1.

1834年2月8日，德米特里·门捷列夫（Dmitri Mendeleev）出生于俄罗斯西伯利亚托博尔斯克市。那里是西方文明的边缘，距离巴黎甚至比北京还要远一千公里。可能谁也想不到，就在这样一个偏远的地方，走出了一位史上最伟大的化学家之一。

门捷列夫的早期生活是极其不易的。他的家中有十几个兄弟姐妹，他是最小的一个。在小德米特里出生不久之后，他的父亲伊凡（Ivan）就因健康状况不佳而被迫从高中教师的职位上退休。由于父亲的退休金不足，他的母亲玛丽亚（Maria）不得不从她的兄弟手中接管了一家几近废弃的玻璃厂以维持生计。不幸的是，在小德米特里13岁的时候，父亲过世，玻璃厂也毁于大火之中。

在面临经济窘迫的情况下，玛丽亚还是意识到年轻的德米特里具有学术潜力，她决定优先考虑他的教育问题。因此，她带着德米特里和他的两个兄弟姐妹去了莫斯科。这是个非常大胆的决定，因为当时的交通基础设施非常有限，而莫斯科距离他们有2000多公里。当他们到达莫斯科时，莫斯科大学拒绝接收门捷列夫，因为他是西伯利亚人。

○ 门捷列夫（1897年）。| 图片来源：维基百科

在这个计划失败后，他们辗转搬去了圣彼得堡。1850年，德米特里被他父亲曾经接受教师培训的大学勉强录取。在那里，他遇见了一位讲师Alexander Voskresensky，这位讲师曾在李比希（Justus von Liebig，被认为是有机化学的创建者，被誉为历史上最伟大的化学教育家之一）的门下学习，正是Voskresensky激发了德米特里对化学的兴趣。

1855年，门捷列夫于毕业，他的论文（关于物理形式和化学组成之间的类质同向及其他关系）被发表在了一份采矿杂志上，随后他的其他文章又发表在一些科学和技术期刊上，但他仍然没有稳定的收入。那时，他的母亲和姐姐都已经去世了，他自己也似乎患上了肺结核。然而，在克里米亚较为温和的气候下任教一年之后，他的健康状况有了显著改善，一位新的医生否定了他之前的诊断。

1856年秋天，门捷列夫成功地完成了硕士论文的答辩，主题是物质的比容（单位质量的物质所占的体积）与其晶体学和化学性质之间的关系。不久之后，圣彼得堡大学授予他化学助教的资格，允许他进入学校的实验室。1859年，他接受国家资助得以出国深造两年。

2.

在德国海德堡大学，门捷列夫做过几个课题的研究，比如表面张力、毛细现象和蒸发。在他的整个职业生涯中，一直对分子间作用力保持着极大的兴趣。

1860年，门捷列夫参加了在德国举办的有史以来第一次的国际化学大会——卡尔斯鲁厄会议。会议的主要目标是建立当时迫切需要的标准化学方法，与会者还包括了像凯库勒（August Kekulé）、本生（Robert Bunsen）和法拉第（Michael Faraday）等化学界的传奇人物。在会上，意大利化学家坎尼扎罗（Stanislau Cannizzaro）发表了一篇关于原子量（现在称为相对原子质量）的开创性论文。这是迈向周期性系统的关键一步，因为之前在为元素分配原子量方面，存在着相当大的争议。

○ Stanislau Cannizzaro

当时，一些化学家认为原子量并不重要，甚至完全否认原子的物理存在。还有一些人倾向于相信认定氧的原子量为8、水的分子式是HO而不是H₂O的体系。但是在卡尔斯鲁厄会议上，坎尼扎罗让阿伏伽德罗（Amadeo Avogadro）的想法重焕生机——他认为水的分子式是H₂O，氧的原子量是16。慢慢的，人们的意见转向赞同坎尼扎罗的一边，这对于门捷列夫来说是幸运的，因为在更古老的体系中，能引导他发展出元素周期表的那种规律性并不明显。

