完全相同的前提。突然之間，這方法似乎很出色，視角很清晰。由于那些特點(diǎn)周期性地重復(fù)出現(xiàn)，所以這項(xiàng)發(fā)明就被叫做"周期表"。

據(jù)說，門捷列夫是從北美洲的單人牌戲獲得了靈感，從別處獲得了耐心。在那種牌戲里，紙牌按花色排成橫列，按點(diǎn)數(shù)排成縱行。他利用一種十分相似的概念，把橫列叫做周期，縱行叫做族。上下看，馬上可以看出一組關(guān)系；左右看，看出另一組關(guān)系。具體來說，縱列把性質(zhì)類似的元素放在一起。因此，銅的位置在銀的上面，銀的位置在金的上面，因?yàn)樗鼈兌季哂薪饘俚幕瘜W(xué)親和性；而氦、氖和氬處于同一縱行，因?yàn)樗鼈兌际菤怏w。（決定排列順序的，實(shí)際上是它們的電子價(jià)。若要搞懂電子價(jià)，你非得去報(bào)名上夜校。）與此同時(shí)，元素按照它們核里的質(zhì)子數(shù)--叫做原子序數(shù)--從少到多地排成橫列。

有關(guān)原子的結(jié)構(gòu)和質(zhì)子的意義，我們將在下一章加以敘述。眼下，我們只來認(rèn)識(shí)一下那個(gè)排列原則：氫只有一個(gè)質(zhì)子，因此它的原子序數(shù)是1，排在表上第一位；鈾有92個(gè)質(zhì)子，因此快要排到末尾，它的原子序數(shù)是92。在這個(gè)意義上，正如菲利普·鮑爾指出的，化學(xué)實(shí)際上只是個(gè)數(shù)數(shù)的問題。（順便說一句，不要把原子序數(shù)和原子量混在一起。原子量是某個(gè)元素的質(zhì)子數(shù)加中子數(shù)之和。）

還有大量的東西人們不知道或不懂得。宇宙中最常見的元素是氫；然而，在后來的30年里，對它的認(rèn)識(shí)到此為止。氦是第二多的元素，是在此之前一年才發(fā)現(xiàn)的--以前誰也沒有想到它的存在--而即使發(fā)現(xiàn)，也不是在地球上，而是在太陽里。它是在一次日食時(shí)用分光鏡發(fā)現(xiàn)的，因此以希臘太陽神赫利奧斯命名。直到1895年，氦才被分離出來。即使那樣，還是多虧了門捷列夫的發(fā)明，化學(xué)現(xiàn)在才站穩(wěn)了腳跟。

對我們大多數(shù)人來說，周期表是一件美麗而抽象的東西，而對化學(xué)家來說，它頓時(shí)使化學(xué)變得有條有理，明明白白，怎么說也不會(huì)過分。"毫無疑問，化學(xué)元素周期表是人類發(fā)明出來的最優(yōu)美、最系統(tǒng)的圖表。"羅伯特·E.克雷布斯在《我們地球上的化學(xué)元素：歷史與應(yīng)用》一書中寫道--實(shí)際上，你在每一部化學(xué)史里都可以看到類似的評價(jià)。

今天，已知的元素有"120種左右"--92種是天然存在的，還有20多種是實(shí)驗(yàn)室里制造出來的。實(shí)際的數(shù)目稍有爭議，那些合成的重元素只能存在百萬分之幾秒，是不是真的測到了，化學(xué)家們有時(shí)候意見不一。在門捷列夫時(shí)代，已知的元素只有63種。之所以說他聰明，在一定程度上是因?yàn)樗庾R(shí)到當(dāng)時(shí)已知的還不是全部元素，許多元素還沒有發(fā)現(xiàn)。他的周期表準(zhǔn)確地預(yù)言，新的元素一旦發(fā)現(xiàn)就可以各就各位。

順便說一句，沒有人知道元素的數(shù)目最多會(huì)達(dá)到多少，雖然原子量超過168的任何東西都被認(rèn)為是"純粹的推測"；但是，可以肯定，凡是找到的元素都可以利索地納入門捷列夫那張偉大的圖表。

19世紀(jì)給了化學(xué)家們最后一個(gè)重要的驚喜。這件事始于1896年。亨利·貝克勒爾在巴黎不慎把一包鈾鹽忘在抽屜里包著的感光板上。過一些時(shí)候以后，當(dāng)他取出感光板的時(shí)候，他吃驚地發(fā)現(xiàn)鈾鹽在上面燒了個(gè)印子，猶如感光板曝過了光。鈾鹽在釋放某種射線。

考慮到這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的重要性，貝克勒爾干了一件很古怪的事：他把這事兒交給一名研究生來調(diào)查。說來運(yùn)氣，這位學(xué)生恰好是一位新來的波蘭移民，名叫瑪麗·居里。居里和她的新丈夫皮埃爾合作，發(fā)現(xiàn)有的巖石源源不斷地釋放出大量能量，而體積又沒有變小，也沒有發(fā)生可以測到的變化。她和她的丈夫不可能知道的是--下個(gè)世紀(jì)愛因斯坦作出解釋之前誰也不可能知道的是--巖石在極其有效地把質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量?，旣悺ぞ永锇阉Q之為"放射作用"。在合作過程中，居里夫婦還發(fā)現(xiàn)兩種新的元素--釙和鈾。釙以她的祖國波蘭命名。

1903年，居里夫婦和貝克勒爾一起獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。（1911年，瑪麗·居里又獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)；她是既獲化學(xué)獎(jiǎng)又獲物理學(xué)獎(jiǎng)的惟一一人。）