本文发表在《大众科学》的前博客网络上，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
科学理论往往会随着时间的推移而出现和消失。事实上，科学哲学家中有一个相当悲观的口号，那就是“所有理论都是一出生就被反驳的”，意思是它们迟早会被取代。因此，元素周期表在 2019 年迎来 150 周年，却能存在如此之久，这可能会让人感到惊讶。诚然，它可能在技术上不属于理论，但自首次发布以来，元素周期表仍然充当了一个具有巨大力量和影响力的科学组织原则。
该表由俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫于 1869 年制定，他意识到，如果按照原子量递增的顺序排列，元素的性质似乎大约每八个元素就会重复出现。例如，锂是一种柔软的活性金属。钠也是如此，它在列表中排在八个位置之后。钾也是如此，又过了八个位置。与几乎所有科学发现一样，其他科学家也曾接近做出同样的发现，但由于某种原因，他们没有获得多少赞誉。最早的化学周期性暗示是由一位法国工程师亚历山大-埃米尔·德·尚库尔图瓦提出的，他还设计了一个三维周期系统，他称之为碲螺钉。
随后，两位在伦敦工作的化学家约翰·纽兰兹和威廉·奥德林在完全独立工作的情况下得出了他们自己初步的元素周期表。在美国，一位丹麦移民古斯塔夫·亨里克斯也意识到所有元素都可以放在一个连贯的系统中，德国化学家尤利乌斯·洛塔尔·迈耶也意识到了这一点。但是，这些科学家都没有像门捷列夫那样能够预测可能会发现的新元素，也没有像他那样成功地捍卫元素周期表的价值。
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德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫（1834 - 1907）的肖像。图片来源：盖蒂图片社
在 20 世纪，从本质上解释了所有化学的物理学经历了重大革命。包括尼尔斯·玻尔、沃尔夫冈·泡利、埃尔温·薛定谔和维尔纳·海森堡在内的科学家发现，在原子及其组成粒子的尺度上，需要用新的量子力学定律来取代普通经典力学的定律。然而，即使这种革命性的理论成为解释构成各种元素的原子行为的基础，元素周期表仍然基本上没有受到挑战。
当然，表格中发生了一些变化，尽管这些变化相对较小，并且在某些情况下几乎是表面上的。例如，元素的排列不再按照原子量（原子核中质子和中子的总数）排列，而是按照原子序数（仅质子的总数）递增的数值排列。其次，最初的八列表格在很大程度上让位于更宽的 18 列表格，这些表格以更准确的方式捕捉元素之间的关系。
元素周期表的众多优点之一是它简化了化学世界，更具体地说是简化了元素，并使其具有连贯性。化学专业的学生或专业的化学家不必学习 118 种目前已知的元素的特性，而只需了解其中大约 10 种元素的典型特性即可。化学家需要了解第 1 族和第 2 族以及第 13 族至第 18 族（包括第 18 族）元素的典型特性。
此外，他/她必须熟悉元素周期表中位于中心或 d 区的元素的典型特性。这些元素主要由致密的金属组成，这些金属能够根据它们所处的特定化合物形成不同数量的键。10 个典型元素中的最后一个位于元素周期表主体脚注的奇特区。这些 f 区元素包括商业上非常重要的稀土元素，并且通常与其他元素形成三个键。
元素周期表的首批胜利之一发生在它首次被发现后不久。除了包含当时已知的所有元素外，门捷列夫还在他的表格中留下了一些空白，预测会发现新的元素来填补这些空白，并阐述它们的特性。具体来说，他预测了四种元素的存在。值得注意的是，这四种元素中的三种（后来被命名为镓、锗和钪）在门捷列夫的预测的 15 年内被发现。第四种元素，现在被称为锝，于 1937 年首次合成。
这些预测确立了元素周期表作为一种极其有用的工具，此外它还可以解释已知元素的特性。这种预测能力至今仍然存在，并有助于解释元素周期表的持续相关性。例如，在 20 世纪 90 年代，人们发现化合物 YBa2Cu3O7 可以充当高温超导体。为了寻找其他此类材料，科学家只需查阅元素周期表即可预测用镧取代钇的化合物也将是高温超导体。这是因为镧在元素周期表中位于钇下方一个位置。很快就发现，类似的含镧化合物确实是超导体，事实上比含钇的化合物更有效。
化学家也在利用元素周期表来预测尚未发现的元素的存在。例如，虽然元素周期表最顶端的元素高度不稳定，但研究人员长期以来一直怀疑可能存在所谓的“稳定性岛”，其中原子具有更高的原子序数。这些预测集中在 114 号元素上，该元素现在被称为𬭶，于 1999 年在俄罗斯反应堆中创造出来，尽管其增强的稳定性已证明比最初预期的要低。但搜索仍在继续。
2019 年被联合国教科文组织指定为元素周期表年。这个奇妙的科学标志的持续价值使我们所有人都有充分的理由举起一杯伏特加，以纪念被正确地认为是它的发现者的人：德米特里·门捷列夫。