元素周期表 
在当代教育体制下，元素周期表不应该是陌生的东西。每年高考的化学试卷，至少有一题会涉及元素周期律或元素周期表。不要说高中会详细地介绍元素周期表，就是初中化学也会讲到它。一张小小的元素周期表（图1-11），包含宇宙和大自然物质组成的重要信息；它不但是化学研究的重要参考，而且是跨界学科产生联想和创意的源泉，可以指导和启发科学研究，是可以深度开发的宝藏。它所显示出的构成宇宙的元素的有序和由元素演变出万事万物的多彩，透露了宇宙自组装的秘密。
图1-11 元素周期表
元素周期表告诉我们，世界是由各种元素构成的。这些元素因为构成基本粒子的数量不同而呈现周期性变化。这种变化是事物由量变到质变的典型的例子。
虽然古代哲人猜测到世界本质上是由某些基本的要素构成的，并且很早就提出了原子的概念，但他们列举的构成世界的要素如金、木、水、火、土等都是具象的物质，不能称之为元素。元素是构成世界万物的基本单元原子的总称，原子是极细小的微粒，不借助特殊的装置，根本就看不见。这虽然令人难以置信，却是实实在在的自然存在。
元素周期表还告诉我们，元素是由更小的微粒构成的。
例如电子，就是构成元素的原子外壳的微粒。它小到什么程度？如果把一个针尖比喻为一个篮球场，那么一个电子只是这个球场上的一粒极其细小的沙子。我们如果要用宏观的尺子来测量电子，以米（m）为单位，它的大小的量级只是1×10-16；重量只有0.9×10-30千克(kg)，小到即使用显微镜也看不到！
元素周期表还告诉我们，有些元素具有放射性。
这种放射性也是一种“自发”发生的核物理现象。只要原子结构达到一定的复杂程度，用周期表的语言说，只要原子序数在某一个数值以上，这时元素就具有放射性。放射性元素(确切地说应为放射性核素)能够自发地从原子核内部放出粒子或射线，同时释放出能量，这种现象叫做放射性，这一过程叫做放射性衰变。含有放射性元素如铀（U）、钍（Th）、镭（Ra)的矿物叫做放射性矿物。 原子序数在84以上的元素都具有放射性，原子序数在83以下的某些元素如钾（K）、铷（Rb）等也具有放射性。
什么是原子序数？原来构成世界的元素的每一个原子，都是由原子中心的核子和在其外围绕核子高速运转的电子组成的。核子中的质子（带正电）数和核外电子（带负电）数的数量相等，才能保持原子的中性和稳定。而这个质子和电子的数量，是从1开始以自然数增长着的，这个顺序增长的数字，就是元素的原子序数。目前为止已经知道的自然和人工合成的元素的序数已经到了118。
但是，由于每个元素都有同位素（同位素是指在同一个原子序数内，也就是周期表中的同一种元素所处的位置内，质子和电子数相同而中子数不相同的核素），因而同一种元素的原子核有可能会有很多种，人们可以在一种元素的原子核内置入中子而构成同位素，这些同位素大多数都是不稳定的。因而也称做放射性同位素。现在人们已经发现1900种核素，其中稳定的只有约300种，其余1600种中只有60种是天然放射性核素，其余都是人工制造的放射性同位素。
铀是大名鼎鼎的放射性元素。铀的原子序数是92，它是制造原子弹的重要原料，是目前世界上最重要的战略物质，因此我们会比较熟悉。但是，我们并不熟悉的是“放射性”，或者对“放射性”只有狭义的理解。认为只有某些结构的核子所具有的能量不稳定状态，才会出现放射性，以便使自己稳定下来。确实，原子经过一定时间放射后，原来的原子会变成另一种原子，达成稳定。例如铀衰变为铅。
核子的衰变是由一种元素转变为另一种元素的过程，这个过程的时间是不一样的，人们用“半衰期”来表述放射性元素的这种性质。半衰期是指放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。放射性元素的半衰期长短差别很大，长的达数百亿年，短的则远小于一秒。
放射性元素的衰变过程都是重元素转变为轻元素，其中质量的减少正是以放射性的形式转变为能量，这符合爱因斯坦的质能公式。奇怪的是，具有自然放射性的元素都有很长的半衰期，含有与地球历史一样长的半衰期原子核，衰变过程中都会有中间产物气态物质氡（Rn），最终得到的都是稳定核素铅（Pb）。
元素具有放射性非常重要，这为我们利用原子能提供了重要的线索。并且因为“放射性”对生命所具有的强烈杀伤力，人们避之唯恐不及。但是，人们在了解核素的这种基本性质的时候，还会研究都有哪些基本粒子具有这种放射性功能，能够向空间发射粒子流。结论是所有的基本粒子都有可能以一种粒子发射出能量，这个粒子就是光子。是的，光子是宇宙中最普遍和最高速发射的基本粒子。因为光子太多太快，人们对它反而“视而不见”了。
原子核外的电子围绕着核子在不停地高速飞转。它们互不碰撞地几乎可以同时出现在原子核外围空间的任何地方，以至于“看上去像云”。因此人们将电子在核外运行的状态描述为“电子云”，这就像杂技演员玩的火流星一样。电子不只是这样活跃和忙碌，而且还担负着重要的使命。所有与电有关的事物，都与这个电子有关。电子可以受激出现发射，以电磁波的形式向宇宙发散，这是另一种“放射性”。显然，这应该是基本粒子的本性之一。
我们现在每天都在与电子打交道，你打开或关闭电子开关，就是在操控电子，让电子流动或停止。电子产品充斥世界，强电、弱电、有线电、无线电……，电波在宇宙中飞速传播，我们现在已经离不开电子产品为我们构建的电子世界。电子既参加物质的自组装过程，也承担有传播信息的任务。光子是比电子更基本的粒子，一个光子会在特定条件下产生出一对正负电子。一对正负电子也会转变为一个光子。
门捷列夫和元素周期表
发现各种元素呈现周期性变化规律的化学家是俄国的门捷列夫（图1-12）。门捷列夫出生在俄国西伯利亚的托博尔斯克市。他从小热爱劳动，喜爱大自然，学习勤奋。1848年进入彼得堡专科学校学习。两年后进入彼得堡师范学院学习化学。毕业后取得教师资格，在敖德萨中学任化学教师。在教学的同时继续学习和研究，获化学高等学位。1857年首次取得大学职位，任彼得堡大学副教授，随后到德国海德堡大学深造。于1860年参加了在卡尔斯鲁厄召开的国际化学家代表大会，进一步拓展了研究化学的视野。1861年回彼得堡从事科学著述工作。
图1-12 门捷列夫（1834—1907）
1860年门捷列夫在考虑著作《化学原理》一书写作计划时，深为无机化学缺乏系统性所困扰。于是，他开始搜集每一个已知元素的性质资料和有关数据，把前人在实践中所得成果，凡能找到的都收集在一起。人类关于元素问题的长期实践和认识活动，为他提供了丰富的材料。他在研究前人所得成果的基础上，发现一些元素除有特性之外还有共性。例如，已知卤素元素的氟、氯、溴、碘，都具有相似的性质；碱金属元素锂、钠、钾暴露在空气中时，都很快就被氧化，因此都是只能以化合物形式存在于自然界中；有的金属如铜、银、金都能长久保持在空气中而不被腐蚀，正因为如此它们被称为贵金属。
于是，门捷列夫开始试着排列这些元素。他把每个元素都建立了一张长方形纸板卡片，在每一块长方形纸板上写上了元素符号、原子量、元素性质及其化合物。然后把它们钉在墙上排了又排。经过了一系列的排队以后，发现了元素化学性质变化的规律性：元素的性质随着原子量的递增而呈周期性的变化，即元素周期律。他根据元素周期律编制了第一个元素周期表，把已经发现的63种元素全部列入表里，从而初步完成了使元素系统化的任务。当有人将门捷列夫对元素周期律的发现看得很简单，说他是用玩扑克牌的方法得到这一伟大发现的，门捷列夫却认真地回答说，从他立志从事这项探索工作起，一直花了大约20年的工夫，才终于在1869年发表了元素周期律。他把化学元素从杂乱无章的迷宫中分门别类地理出了一个头绪。他具有很大的勇气和信心，不怕名家指责，不怕嘲讽，勇于实践，敢于宣传自己的观点，终于得到了广泛的承认。为了纪念他的成就，人们将美国化学家希伯格在1955年发现的第101号新元素命名为Mendelevium，即“钔”。
门捷列夫发现，元素的性质随着原子量的增加呈周期性的变化，但又不是简单的重复。门捷列夫根据这个道理，不但纠正了一些有错误的原子量，还先后预言了15种以上的未知元素的存在。结果，有三个元素在门捷列夫还在世的时候就被发现了。1875年，法国化学家勒科克·德·布瓦博德兰发现了第一个待填补的元素，命名为镓。这个元素的一切性质都和门捷列夫预言的一样，只是相对密度不一致。门捷列夫为此写了一封信给巴黎科学院，指出镓的相对密度应该是5.9左右，而不是4.7。当时镓还在布瓦博德兰手里，门捷列夫还没有见到过。这件事使布瓦博德兰大为惊讶，于是他设法提纯，重新测量镓的密度，结果证实了门捷列夫的预言，相对密度确实是5.94。这一结果大大提高了人们对元素周期律的认识，它也说明很多科学理论被称为真理，不是在科学家创立这些理论的时候，而是在这一理论不断被实践所证实的时候。当年门捷列夫通过元素周期表预言新元素时，有的科学家说他狂妄地臆造一些不存在的元素。而通过实践，门捷列夫的理论受到了越来越普遍的重视。
后来，人们根据周期律理论，把已经发现的100多种元素排列、分类，列出了今天的化学元素周期表，张贴于实验室墙壁上，编排于辞书后面。它更是我们每一位学生在学化学的时候，都必须学习和掌握的一课。
现在，我们知道，在人类生活的浩瀚的宇宙里，一切物质都是由这100多种元素组成的，包括我们人本身在内。
门捷列夫当时并不可能知道物质的基本结构，他当年所能获得的关于元素的信息是有限的。但是就是这些有限的却是确定的化学信息，使他经过深思熟虑，根据推理作出了重要的科学发现。这正是他被人们永久纪念和颂扬的原因。从有限的元素中推论出当时尚没有发现和认识的元素，打开了人类认识物质世界本质的大门，需要怎样的智慧和勇气啊！
我们读到这里，不禁要问，元素是从哪里来的？