【编辑推荐】

元素周期表是化学科学的基石，在化学发展史上具有里程碑意义。元素周期表将物质的基本成分有序组织起来，反映出元素的电子结构、化学性质和反应行为，毫不夸张地说，几乎所有化学知识均起始于元素周期表。元素是怎么发现的？元素周期表是如何编制的？如何通过元素的排布推测元素的性质？有没有一份zui佳的元素周期表？本书以严谨又简洁易懂的方式，介绍元素的发现、周期表的来历，打通物理与化学的联系，让你轻松了解元素周期表的必备知识。

【名人评价及推荐】

介绍元素周期表的书籍非常多，但《元素周期表》这本科普读物更加值得一读。此书用简短的篇幅、通俗易懂的语言总结了元素周期表的渊源、意义以及与元素相关的zui新发现，可读性很强。

——中国科学院院士，南京大学化学化工学院教授 郭子建

从门捷列夫发表元素周期表以来，一百五十年间，很多人都写书介绍过化学的这一具有象征性的系统。但要说能简明扼要地介绍元素周期表的渊源、意义与zui新发展，一定非埃里克·塞利的这本小书莫属。

——英国著名科学与科普作家，《自然》杂志顾问编辑 菲利普·鲍尔

【作者简介】

埃里克·塞利，任教于加州大学洛杉矶分校化学系，主要研究量子力学、科学史、科学哲学。撰写有多部反响良好的元素周期表普及作品，除本书外，还有《七种元素的故事》《为什么是门捷列夫?元素周期表的故事、意义、哲理》《30秒探索神奇的化学元素：每天30秒解读50种极为重要的元素》等。

【内容介绍】

许多人zui初是在学校接触了元素周期表。它以原子序数、电子构型、重复的化学性质为依据，呈现了化学元素的排布。本书中，作者回顾了元素的发现与分类、周期表的编制与演化历史，介绍了多种元素的基本属性。作者还探讨了原子理论和量子力学如何逐步揭示原子结构的深层意义，从而使物理学得以“殖民”化学。本书尤其强调，量子力学对化学来说毫无疑问具有核心意义，它是所有元素及其化合物的行为基础，因此也是元素周期表的结构基础。此外，它还讨论了一个备受争议的问题：zui佳元素周期表应该采取何种形式。

【目录】

致谢与献词

前言

第二版前言

第一章元素

第二章现代周期表速览

第三章原子量、三元素组和普劳特

第四章迈向周期表

第五章俄国天才：门捷列夫

第六章物理侵入周期表

第七章电子结构

第八章量子力学

第九章现代炼金术：从空缺的元素到合成元素

第十章周期表的形式

索引

英文原文

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（编辑不填）

【文摘】

第一章元素

古希腊哲学家只确认了土、水、气和火四种元素，它们都还保留在占星术对黄道十二宫的划分当中。那时的一些哲学家认为，不同的元素由不同形状的微小成分构成，这样就解释了这些元素的不同性质。他们设想，四元素的基本形状对应着柏拉图多面体，即由大小相同的三角形、正方形等二维图形拼成的立体图形。他们认为土由微小的立方体颗粒构成。如此联想，是因为在所有柏拉图多面体中，立方体每个面的面积zui大。

水能流动，可以解释为它具有正二十面体那种更流畅的形状；而人碰到火会感到疼痛，是因为火由正四面体这样尖锐的颗粒构成。气由正八面体构成，因为剩下的柏拉图多面体只有它了。一段时间之后，数学家发现了第五种柏拉图多面体，即正十二面体。这使得亚里士多德提出可能还存在第五种元素，即“精华”，也叫作以太。

如今，元素由柏拉图多面体构成的观念已然被视为谬误，但它是另一个硕果累累的观念的源头：物质的宏观性质由组成它们的微观成分的结构决定。这些“元素”一直很好地流传到了中世纪及之后，当中还添加了一些由炼金术士（现代化学家的先祖）发现的其他元素。炼金术士zui为人知的目标就是实现元素转化。他们尤其希望将贱金属铅转变成贵金属金，后者因其色泽、稀有程度和稳定的化学性质，自文明诞生起就是zui受珍视的物质之一。

不过，古希腊哲学家除了把“元素”看作实际存在的物质之外，还认为它们是一种原则，也就是能够引出元素物质外在性质的倾向与潜能。这种非常细致地区分元素抽象形式与外在形式的做法，在化学发展中扮演了很重要的角色，尽管当前即便专业化学家也不能很好地理解当中更微妙的含义。然而，抽象元素的概念为周期系统的各位先驱（比如主要发现者德米特里·门捷列夫）提供了基本的指导原则。

按大多数教材的说法，化学在抛弃了古希腊知识、炼金术和对元素本质近乎神秘的理解之后，才繁荣发展起来。人们普遍认为，现代科学胜在依靠直接实验，坚持可观测才可信的原则。元素概念中那些更玄妙，或者说更基本的意义渐渐不再被人接受，也是意料之中。例如，安托万·拉瓦锡的观点就是元素必须通过经验观察来定义，这降低了抽象元素或元素作为原则的作用。拉瓦锡认为，元素应当定义为一种尚待分割成更基本成分的物质实体。1789年，拉瓦锡发表了一份包含33种单质（或者按上面的经验标准称为元素）的列表。这份元素列表正确地抛弃了土、水、气、火四种古代元素：现在已经证明，它们都由更简单的物质构成。

