原子序数原来就是原子核里的核电荷数！莫斯莱的这个发现，第一次把元素在周期表里的座位和原子结构科学地联系在一起了。这个发现，给科学家们展现了一个广阔的研究领域。可惜的是，这位勤奋而又有才能的青年科学家，竟然刚27岁的时候，就牺牲在第一次世界大战的战场上了。
后来，在发现了质子和中子以后，人们终于认识到，决定一个元素在周期表中的位置的，只是它的原子核中的质子数。
例如，氢元素的原子核里只有1个质子，核电荷数是1，所以它必然就排在周期表里的第一位。碳元素的原子核里有6个质子，核电荷数是6，因此它就应该排在周期表里的第六位。而钾元素的原子核里共有19个质子，核电荷数是19，当然它就是周期表里的第19号元素了。
反过来也一样，周期表里第几位上的元素，原子核里一定有几个质子。例如，氯是周期表里的第17号元素，它的原子核里也就有17个质子，核电荷数自然也就是17。
可以说，有了这个发现，就解开了周期表当中几个谜题。第一个被解开的谜，就是那个让人大伤脑筋的问题——氢和氦之间还能不能再有新元素。
根据这个发现，人们知道氢原子核里只有1个质子，应该排在周期表里的第一位，而氦原子核里有2个质子，当然应该占据第二位。虽然在周期表上它们的中间隔着好大一块空地，可是质子数在1和2之间的原子，肯定不会再有了。
第二个被解开的谜，就是几对元素的顺序倒置问题。前面已经说过，门捷列夫在发现元素周期律的时候，是按照元素的原子量大小的顺序编排元素的。按照当时大多数化学家测定的数值，钴的原子量是59，镍的原子量是58.7；碲的原子量是128，碘的原子量是127。按照原子量大小的顺序，镍应该排在钴的前面，碘应当排在碲的前面。可是，按照同族元素应该具有相似的性质这个规律（拿化合价来说，碲的最高价为+6价，应当同硫、硒等排在一族；碘的最高价为+7价，应当同氯、溴等排在一族），它们排列的次序就应该颠倒过来。后来，还有氩（39.9）排在钾（39.1）的前面和钍（232）排在镤（231）的前面这两个原子量的顺序颠倒的问题。
不过，当年门捷列夫对于元素的性质随着原子量的增大而发生周期性的变化这一点是深信不疑的。他始终认为一定是人们把钴和镍、碲和碘、氩和钾的原子量测定错了。所以，在他自己排的周期表中仍然是把钴放在镍的前面，把碲放在碘的前面，把氩放在钾的前面。他在生前一直在期待着化学家给钾、镍和碘增大原子量，或者给氩、钴和碲减小原子量。但是，门捷列夫的这个期望终于落了空。后来尽管科学家对于这些元素的原子量测定得更精确了，但是，它们的原子量确实是氩大于钾，钴大于镍，碲大于碘。所以，多少年来，这个所谓的顺序倒置问题就成了一个不解之谜。
现在，莫斯莱等人的新的发现，一下子就解决了这个难题：元素在周期表中应该按照它的原子序数，也就是按照原子核中质子数的顺序来排列，而不应当按照原子量的大小来排列。
钾原子核里的质子数恰好比氩多1、碘比碲多1，镍又比钴多1。所以，氩和钾、碲和碘、钴和镍的顺序完全是正确的，并不存在什么颠倒的问题。
不过，这个问题总让人觉得没有彻底解决。因为绝大多数的元素都随着原子序数的增大，随着质子数的增多，原子量也相应地增大。只有这几对元素的原子量没有按照这个顺序增大，反而是原子量大的排在了前面，原子量小的排在了后面，这是为什么？原子也有多胞胎？后来弄清楚了，这个问题的关键也是在原子核里。
原来，同一种元素的原子核里面具有相同数目的质子，也就是具有相同的核电荷数，核外的电子数目和它们的分布状况当然也完全相同，因而就具有相同的化学性质。而不同元素的质子数一定不同，核电荷数和核外电子数也一定不同，它们的化学性质也就不同了。因此，在化学上给元素下的定义是：含有相同质子数目的一类原子的总称。
可是，对于原子核的进一步研究却发现，同一种元素的原子里，质子数虽然一样多，但中子的数目却不完全相同。
拿氢元素来说吧，它所有的原子里，都只有1个质子，可中子数却不一样。有的氢原子里根本没有中子，有的氢原子里有1个中子，还有的氢原子里竟然有2个中子！这3种氢原子的化学性质几乎完全一样，很难区别。就好像一胎生下来的3个孪生兄弟——三胞胎，长的一模一样。中子数不同的氢原子就是原子世界中的三胞胎。
原子也有多胞胎！
原子里的多胞胎，质子数完全一样，属于同一种元素，在周期表上当然占据同一个位置。因此，人们也把它们叫做同位素。
同一种元素的几个同位素虽然化学性质相同，但在物理性质上却不完全相同。比如，它们的原子质量就一定各不相同。那些在原子核中含中子多的原子，原子质量就大些，含中子少的原子，原子质量就要小些。
电子排布的秘密
人们在研究原子核的同时，也对核外的电子进行了研究。知道了核电荷数，也就是知道了核外电子数，因为这两者总是相等的。但是这些电子在原子核外的状态是怎样的呢？它们是怎样分布的，怎样运动的呢？这还是一个秘密。
从大量的科学实验的结果中，人们知道了，电子永远以极高的速度在原子核外运动着。高速运动着的电子，在核外是分布在不同的层次里的。我们把这些层次叫做能层或电子层。能量较大的电子，处于离核较远的能层中；而能量较小的电子，则处于离核较近的能层中。