1861年，门捷列夫回到圣彼得堡，继续在大学任教。与此同时，他还撰写了一本500页的教科书《有机化学》，将自己所知道的一切都列写到书中。当时他年仅27岁。除此之外，他也四处旅行，试图寻找将科学发现应用于俄国的经济发展的机会。例如，在1863年对巴库油田的一次访问让他对新兴的石化工业产生了深远的兴趣。（门捷列夫酷爱旅行，也是优秀的摄影师和收藏家，甚至被认为是出色的行李制造商）

1865年，门捷列夫的博士论文（关于溶液理论）被接受。1867年，他开始担任大学的化学教授，并开始讲授无机化学。他发现当时缺乏令人满意的俄语教材，于是决定开始自己编写。这项工作让他将注意力集中到如何把化学元素排列成有序的模式。

门捷列夫并不是第一个尝试这么做的化学家，在他之前，德国的格梅林（Leopold Gmelin）、法国的杜马斯（Jean-Baptiste Dumas）和英国的纽兰兹（John Newlands）等人都对元素进行过排列。门捷列夫了解其中的一部分工作，但在一些重要的方面上，他有着别具一格的方法。

3.

突破出现在1869年初，当时门捷列夫正在准备进行另一次工业之旅，这次是为了研究和改进乳酪的制作技术。在完成了教科书《化学原理》的第一卷之后，他正在努力为第二卷建立一个框架，后来他回忆道：

”我开始察看元素的原子量和一些基本性质，并将类似的元素、类似的原子量写在不同卡片上，这很快就让我相信，元素性质的周期性与它们的原子量有关……“

门捷列夫把卡片成行成列地摆放着，好像在玩单人纸牌游戏那样，这是他在火车旅行中最喜欢的消遣方式。在垂直方向上，他按照原子量的增加列出已知的元素，每当可以将具有类似特征的元素放入水平方向的同一行时，就会开始一个新的列。

正如其他化学家所注意到的那样，有几组元素（特别是碱金属和卤素）显然属于一类。但是，其他许多元素，特别是稀土元素（镧系元素），无论如何都存在排序问题。在这一点上，门捷列夫不同于他的大多数前辈，他拒绝在这个问题上妥协。

当他发现哪些元素在表格中的位置不太正常时，他敢于对这些元素的原子量进行调整，让它们与更多的元素兼容。例如，他提出氧化铍的公式是BeO，而不是大家认为的Be₂O₃，这降低了铍的原子量，将铍定位在了与镁同一组的位置，而不是铝。

1869年3月6日，门捷列夫将表格的第一张草图提交给了俄国化学学会，这是他在几个月前帮忙建立的一个组织。同年晚些时候，该协会的期刊发表了一个更全面的版本，其中一段简短的摘要被翻译成了德文。这张表格几乎没有在俄国以外的任何地方引起注意，但他坚持了下来，继续在自己的桌子上摆放更多的卡片。

○ 门捷列夫在1869年发表的元素周期表，将当时已知的63种元素按照原子量排列。| 图片来源：Wikimedia Commons

4.

门捷列夫于1871年修订后的表格于我们现代人看来更为熟悉。为了制定这个表格，他做了进一步的假设。例如，他降低了碲（Te）的原子量，使它的邻居碘（I）成为两种元素中更重的那个。这样一来，他就可以将碘和卤素放在一起，把碲和硫（S）、硒（Se）放在一起。这种调整可以说是在当时的实验误差范围之内。但是门捷列夫所不能预见到的是，在后来成为了元素周期表的排序原则的不是原子量，而是原子序数；他也没能预见到质谱法对同位素的识别最终会解释这些和其他异常现象。

○ 1871年的修订版。| 图片来源：维基百科

门捷列夫大胆地为尚未发现的元素留出空隙，如此一来便符合他所预想的模式，加强了表格的连贯性。除了预测它们的化学性质，他还为它们的物理性质（如比重和熔点）加上了概念上的数值。

1875年，法国化学家德布瓦博德兰（Paul Lecoq de Boisbaudran）用光谱法第一次鉴定出了元素镓（Ga）。当有足够的镓可以用于测试后，人们发现镓的所有性质几乎都符合门捷列夫的预测。