以现代的标准来看，拉瓦锡列表中有许多物质都可以认定是元素。但剩下的如lumière（光）和calorique（热）等就不再是元素了。之后，分离和界定化学物质的技术突飞猛进，为化学家不断扩充这份列表提供了助力。光谱分析是一项测量不同物质的发射和吸收光谱的重要技术，它zui终发展为一种非常精确的方法，能够通过元素的“指纹”来确认各种元素。现在，我们已经识别出大约90种自然存在的元素。此外，还人工合成了大概25种元素。

元素的发现

像铁、铜、金、银这些元素，在文明诞生之时就已经为人所知。这说明了这样的事实：这些元素能够以单质形态出现，或者很容易从它们所在的矿石中分离出来。

历史学家和考古学家把人类历史上的某些时期称为铁器时代和青铜时代（青铜是铜与锡的合金）。炼金术士又向元素列表中添加了一些元素，比如硫、汞、磷等。在相对现代的时期，电的发现使化学家可以分离出许多性质更加活泼的元素—这些元素不像铜和铁，没法用矿石和木炭（碳）一起加热得到。化学史上有好几段重要的时期，研究者在几年内就能发现六七种元素。比如，英国化学家汉弗莱·戴维用电（或者更准确地说，用电解技术）分离出了十种元素，包括钙、钡、镁、钠、氯等。

人们发现放射性与核裂变之后，又发现了更多元素。自然存在条件下，zui后分离出来的七种元素分别是镤、铪、铼、锝、钫、砹和钷，分离时间在1917年到1945年之间。zui后填上的空缺是第43号元素，也就是锝。它得名于希腊语的techne，意思是“人造的”。它由辐射化学反应过程“制造”出来，这在核物理出现之前不可能做到。不过，现在我们知道，锝在地球上确实能够自然存在，只是含量非常低而已。

【序言/后记】

序言

郭子建

元素周期表是化学科学的基石，在化学发展史上具有里程碑意义。元素周期表将物质的基本成分有序组织起来，反映出元素的电子结构、化学性质和反应行为，毫不夸张地说，几乎所有化学知识均起始于元素周期表。

介绍元素周期表的书籍非常多，但《元素周期表》这本科普读物更加值得一读。此书用简短的篇幅、通俗易懂的语言总结了元素周期表的渊源、意义以及与元素相关的zui新发现，可读性很强。

作为元素周期表中的“住户”，元素的发现几乎与人类文明相伴。像铁、铜、金、银等容易以单质形态存在的元素发现得zui早，之后从铁器时代到青铜时代，从炼金术到电解技术，从核辐射到核裂变，元素周期表逐步被填充并扩展，新“住户”不断占据各自的位置。直至今日，仍然有新的元素被发现（合成），而且关于元素在生命起源、物种进化中的作用以及元素如何精准调控材料性能及生命过程等仍然是科学家们非常关注的科学问题。

元素以及元素周期系统的发现体现了科学家的智慧和执着精神，非常具有故事性。大家对拉瓦锡、道尔顿、洪堡、盖—吕萨克、阿伏伽德罗、门捷列夫、居里夫人等科学家发现元素、总结元素周期规律的故事耳熟能详，但也有像法国地质学家尚古尔多阿这样做出了关键发现而被忽视的科学家的例子。现代元素周期表经历了150多年的修改和完善，进化出众多外形各异、种类繁多的展示方式，但门捷列夫等先驱所“搭建”的元素周期系统得到了完美保留，成为成果zui丰富、结构zui统一的科学体系之一。元素在周期表不同行列中排列的方式，能反映出它们的许多关系，为解释和预测元素的理化性质及可能的价键结构奠定了基础。目前大家在教科书中，在实验室和教室等场所看到zui多的是中长式表，该表将镧系和锕系元素排在主表的下方。

与元素周期表排布方式密不可分的重要问题是为什么元素会出现周期性重复但又间隔不同的变化规律，即周期系统。尽管至今我们仍然无法完美解释，但不可否认，量子力学通过推断电子在核周围位置的排列推动了研究周期系统的进程，为解析周期系统提供了巨大帮助。波尔将量子力学应用在原子体系中，提出周期表中任意一族元素之间的相似性均在于它们拥有数量相等的外层电子。之后人们将电子看作粒子同时又看作波，电子不再沿确定的轨迹或者说轨道绕原子核运动，而用弥散的电子云来描述。以周期系统为指导，即使人们不了解100多种元素的性质，仍然可以根据它在周期表中所处的位置（主族、过渡金属、镧系、锕系）以及这些位置上下典型已知“住户”的性质对其做出有效预测。钇钡铜氧超导体的探索、非铂类抗肿瘤药物的发现等均是基于同族元素化学相似性而展开的前沿研究。

元素周期表的发现非常伟大，因此，联合国教科文组织为纪念门捷列夫发现元素周期表150年，宣布2019年为“国际化学元素周期表年”。我希望与阅读此书的读者朋友分享的一点是，元素的发现以及元素周期表的完善永无止境，能更加完美地诠释元素性质的周期表一定会出现。