门捷列夫的成果：混乱质量与序号的重排

门捷列夫的想法是按原子量的顺序来排列元素，并在行不通的地方调整顺序。这个想法蕴含着两种可能性：第一，原子量有时是错误的；第二，原子量其实并非真正的排序依据。

门捷列夫倾向于接受第一种可能性。在19世纪的多数时间里，贝尔塞柳斯于1828年发布的原子量表一直是化学家们进行计算的依据，但这种测算原子量的方法并不十分可靠。门捷列夫的成果促使化学家们反复检查各自的测量结果，并且常常令他们发现自己搞错了，从而重新得到更准确的数值。但仍然有几个元素顽固地待在错误的位置上：在门捷列夫的表中，较轻的元素排在了较重的元素之后。

测量原子量所急需的突破性方法，终于在19世纪末出现了。美国物理学家、化学家莫雷（E. Morley）是那个时代最为细心、多才多艺，技术上也最娴熟的实验化学家。他开始着手测定氧的原子量，并以自己标志性的完备性和精确性完成了这项工作。

莫雷使用了三种不同的方法，这样他就能交叉检验结果了。像前辈们一样，他专注于研究氧气与氢气反应生成水的过程。但不同的是，他同时称量了两种反应物和一种生成物的重量（而不只是先称量三者中的两个，再算出第三个数值）。莫雷还设计了制备更纯的氢气和氧气的方法。他得出的氧原子量值为15.879，与现代的氧-氢原子量比值15.8729∶1非常接近。

与测量的准确性同样重要的是这个数值的含义：氧原子量并非氢原子量的整数倍。这驳斥了普劳特在1815年提出的假说，即较重元素的原子只是由氢原子（母质）以某种方式组合、浓缩或压缩而成的。

1912年，英国物理学家汤姆逊（J. J. Thomson）终于找到了确定原子量的可靠方法。他的研究工作也启发了质谱仪的发明。汤姆逊的方法是将电离气体送入管道，并使其在管道中同时受到磁场和电场的影响。电场改变了离子的速度，而磁场改变了离子的方向，使其路径弯曲。离子在管道的另一端被“法拉第杯”收集起来。这是法拉第发明的一种装置，功能是在真空中捕捉带电粒子，并在与杯子相连的电线中产生电流。通过电流的大小、离子与杯体撞击的位置，可以计算出它们的路径偏移了多少，以及速度增加了多少。然后利用牛顿第二定律，即 F=ma（力=质量×加速度），就可以算出粒子的质量的。(www.xing528.com)

然而，尽管莫雷给相对原子量的计算带来了精确性，但重点其实不在于原子量，而在于原子序数。

英国国家物理实验室的二次离子质谱仪。一束氩原子射向样品，去除后者表面的一些分子。这些分子发生电离，并向检测器加速移动。根据它们到达检测器所需的时间，可计算出它们的质量，继而分析出样品表面的成分

前述两种可能性中的第二种——原子量其实并非真正的排序依据——后来被证明是正确的。

在研究过程中，门捷列夫自然而然地发现：对于定义原子而言，存在另一个非常重要的数字。一旦确定了元素的顺序，就可以直接按这个顺序为它们编号了。不过一开始，人们觉得“原子序数”这种概念不够严谨，在原子的实际物理属性中没有确凿的依据。它只是与原子量隐约相关，便于将元素按特定顺序排列而已。在更充分地探知原子的本质结构之前，确实无从了解原子序数的真实性和严谨性。

元素拼图中的最后一块，由年轻的英国物理学家莫塞莱（H. Moseley）完成。那是在1913年，也就是汤姆逊完善原子量辨别法的次年。