元素周期律的发现
世界上的物质形形色色，各种各样，但是构成这大千物质世界的基本微粒——元素却不多，目前已知的也只不过百余种。科学家们把这一百多种元素，按照它们的原子核所带的电荷的多少（即原子序数）依次由少到多进行排列，并把性质相似元素排在一起，这样就得到了一个表，这个表就叫元素周期表。
元素周期表揭示了元素之间内在的本质规律，它是科学家们研究化学的指南。
1．探索元素的规律
元素周期律的发现和其他规律的发现一样，也是经历了一个艰难的历程。
在18世纪中叶到19世纪中叶的100年间，每两年半才有一种新元素问世。到1869年，科学家共发现了63种新元素，积累了许多关于这些新元素性质的研究资料。但是这些资料却是杂乱无章的，搞得科学家们眼花缭乱。其实早在19世纪初，当陆续发现近40种元素的时候，科学家们就在思考：自然界中究竟有多少种元素？元素与元素之间究竟有什么内在联系？化学家们依照各种各样的方式进行排列组合，真是八仙过海，各显其能。比较典型的有：1829年德国的化学教授多贝赖因纳提出的“三元素组”，它是把性质相似的3个元素归成一组；1864年德国人J·L。迈尔提出的“六元素表”，它是把六个元素归为一组；1862年法国矿物学教授陈库图瓦提出的“螺旋图”，它是按原子量把元素排成螺旋状；1865年英国人纽兰兹提出的“八音律”，它是在发现每8个元素就出现性质相似的元素的基础上提出的。自19世纪，人们就开始归纳总结元素知识，试图从中找出规律。在1869年以前的这种探索有几十起之多，从“三元素”到“八音律”一步一步向真理逼近，为周期律的发现开辟了道路。
2．门捷列夫的发现
俄罗斯化学家门捷列夫也投身于元素规律的探索之中。门捷列夫于1834年2月7日出生于托波尔斯克的中学教授家庭，自幼丧父，他是在他姐夫的启迪下爱上科学的。门捷列夫一生在化学上的贡献很多，其最主要的贡献就是发现了元素周期律。
1865年，门捷列夫在彼得堡大学教授无机化学。当他准备着手编写无机化学教科书《化学原理》时，面对那些杂乱无章的元素，他不知如何排列为好。“于是他便停止了教科书的编写，开始探索元素世界的奥秘。他对前人所做的大量实验事实进行验证、分析和概括，而后细细地思索，寻找其中的规律。整天满脑子的化学元素搅得他寝食不安，然而几年过去仍无头绪。
门捷列夫爱玩纸牌，1868年的冬天，他别出心裁地想到把已知的63种元素制成纸牌来“玩一玩”，看能否找出什么规律来。于是他剪出了63张大小相同的卡片，他在每张卡片写上一种元素的名称、符号、原子量和主要性质。每个元素一张卡片，共63张，好像一副扑克牌。于是，他摆弄起这副特殊的扑克牌来。
开始，他按照元素的颜色排列卡片、比较各个元素，希望能找出它们相互之间的联系，但很快他就发现这行不通，因为任何元素在温度改变时都能发生状态的转变，而且有许多元素在状态不同的情况下，颜色并不相同。他又想去比较各种元素的比重，但是他发现，比重和元素的某些其他性质如导电性、导热性一样，都不是元素的根本性质，它们都会随条件变化而变化。就这样，他一连拨弄了三天三夜，仍然什么结果也没有。他又回过头来认真研究前人所做的工作、所积累的资料，总结失败的教训。
在研究的过程中，他发现原子量是永久伴随着元素而又始终不变的量。他把元素扑克牌按原子量大小进行排列，惊奇地发现有几处都是每隔7个元素又出现一个与这个元素性质十分相似的元素。于是按照这一启示，门捷列夫又进一步思考和探索，终于发现元素的性质是按原子量的大小在作周期性的重复。这就是著名的元素周期律的最初发现。
3．严峻的考验
但是，门捷列夫的这一发现，当时并没有使他出名，引来的却是人们的冷嘲热讽。1869年3月，俄罗斯化学会邀请各方专家进行专门学术讨论。会上门捷列夫仍然使用那副奇特的扑克牌向专家们演示了他的发现。不过这一次他给性质相似的元素的扑克牌上涂上相同的颜色，这样性质不同地依次被涂成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。当这63种元素扑克牌按原子量大小排成一条线时，七种颜色就像画出的光谱一样，每隔7张就有规律地重复一次。当门捷列夫把它们一截一截断开，相同颜色的上下对齐时，就能看出颜色相同的一列元素性质相似，非常直观地显示出元素的周期性变化。
