1913 年,波耳引進量子理論的觀念,將電子的軌域限定在特定能階,挽救了拉塞福原子模型的致命缺陷。但這畢竟還只是假說,約莫在同時,莫斯利從實驗中發現不同元素產生不同頻率的 X 光繞射,其頻率大小恰與原子核電荷數的平方成正比,稱為「莫斯利公式」。此一結果完全吻合波耳的原子模型,才使得拉塞福/波耳的原子模型獲得普遍認同。
十八世紀末拉瓦節的化學革命,讓我們逐漸開始知道哪些才是真正的元素,而十九世紀初道耳吞所提的原子理論,又讓原子量成為化學化合時必備的數據。在1815~1816年之間,英國化學家普勞特(William Prout, 1785~1850)觀察到,當時所知各種元素的原子重量都是氫原子重量的整數倍。1829年德國化學家德貝萊納(Johann Wolfgang Döbereiner, 1780~1849)提出了「三元群」(Triaden)規則,把當時已知的53個元素中的30個元素分成三大組。
在1862年法國化學家尚古多(Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois, 1820~1886),以義大利化學家坎尼扎羅(Stanislao Cannizzaro, 1826~1910)在1858 年於法國科學院宣讀元素週期表的論文中,將原子量數值作為基礎,闡述元素會按原子量大小來排列,呈現「碲螺旋」狀(telluric helix),因「碲」元素排列在此螺旋圖案的中間。
從1863年開始,英國化學家紐蘭德(John Alexander Reina Newland, 1837~1898)開始研究化學元素性質的週期性。1865年他受德貝萊納「三元群」的啟發,把當時已知的61 種元素按照原子量的大小順序排列,發現每隔7種元素便出現性質相似週期性,就如同音樂中的音階一樣,他稱之為八音律法(Law of Octaves)。
1864 年德國化學家邁爾(Julius Lothar Meyer, 1830~1895) 完成《近代化學理論》(Die Modernen Theorien der Chemie),在書中,他按照元素的化學鍵,將28個元素分為6族。但是在1870年的時候,他卻按元素及原子量的關係來排列它們的週期性。
門得列夫的崛起
1869年3月6日,在聖彼得市的蘇俄化學學會上,有一篇關於元素性質與原子重量有關的論文發表,署名門得列夫(Dmitri Ivanovich Mendeleev, 1834~1907),因為那天他正好生病,所以是由他的同事來宣讀。在同年,門得列夫將這篇論文節錄整理成二頁的德文,以〈有關元素的性質與其原子量的關係〉為標題,發表在《化學期刊》(Zeitschrift für Chemie)。在兩頁的內容中,包含一張元素週期表。
門得列夫發表在《化學期刊》的週期表。(Meyer, L., Mendelejeff, D., Das Naturliche System der Chemischen Elemente – Ostwald’s Klassiker der Exakten Wissenschaften Nr. 68, Zeitschrift für Chemie, 1895.)
雙鈕形,1898年由克魯克斯(William Crookes)所提出。(Mazurs, Types of Graphic Representation of the Periodic System of Chemical Elements)橢圓柱螺旋形,1911年由史塔克柏格(E. von Stackelberg)所提出。(Mazurs, Types of Graphic Representation of the Periodic System of Chemical Elements)盤繞螺旋形,1929 年由賈內(Charles Jane)所提出。(Mazurs, Types of Graphic Representation of the Periodic System of Chemical Elements)八平面空間同心圓,1943 年由韓佐(G. Haenzel)所提出。(Mazurs, Types of Graphic Representation of the Periodic System of Chemical Elements)
Mazurs, E. G., Graphic Representations of the Periodic System during One Hundred Years, University of Alabama Press, 1974.
Meyer, L., Mendelejeff, D., Das Naturliche System der Chemischen Elemente – Ostwald’s Klassiker der Exakten Wissenschaften Nr. 68, Leipzig: Verlag von Wilhelm Engelmann, 1895.
Van Spronsen, J. W., The Periodic System of Chemical Elements: A History of the First Hundred Years, Amsterdam: Elsevier, 1969.