元素周期律的發(fā)現(xiàn)是許多科學家共同努力的結果.
1789年,拉瓦錫出版的《化學大綱》中發(fā)表了人類歷史上第一張《元素表》,在這張表中,他將當時已知的33種元素分四類.
1829年,德貝萊納在對當時已知的54種元素進行了系統(tǒng)的分析研究之后,提出了元素的三元素組規(guī)則.他發(fā)現(xiàn)了幾組元素,每組都有三個化學性質(zhì)相似的成員.并且,在每組中,居中的元素的原子量,近似于兩端元素原子量的平均值.
1850年,德國人培頓科弗宣布,性質(zhì)相似的元素并不一定只有三個；性質(zhì)相似的元素的原子量之差往往為8或8的倍數(shù).
1862年,法國化學家尚古多創(chuàng)建了《螺旋圖》,他創(chuàng)造性地將當時的62種元素,按各元素原子量的大小為序,標志著繞著圓柱一升的螺旋線上.他意外地發(fā)現(xiàn),化學性質(zhì)相似的元素,都出現(xiàn)在同一條母線上.
1863年,英國化學家歐德林發(fā)表了《原子量和元素符號表》,共列出49個元素,并留有9個空位.
上述各位科學家以及他們所做的研究,在一定程度上只能說是一個前期的準備,但是這些準備工作是不可缺少的.而俄國化學家門捷列夫、德國化學家邁爾和英國化學家紐蘭茲在元素周期律的發(fā)現(xiàn)過程中起了決定性的作用.
1865年,紐蘭茲正在獨立地進行化學元素的分類研究,在研究中他發(fā)現(xiàn)了一個很有趣的現(xiàn)象.當元素按原子量遞增的順序排列起來時,每隔8個元素,元素的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)就會重復出現(xiàn).由此他將各種元素按著原子量遞增的順序排列起來,形成了若干族系的周期.紐蘭茲稱這一規(guī)律為“八音律”.這一正確的規(guī)律的發(fā)現(xiàn)非但沒有被當時的科學界接受,反而使它的發(fā)現(xiàn)者紐蘭茲受盡了非難和侮辱.直到后來,當人人已信服了門氏元素周期之后才警醒了,英國皇家學會對以往對紐蘭茲不公正的態(tài)度進行了糾正.門捷列夫在元素周期的發(fā)現(xiàn)中可謂是中流砥柱,不可避免地,他在研究工作中亦接受了包括自己的老師在內(nèi)的各個方面的不理解和壓力.
門捷列夫生于1834年,10歲之前居住于西伯利亞,在一個政治流放者的指導下,學習科學知識并對其產(chǎn)生了極大興趣.1847年,失去父親的門捷列夫隨母親來到披得堡.1850年,進入中央師范學院學習,畢業(yè)后曾擔任中學教師,后任彼得堡大學副教授.
1867年,擔任教授的門捷列夫為了系統(tǒng)地講好無機化學課程中,正在著手著述一本普通化學教科書《化學原理》.在著書過程中,他遇到一個難題,即用一種怎樣的合乎邏輯的方式來組織當時已知的63種元素.
門捷列夫仔細研究了63種元素的物理性質(zhì)和化學性質(zhì),又經(jīng)過幾次并不滿意的開頭之后,他想到了一個很好的方法對元素進行系統(tǒng)的分類.門捷列夫準備了許多類似撲克牌一樣的卡片,將63種化學元素的名稱及其原子量、氧化物、物理性質(zhì)、化學性質(zhì)等分別寫在卡片上.門捷列夫用不同的方法去擺那些卡片,用以進行元素分類的試驗.最初,他試圖像德貝萊納那樣,將元素分分為三個一組,得到的結果并不理想.他又將非金屬元素和金屬元素分別擺在一起,使其分成兩行,仍然未能成功.他用各種方法擺弄這些卡片,都未能實現(xiàn)最佳的分類.
1869年3月1日這一天,門捷列夫仍然在對著這些卡片苦苦思索.他先把常見的元素族按照原子量遞增的順序拼在一起,之后是那些不常見的元素,最后只剩下稀土元素沒有全部“入座”,門捷列夫無奈地將它放在邊上.從頭至尾看一遍排出的“牌陣”,門捷列夫驚喜地發(fā)現(xiàn),所有的已知元素都已按原子量遞增的順序排列起來,并且相似元素依一定的間隔出現(xiàn).
第二天,門捷列夫將所得出的結果制成一張表,這是人類歷史上第一張化學元素周期表.在這個表中,周期是縱行,族是橫行.在門捷列夫的周期表中,他大膽地為尚待發(fā)現(xiàn)的元素留出了位置,并且在其關于周期表的發(fā)現(xiàn)的論文中指出：按著原子量由小到大的順序排列各種元素,在原子量跳躍過大的地方會有新元素被發(fā)現(xiàn),因此周期律可以預言尚待發(fā)現(xiàn)的元素.
事實上,德國化學家邁爾早在1864年就已發(fā)明了“六元素表”,此表已具備了化學元素周期表早幾個月,邁爾又對“六元素表”進行了遞減,提出了著名的《原子體積周期性圖解》.該圖解比門氏的第一張化學元素表定量化程度要強,因而比較精確.但是,邁爾未能對該圖解進行系統(tǒng)說明,而該圖解側重于化學元素物理性質(zhì)的體現(xiàn).
1871年12月,門捷列夫在第一張元素周期表的基礎上進行增益,發(fā)表了第二張表.在該表中,改豎排為橫排,使用一族元素處于同一豎行中,更突出了元素性質(zhì)的周期性.至此,化學元素周期律的發(fā)現(xiàn)工作已圓滿完成.
客觀上來說,邁爾和門捷列夫都曾獨自發(fā)現(xiàn)了元素的周期律,但是由于門捷列夫對元素周期律的研究最為徹底,故而在化學界通常將周期律稱為門捷列夫周期律.