人们还发现，电子总是先去占领那些能量最低的能层，只有能量低的能层占满了以后，才去占领能量较高的一层，等这一层占满了之后，才又去占领更高的一层。
第一层，也就是离核最近的一层，最多只能放得下2个电子；第二层最多能放8个电子；第三层最多放得下18个电子；第四层最多能放32个电子；……现在已经发现的电子层共有7层。
不过，当人们对很多原子的电子层进行了研究以后发现，原子里的电子排布情况，还有一个规律，这就是：最外层里总不会超过8个电子。
当人们把研究原子结构，特别是研究原子核外电子排布的结果同元素周期表对照着加以考察的时候，发现这种电子的排布竟然和周期表有着内在的联系。
为了说明的简便，我们只拿周期表中的主族元素同它们的核外电子排布情形对照着看一看。先从横排——周期来看：
在第一周期中，氢原子的核外只有1个电子，这个电子处于能量最低的第一能层上。氦原子的核外有2个电子，都处于第一能层上。由于第一能层最多只能容纳2个电子，所以，到了氦第一能层就已经填满。第一周期也只有这2个元素。
在第二周期中，从锂到氖共有8个元素。它们的核外电子数从3增加到11。电子排布的情况是：除了第一能层都填满了2个电子而外，出现了一个新的能层——第二能层；并且从锂到氖依次在第二能层中有1~8个电子。到了氖第二能层填满，第二周期也恰好结束。
在第三周期中，同第二周期的情形相类似。除了第一、二两个能层全都填满了电子外，电子排布到第三能层上，并且从钠到氩依次增加1个电子。到了氩，第三周期完了，最外电子层也达到满员——8个电子。
再从竖行——族来看：
第一主族的7个元素——氢、锂、钠、钾、铷、铯、钫的最外能层都只有1个电子，所不同的只是它们的核外电子数和电子分布的层数。氢的核外只有1个电子，当然也只能占据在第一能层上；锂有2个能层，并且在第2能层上有1个电子；钠有3个能层，并在第三能层上有1个电子；……钫有7个能层，并且在第七能层上有1个电子。
由于在化学反应中，原子核是不起任何变化的，一般的情况下，只是最外层电子起变化。第一主族由于最外层都只有一个电子，因而它们表现出相似的化学性质，这当然就是很自然的事情了。
完全类似，第二主族各元素的最外能层都有2个电子，第三主族各元素的最外能层都有3个电子。
当初，门捷列夫曾经在他自己编写的化学教科书《化学原理》中，用下面这句话来说明他发现的元素周期律：元素以及由它形成的单质和化合物的性质周期地随着它们的原子量而改变。
后来，由于物理学上一系列新的发现，人们对元素周期律得到了新的认识：元素以及由它形成的单质和化合物的性质周期地随着原子序数（核电荷数）而改变。
最后，在弄清了原子核外电子排布的规律以后，人们对元素周期律和元素周期表的认识就更加深入了。现在，人们可以从理论上来解释元素周期律了。原来，随着核电荷数的增加。核外电子数也在相应的增加；而随着核外电子数的增加，就会一层一层地重复出现相似的电子排布的过程。这就是元素性质随原子序数的增加而呈现周期性变化的原因。
如今，人们不仅知道一个元素所在的周期数就是它的核外电子排布的能层数，主族元素的族数就是它最外层的电子数，而且也能解释元素的化合价为什么也随着原子序数的增加而出现周期性的变化。就连为什么同一周期的各个元素，从左到右金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强，为什么同一族的各个元素，从上到下金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱这一类的问题，也能够得到令人满意的解答了。
原子结构的知识像一把钥匙，打开了元素周期表里的秘密之锁，使它进入了电子时代。
化学密码与元素周期表
你一定知道电报密码吧，一组阿拉伯数字代表一个汉字，长长的一串数码就代表了一封家信、一条消息，或者一道紧急的作战命令。但是，要把这一组组的数字变成汉字，那还得要经过翻译才行。好比说03374790071926015903这5组数字，翻译过来就是元素周期表这5个字。这一组组的数字就叫做电报密码。
在元素周期表，也有许多数字。像每个元素的原子序数、原子量等，就都是一些数字。这些数字，其实也像电报密码一样，能翻译出米。不过它们不是代表一个汉字，而是代表一定的化学知识。所以，我们可以把周期表里的这数字叫做化学密码。
比如说周期表上的元素座位号码——原子序数就是一个密码。我们从这个密码中可以翻译出许多化学知识来。例如原子序数11就能翻译成：这是周期表上的第十一号元素，它的原子核里有11个质子，原子核周围有11个电子；它在周期表里应该处在第三周期第一主族。不仅如此，如果具备一些基本的化学知识，那就还可以由此翻译出它的基本性质：化合价为+l价，是一个典型的金属，有很强的金属性等。
你一定会问，从一个数字就能翻译出这样许许多多东西来，这是怎么翻的呀！