可是到会的专家教授们大都在这个问题上钻研了若干年，手上也不知被实验烧了多少疤，掉了多少皮，怎能接受一个青年人用“扑克牌”作的见解。有的人当场刁难门捷列夫，问道：“门捷列夫先生，我看你那几张牌也未必就能将元素的规律演示清楚。你看六年前发现的元素钢，原子量是75．4，应排在砷和硒之间，可是这种砷就无法和它相似的磷排在一列了，硒也被挤出了硫那一列，这还算什么规律？”
对这一问题门捷列夫早已思考过，他胸有成竹地说：“我看钢的原子量很可疑，它的性质和铝相似，依我推算它的原子量就是113．1（后来事实上测得钢的原子量是114．82），它本来就不应排在砷后面，而应排在铜和锡之间”。
这时一位寿眉双垂、银须齐胸的长者发火了，他是门捷列夫的老师齐宁。过去他一直很赏识门捷列夫的才华，此时却蛮横地斥责道：“赶快收起你这一套，身为教授、科学家，不在实验室做实验，却异想天开，摆摆纸牌就想发现什么规律。这些元素难道就任你这样摆布吗？”门捷列夫见状，只好委屈地收起纸牌告退了。
门捷列夫回到家里继续摆弄着他那副纸牌。对于那些与铟的情况类似，原子量和其他元素接近而性质却不相似的元素排列时，他就预见可能有什么元素的原子量不准确。这样，他共改正了钢、铍、钛、铈、铀、铂等元素的原子量。后来这些都得到了验证。
他在研究砷元素时，发现按原子量，砷应排在锌之后，性质和铅相似，但事实上它的性质却和磷相似。他在验证了砷的原子量正确之后，心想：既然元素是一个一个被发现的，那么就应该给未被发现的元素保留一席之地。他大胆地预见在锌和砷之间，应该还有两个元素，他把它们称为“类铝”、“类硅”元素。像这样他共预见了“类硼”等11个元素的存在。
在考虑了某些元素的原子量有错误和某些来被发现的元素之后，门捷列夫又重新把元素按原子量的大小排列，性质相似的元素上下对齐。这时元素周期性变化的规律更加明显。可是当他把这一新的元素排列表公布之后，带给门捷列夫的是更为激烈的冷嘲热讽，有些权威一口否定了门捷列夫的发现。但真理终归是真理，真金不怕火炼，事实胜于雄辩。
1875年的一天，当门捷列夫正在品酒赏书时，他突然发现一则消息：法国科学院宣布布瓦博德明在1875年9月发现了一种新元素——镓。喜得他酒杯扔出了老远，大声呼喊：“这不就是我预见的那‘类铝’元素吗？”
于是他立即提笔给布瓦博德明写了一封短信：“先生，您发现的镓，就是我5年前预言的‘类铝’，只是它的比重应该是5．9，而您却测得是4．7，请您再做一次实验，我想大概是您的新物质还不够纯的缘故吧。”
布瓦博德明接到门捷列夫的这封信感到很奇怪，全世界就只有他拥有这么一点镓，这个俄国人怎么能知道它的比重应是5．9呢？于是他半信半疑，立即将仅有的1．15g镓经过提纯重新实验，结果发现铸的比重果然是5．94。他给门捷列夫回信道：“尊敬的门捷列夫先生，祝贺您的胜利，我能说什么呢？我的实验和发现，只不过是您元素周期律的一个小注解。这是您元素周期律的伟大之所在的最好例证。”
这下，门捷列夫的元素周期律在科学界才引起了极大的震动，连同他的老师齐宁也亲自登门谢罪，称赞门捷列夫是俄国人的骄傲，是科学界的骄傲。
1879年瑞典人尼尔逊发现了钪，经过测定它就是门捷列夫预言的“类硼”；1886年德国人温克勒尔发现的锗就是门捷列夫预言的“类硅”，还有他预言的11种元素中的其他元素后来也都相继被发现，都恰如其分地进入到了门捷列夫为它们安排的位置。特别是氦、氖、氩、氪、氙、氡的发现又给元素周期律增添了新的一族。至止，元素周期表更加完善了。
1913年，英国科学家摩斯莱在研究x射线波长和对阴极不同元素材料的关系时，提出原子序数的概念，原子序数等于元素的核电荷数，又等于元素的质子数。三年后，德国化学家把原子序数引入元素周期表中，元素的周期律才变成了现在的定义：元素的性质随着元素的核电荷数的递增呈周期性的变化。
元素周期律的发现，促使了无机化学研究的兴起，对后来整个化学的发展起了巨大的作用。门捷列夫为化学的发展做出了巨大的贡献。1955年，化学家们为了纪念门捷夫的伟大功绩，把101号元素命名钔。
物质到底存在着几种状态
初提这个问题，人们也许会十分肯定地回答，物质存在有三态，即气态、液态、固态。这种认识理所当然地是正确的，因为我们从接触化学、物理的那天起，就是这么学的。
