2.1.1 元素周期率
電子被人類捕捉到以後，你也許會問，這個小東西是從哪裏來的呢？是我們地球上獨有的，還是來自浩翰的宇宙？被你猜到了，它的確來自於宇宙。
現在許多觀測和實驗基本證實宇宙起源於一種大爆炸。這不是我們可以想象得出規模的大爆炸，因為已經燃燒了幾十億年的太陽，也隻不過是它爆炸後的一個很小的團塊中的一個恒星而已。大家一定可以猜測到，這個團塊就是太陽係。不要說太陽係，就是銀河係，也隻是宇宙的一個很小的部分。我們已經可以測知，太陽係在銀河係中也是很小的一個星係。
但是，說起來令人難以置信，這麼超巨大爆炸最初產生的無限大量的微粒卻又是那麼小，小到用肉眼根本就看不到，用電子顯微鏡也看不到，幾乎可以說是“無”（我國古代哲學家老子說的“無中生有”，應該說的就是這種“無”，其實是包含著“有”）。現在我們知道這是一種微觀現象，是百分之百真實存在的最基本的物質。它們在達到一定量以後，才會以聚集狀態表現為某種形式的物質，如氣體、液體或固體。
為方便大家更好地了解後麵將要講到的探索原子結構的故事，我們不妨先講一講元素的故事。
元素是中學化學課程一定要講的概念。元素是具有相同核電荷數（質子數）的同一類原子的總稱。每一種元素的發現都有至少一個獨特的故事。但是發現元素的故事，就不一定是教科書中能包含的內容。如果我們想要了解元素發現的概要，仍然是有辦法的，這就是從“元素周期律”入手。
說起元素周期律，就不能不說到俄羅斯科學家、偉大的化學教師門捷列夫。
門捷列夫出生於1834年，他出生不久，父親就因雙目失明外出就醫，失去了得以維持家人生活的教員職位。門捷列夫14歲那年，父親逝世，接著火災又吞沒了他家中的所有財產。1850年，家境困頓的門捷列夫借著微薄的助學金開始了他的大學生活，後來成為彼得堡大學的教授。幸運的是門捷列夫生活在化學界探索元素規律的活躍時期。當時，各國化學家都在探索已知的幾十種元素的內在聯係規律。1865年，英國化學家紐蘭茲把當時已知的元素按原子量大小的順序進行排列，發現無論從哪一個元素算起，每到第八個元素就和第一個元素的性質相近。這很像音樂上的八度音循環。因此，他幹脆把元素的這種周期性叫做“八音律”，並據此畫出了標示元素關係的“八音律”表。顯然，紐蘭茲已經非常接近“真理女神”，差點就要揭示出元素周期律了。不過，當時的條件使他不可能做進一步的探索，因為當時原子量的測定值不是很準確，有些還有錯誤，更重要的是他也沒有考慮到還有尚未發現的元素，隻是將當時已經發現的元素按原子量大小排列起來，所以他未能揭示出元素之間的內在規律。可見，任何科學真理的發現，都不會是一帆風順的。直到1869年，門捷列夫將當時已知的63種元素的主要性質和原子量，寫在一張張小卡片上，進行反複排列比較，才發現了元素周期規律，並依此製定了元素周期表。當然，這隻是元素周期表的雛形。在周期表中，元素是以元素的原子序排列，最小的排在最前麵。表中一行稱為一個周期，一列稱為一個族。利用周期表，門捷列夫成功地預測了當時尚未發現的元素的特性，也就是隨後被依次發現的镓、鈧、鍺。這些被發現的元素的性質與門捷列夫當時預測的性質非常接近，從而證實了元素周期率的科學性。
1913年，英國科學家莫色勒利用陰極射線撞擊金屬產生X射線，發現原子序越大，X射線的頻率就越高。他認為核的正電荷決定了元素的化學性質，並把元素依照核內正電荷（即質子數或原子序）排列，經過多年修訂後才成為當代的周期表。在周期表中，元素是以元素的原子序排列，最小的排在最前麵。並且揭示出周期實質上是指元素周期表上每一橫列元素最外層電子從1～8的一個周期循環；而同一族是指某一豎列元素因最外層電子數相同而表現出相似的化學性質，主族元素是指最外層電子沒有排滿的，但是副族有能級的躍遷，次外層電子也沒排滿。這張表揭示了物質世界的秘密，把一些看起來似乎互不相關的元素統一起來，組成了一個完整的自然體係。
2.1.2 仍然是電子在起作用
那麼元素為什麼會有這種周期性呢？人們通過多年的努力探索，終於發現，原來仍然是電子在起作用。
構成不同元素的原子是不同的，它們的不同主要是原子核外電子數目的不同。周期表中每個元素的序號就是這個元素核外電子的數目。例如，氫是1號元素，它的核外就隻有一個電子。氧的序號是8，則氧原子核外的電子就有8個，和氧同一族的硫，序號是16，它的原子核外的電子就有16個，以此類推，所有元素在周期表中的序號就是它核外電子的數目。更有規律的是，所有同族元素的最外層電子數是完全相同的，如氫所在的第一列同族元素，從氫到鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁，最外層都隻有一個電子。它們的化學性質也有相似的地方，在所有的化學反應中都表現為+1化合價，也就是很容易失去最外層的1個電子而失去電中性，又因為失去的是一個電子，所以表現為+1價。第二族元素從鈹開始，整列元素的最外層電子都是2個，其化合價都是+2.第三列主族元素是從硼開始的，它們的最外層電子都是3個，化學反應中的最高化合價是+3.簡單地說，元素周期表中表頭上各族的族號（通常以羅馬數字表示），就是這族元素最外層的電子數。