第二章
原理：原子与分子

元素周期表是任何化学讨论的核心，这一结构编排方面的杰作主要由德米特里·门捷列夫（1834—1907）在19世纪制定，在20世纪我们可以解释原子结构之后，其依据才被人们理解。元素周期表的无处不在证实了它的重要性：它悬挂在实验室和教室的墙上，印在每本化学入门教科书上。在本书的最后就附有其中的一个版本。不过，它的重要性不该被夸大。做研究时，化学家们不会为了获取灵感而每天清晨注视它或在白天频繁参考它。他们当然会将它装进脑中，因为它的重要性在于总结了不同元素之间的关系，并在排列元素相关信息时起到关键作用。也许它最重要的用途在于化学教学，有了这张表，学生们就不需要面对学习一百多种元素的不同性质这项令人发怵的任务了，而是可以通过元素在表中的位置推断出它们的性质，并识别和轻松记住性质的变化趋势。事实上，门捷列夫正是在准备编写化学入门教科书的时候制定了元素周期表。

元素周期表描述了物质的一个非凡特点：元素间是相互关联的。如今，我们对元素周期表过于熟悉，以至于很容易忽略这一特点。但设想你自己身处这张表制定之前的年代。那时，你就知道名为氧气的气体与名为硫的黄色固体，但几乎肯定从未想象过它们之间会有任何关系。你还知道在绝大多数情况下为惰性的氮气与燃烧时发出白光的固体磷，但不会想到它们之间有任何关联。那么红色的铜、闪亮的银，以及熠熠生辉的金，你会想到它们属于同一族吗？肯定不会！不同形式的物质究竟如何才可以成为兄弟？你甚至不会想到不同物质间的族系关系这一概念。

不过，元素周期表揭示了元素间确实相互关联。氧和硫是表兄弟，在表中处于相邻位置；氮和磷也有类似关系；铜、银和金是同族成员，处于同一列。它们极不相同的外观只是表面上的差异，因为当研究它们参与的反应与它们形成的分子的时候，就会发现这些亲戚之间有深刻的相似性。这些相似性源于它们的原子结构，所以为了理解这些相似性，我们现在必须将目光转向这些原子。