对于这三种状态我们不妨先复习一下，在气态中，组成气体的原子或分子的能量非常高，各个分离的分子间的引力较低，以致各个分子可以独立地进行不规则的运动。如果分子或原子的能量降低到某点，那么分子就不能再保持其独立性而相互之间开始发生关联，但此时尚有足够的能量可供给分子进行运动，使分子在其他分子之间流动，这就是液体。假使分子的能量进一步降低到某一点时，分子之间的联系更加紧密，各个分离的分子不能互相流动，而被固定到了某个位置上，这时我们就称之为固态。
物质的这三种存在形式为我们提供了空气、水和生活的陆地。然而，随着科学的不断发展，人们渐渐地发现，物质好像并不是严格地按照这三种状态存在着，在它们之外，还有着其它存在的形式。那么这些都是什么呢？
随着高科技的发展，人们对于物质的其他存在形式的认识越来越清楚了。到了今天，终于有科学家提出，物质还存在着另外四种形式，即等离子态、超高压态、辐射场态、超离子态。
等离子态：当温度升高到数百万度或更高时，物质组成的基本单元——原子的核外电子，就会全部变成游离状态，此时气体就成为自由电子和裸露的原子核的混合物了。根据科学家的研究认为，在一定的超高温的条件下，任何物质都有可能成为等离子态。例如水银灯中、雷雨天中的闪电里都有这种等离子态存在。目前，等离子态已被广泛地应用于高能物理研究、激光、核聚变等。
超高压态：如果对于某种物质施加几百万个大气压时，其物质中原子核的核外电子就会被压变形，使带负电的电子和带正电的原子核压在一起，这样物质就会变得结构十分密集。其密度大得惊人，每立方厘米的超固态物质，可达几万吨。天文学家是最早的超高压态的发现者，他们通过对宇宙中的矮星、中子星等观察，推测这些星球的密度就处于这种超高压态。目前，这种超高压态的物质在我们地球上也成功地被制造，由于其密度极大而十分坚硬，通常用于钻探、切割等方面。对于超离子态、辐射场态目前了解得还很少，至于它们将会为人类带来什么样的影响，我们暂时无法预知。在我们对物质之态有所了解之后，又发现了这几种物质存在形式，那么物质是否还有其他的存在形式呢？只能由未来科学告诉我们了。
放射性元素的由来
在自然界或科学实验中，有一些原子是极不安分的，它们能够自发地产生变化，有高能粒子或r射线光子从它们的原子核中逃掉。由于原子核中的粒子数的减少，因而这种原子就变成了另外一种原子，而属于同一种元素的原子可以称为这种元素的同位素，这种能够从原子核释放出高能粒子和r射线的原子，我们一般称之为有放射性的原子，由这种原子构成，或由放射性同位素昕组成的元素，就是放射性元素。
放射性元素一般分为两类：天然放射性元素如铀、钍、锕等；另外是人工合成的人工放射性元素，如钷、锔、锝等。化学元素周期表显示的情况表明，在已发现的107种化学元素中，排在靠后的基本上都是放射性元素，并且以人工合成的放射性元素居多。另外一些本身并无放射性的元素，其同位素却具有放射性，这类放射性同位素也占有相当大的比重。
放射性元素都具有一个相同的特点，那就是，其原子不断进行变化并释放高能粒子和Y射线，这种变化根据自身元素的不同，时间则长短不一，长者可达数亿年，短则仅仅为几千分之一秒。因而，我们对于这种放射性元素的寿命很难估测，在化学上通常采用一种称为“半衰期”的计算方法，就是一种元素其衰变为原一半所需的时间。这种半衰期的测定既复杂、又简单，说其复杂，包括对元素内部原子活动情况的测定，这种原子发生变化可能是瞬间完成的，也可能需要很长时间，所以其原子变化是较难观测的；说其简单，这是当原子发生变化后，则很容易计算出其整体变化。
放射性元素的半衰期实际上就是对于该元素的稳定性的一种制定。如钍（上标323）这种同位素的半衰期为140亿年，那以无论从宏观还是从微观来讲，几乎与非放射元素一样具有着较高的稳定性。而氦（上标5）这种同位素，其半衰期仅仅有一千亿亿亿分之一秒，因此人们是很难看到它的存在的。
放射性元素最早是法国物理学家亨利·贝尔勒尔于1896年发现的，从那时起，人们就开始探索放射性元素为什么会有放射性。目前研究结果使人们对此有了大概的了解和认识，一般元素其原子核中有84个或多于84个质子的元素都是放射性元素。在原子核中，质子是带有正电荷的，根据库仑定律，“同种电荷相互排斥”理论，这种质子之间的相排斥力使得原子核结构很不稳定，因而，只有放出带正电荷的质子才能保持稳定状态。当质子被释放后，其原子核中质子数目减少，因而就变成了另外一种元素。一种元素是否稳定，主要取决于原子核内的中子与质子数值的比，即n：p。这个比值太大或太小都是原子核不稳定的因素所在，通常认为在1．2：1－1．5：1的范围内，是元素稳定的条件。
