錯誤的原子量
自從拉瓦謝(Antoine-Laurent de Lavoisier)於1789年整理出33種元素後,又有更多新的元素陸續發現。這些元素雖各自獨立,卻不孤獨,總會與其它幾個元素有著相似的化學性質。科學家發現若按原子量的大小排列,似乎每間隔幾個元素就會出現同樣的化學性質,但間隔又不是很固定,無法將所有元素排列成井然有序的表格。
這個難題困擾了科學家數十年,背後最大的問題其實出在原子量的認定。
道爾吞於1803年提出的原子論後,雖然大家逐漸接受化學元素是由不可分割的原子組成,卻誤以為氣體的基本粒子也是單一原子,而搞錯許多元素的原子量。例如1克的氫氣與8克的氧氣生成9克的水,以為其化學反應是H+O➡︎HO,而推論出氧的原子量是8,但實際上是16才對。
分子說重見天日
以錯誤的氧、碳原子量為基礎,推算和它們形成化合物之元素的原子量,也就跟著錯了。這個迷思直到1860年,義大利化學家坎尼扎羅(Stanislao Cannizzaro)在史上首次的國際性科學會議中發表演說,重新闡述同胞亞佛加厥早在1811就提出的分子說,才讓學界認知氣體的基本粒子是由兩個原子組成的分子,化學元素的原子量也逐漸獲得確認。

當時26歲的俄國化學家門得列夫(Dmitri Mendeleev)也參加了這次會議,他返國取得博士學位與大學教職後,開始思索元素的排列方式。此時發現的化學元素已有63種,他特地製作63張卡牌,方便嘗試各種排列方式。
1869年3月1日一早,門得列夫起床看到日曆上寫著今天2月17日(這是因為全世界都早已改用教宗格里果利十三世於1582年頒布的格里曆,唯有俄國和少數地區仍用舊制的儒略曆),他應該前往一家乳酪廠對酪農發表演說。窗外大雪紛飛,他望著外面的銀色世界,突然間有個靈感,趕緊拿出元素牌卡排了起來。
週期表夢中現身
門得列夫試了很久,卻總是顧此失彼,最後終於精疲力竭而不支睡著。睡夢中一張表格驀然浮現,化學元素以他未曾想過的方式排列,卻恰能各安其位。他自夢中驚醒,趕緊拿出紙筆,趁記憶猶新將它如實畫下,完成後他仔細檢查了幾遍,沒錯,這就是了,他苦思多年卻始終無法參悟的元素週期表就在他眼前!

這張週期表在63個元素之間留了四個空格,門得列夫大膽預言之後一定會發現新的化學元素恰可放入空格內,他並推斷其原子量各是多少。1871年他再將週期表修正成更完備、更系統化的版本,並預測更多新元素,後來果然一一成真。

不過他的預言有些也失準了,因為元素的化學性質其實是取決於原子序,也就是質子數,而不是原子量。門得列夫那個年代對原子內部尚一無所知,當然不可能有此觀念,必須等到1913年,英國年輕的物理學家莫斯利(Henry Moseley)透過X射線繞射實驗,才提出正確的排序依據,將週期表修正成現今的樣貌。
失去的榮耀
1906年的諾貝爾化學獎原本已決定頒給門得列夫,以表彰他發現元素週期表,但瑞典皇家科學院的化學家阿瑞尼斯(Svante Arrhenius)卻極力反對,據信是因為他不滿門得列夫曾批評他的論文而懷恨在心。在另一位委員的附和之下,門得列夫終未能獲獎;第二年他即死於心肌梗塞,再也沒有機會戴上桂冠。
1955年,新發現了原子序第101號的元素,命名為鍆(Md, mendelevium),讓門得列夫的姓氏與週期表同存。
參考資料: