元素周期表：探究物质世界奥秘的一把金钥匙

　　作者：白春礼，来源： 中国科学报

　　联合国大会宣布 2019 年为国际化学元素周期表年，旨在纪念俄罗斯化学家门捷列夫在 150 年前发表元素周期表这一科学发展史上的重大成就。

　　世界万物是由什么最基本的物质构成的？这些最基本的物质又是怎样变成万物世界的？这是人类一直好奇并致力于破解的物质世界奥秘。150 年前，门捷列夫发现了元素周期律并发表了元素周期表，成为打开物质世界奥秘之门的一把金钥匙。

　　元素周期表把构成万物的基本元素组成了一个相互联系的完整体系，简单、清晰却非常深刻地揭示出复杂物质世界的内在规律。它的出现，使化学研究实现从现象到本质的根本性飞跃，是化学作为一门科学的重要理论基石。从这个意义上说，元素周期表对于化学的重大意义，完全可以媲美于同时代的麦克斯韦方程对于物理学、达尔文进化论对于生物学的重大意义。

　　对元素的研究是近代化学最重要的内容，元素周期表无疑为预测和发现新元素指明了一条光明的道路。受限于当时的研究基础和条件，门捷列夫发表的元素周期表并不完善，最初只收录了氢、碳、金等 63 个元素，还留下一些空格。之后，科学家按图索骥，陆续发现了镓、钪、锗等新元素。20 世纪初，镭、钋、锕等一批天然放射性元素的发现，成为化学发展最激动人心的一段历史。

　　目前，寻找新元素进入到人工合成放射性元素和超重元素的新阶段，元素家族成员不断扩大，现在已有 118 个元素。元素周期表也不断修订完善，填满了整整 7 个周期，几乎是门捷列夫时代的两倍。这方面的工作中国科学家也发挥了重要作用。中国科学院近代物理研究所合成出 30 余种新核素，精确测量了 50 余种短寿命原子核质量。

　　元素周期律作为化学研究中最重要、最基础的理论，科学指导了化学合成，极大推动了化工以及材料、健康、能源、农业等相关产业的发展。目前已有的化合物超过了 1 亿个，预计未来 50 年新化合物将超过 6.5 亿个。这些化合物成为我们衣、食、住、行等日常生活中不可或缺的重要物质基础，比如塑料、药物、化妆品等，极大地提高了我们生活、工作的质量，深刻影响了我们生活、工作的方式。

　　元素的研究有力支撑了生物学、天文学、物理学等多个学科的发展。微量元素是分析和监测生命体系中新陈代谢、健康状况的重要指标，元素光谱为探测宇宙天体提供了最关键的技术手段，元素丰度为宇宙大爆炸理论提供了最有力的证据。

　　化学作为最重要的基础学科之一，在门捷列夫发表元素周期表后相当长的一个时期，国际上还看不到中国化学家的身影。经过几代化学家的不懈努力，中国的化学研究与发展从无到有、从小到大，取得了长足进步。现在，我国化学基础研究和以化学为依托的化学工业迅速发展，在晶体材料、纳米材料、超导材料、催化材料等方面，取得了一批有重要影响的原创成果，高水平论文总量、高被引论文总数等都居世界前列，已经成为国际化学界的一支重要力量。

　　在过去 350 多年化学发展史上，门捷列夫的元素周期表开辟了化学研究的一个崭新时代，门捷列夫身上体现的科学精神为科学家和科学研究树立了一个标杆。

　　今天，我们纪念元素周期表发表 150 周年，就是要让更多的人始终能够认识到，科学是一项恒久的事业，重大科学创新都是几代人接续研究、不懈努力的结果，需要国家和社会的大力支持；就是要高度重视基础研究和原始创新，充分鼓励科学家始终保持一份好奇心，能够瞄准重大科学问题，执着专注不懈追求；就是要在社会公众中大力弘扬科学精神，传播科学知识，倡导科学文化，在全社会形成尊重科学、热爱科学、运用科学的良好氛围。

　　未来，对元素的探索不会止步，更多的奥秘仍然有待发现。元素周期表是否有边界、还会如何扩展，是否存在超重元素稳定岛，甚至宇宙中是否有反物质存在？元素是如何组成化合物，化合物又如何从分子组装成团簇、纳米颗粒直至宏观物质？这些问题需要全世界化学界共同努力，共同回答和解决。

　　未来，经济社会发展的各种重大需求和重大挑战，需要化学提供更好的解决方案。保障和提升人类生存和发展的质量，实现环境友好、绿色低碳的可持续发展，解决全球共同面临的气候、能源、环境和健康等重大问题，促进经济社会繁荣发展，化学还肩负重任，还有更加广阔的发展空间。中国化学家一定能为化学的未来发展作出更大的贡献。