1879年发现的钪（Sc）和1885年发现的锗（Ge）都显示出门捷列夫所预言出的性质，这使更多的化学家认可门捷列夫的周期表。与此同时，其他研究人员（特别是德国化学家劳尔·梅耶）也强调了元素物理性质的周期性变化。门捷列夫后来说：“虽然我对一些模糊之处有所怀疑，但我从来没有怀疑过这条定律的普遍性，因为它不可能是偶然的结果。” 

○ 梅耶比门捷列夫更加早便写下了一个与门捷列夫相似的列表。2012年，比任何人都了解门捷列夫的科学史学家Michael Gordin发表了一篇关于元素周期表优先权之争的文章，他在开篇便写道：“我不知道是谁发现了化学元素的周期系统。”。| 图片来源：维基百科

虽然门捷列夫关于周期性的基本原理是正确的，但作为先知，他也不是绝对正确的。例如他还预言过几种从未被发现的其他元素。直到生命的最后，他都一直认为以太（在当时的光和电磁学的一些理论中认为必不可少却又无法检测到的成分）就是一种化学元素，并试图在实验室中分离出以太。他认为，以太可能是最轻的惰性气体，原子量为0.17。

5. 

虽然门捷列夫最著名的工作是元素周期表，但事实上他有着非常广泛的兴趣。他的许多工作都是非常实际和实用的。他试图提高各个行业的效率：他是第一个提出使用管道运输燃料的人；他还帮助俄国建造了第一座炼油厂；他还在自己的土地上试验了化肥，并提倡在农业上更加广泛地使用化肥。

门捷列夫对造船和北极海上航行非常着迷，并发表了40多篇相关科学论文。他的专业知识使他参与了世界上第一艘能在北极航行的破冰船“叶尔马克号”的设计和建造，这艘破冰船于1898年下水。他还与俄罗斯海军在其他事务上合作——应他们的要求开发自己的无烟火药配方。

○ 门捷列夫帮助建造了世界上第一艘北极破冰船。| 图片来源：维基百科

1887年，为了观测日食，他独自乘坐热气球升空，尽管他从未操作过热气球也不知道如何降落。

6.

在他的私人生活中，门捷列夫敢于打破常规。他一年只剪一次头发，修一次胡子，即使要面见沙皇也拒绝改变这一习惯。

在政治上，门捷列夫是一个特立独行的人，他是一个直言不讳的自由主义者。1890年，为了不参与到政府对学生抗议活动的严厉镇压中，门捷列夫辞去了自己的教授职务。这一举动赢得了学生们的喝彩，却引发了官场的敌意。然而，自1892年起担任俄国财政部长的Sergius Witte却对门捷列夫的贡献赞赏有加，他在1893年任命门捷列夫为政府计量局局长。在此基础上，门捷列夫继续用科学知识协助俄国的经济发展。

1905年，伦敦皇家学会授予门捷列夫科普利奖章（英国皇家学会仍在颁发的最古老的科学奖章），而在1882年，它已经获得了戴维奖章（以无机化学之父汉弗里·戴维的名字命名）。1906年，他被提名为诺贝尔奖候选人。然而，尽管化学小组支持这一提名，评奖委员会却以他的发现时间不够近为由，裁定他不足以获得被考虑的资格。这一决定可能受到了瑞典物理化学家阿伦尼乌斯（Svante Arrhenius）的影响，他过去曾与门捷列夫发生过冲突。

○ 在斯洛伐克首都伯拉第斯拉瓦的门捷列夫和元素周期表的雕塑。| 图片来源：维基百科

1955年，加州大学伯克利分校的物理学家们用α粒子轰击99号元素，产生了微量的101号元素。这个新元素被正式确认为“钔”（Md，以门捷列夫命名的放射性元素，有意思的是，门捷列夫拒绝相信在19世纪末发现的放射性理论），他的名字终于被正式嵌入了自己所创建的表格中。那时，表格的结构布局已经可以用亚原子结构和量子能量交换来解释，其详细程度是门捷列夫所无法预见的。然而，这丝毫不会降低他的成就的地位，他所做出的贡献足以使我们理解元素的基础，当之无愧地被后人视为是现代化学的奠基人之一。