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一张不足几百字的表格 , 能把物质世界深层次的秘密揭示出来 , 堪称奇迹 。 看到这张表格 , 人们突然发现 , 原来纷繁复杂、姿态万千的大自然 , 竟然有简洁、有序的一面 , 这就是元素周期表 。 元素周期表的问世 , 彻底改变了人类对自然界的看法 , 更促进了近代化学的发展 。 回溯元素周期表的发现史 , 好似条条大路通罗马 。 可实际上 , 每条路都是蜿蜒曲折 , 布满荆棘 。
【门捷列夫与元素周期表的故事】
人类一直在思考 , 物质的本质是什么?一时难于解答 , 哲学思想应运而生 。 中国古代的五行说、古印度的四大说、古埃及的三元素说 , 皆指向元素构成万物 。 伊壁鸠鲁等古希腊哲学家提出了“原子说” , 来应对物质中难以解释的“无限”概念 。 “原子” , 即分割下去 , 不能再分割的物质 。 《墨子·经说下》也表达了类似的观点 , 如“无”与“非半”不可斫也 。
一百年后 , 法国化学家拉瓦锡将定量描述引入物质世界 。 拉瓦锡证明 , 水可以通过氢在氧气中燃烧而生成 。 后来 , 人们发现用电可以把水分解为氢和氧 , 所以水不是元素 。 空气也不是元素 , 约1/5是氧气 , 其余的是不支持燃烧的其他气体(主要是氮气) 。
1789年 , 法国化学家拉瓦锡发表了33种化学元素的名单(实际上只包含了23种元素) , 随后欧洲掀起一股搜寻新元素的热潮 , 相继发现了六十多种元素;人们对现有元素进行详细研究 , 出现了光谱技术 , 通过其发出的光 , 进行元素鉴定 , 罗马城似乎抬脚可到了 。
1860年 , 在德国卡尔斯鲁厄召开的国际化学会议上 , 科学家们统一了原子量的标定方式 , 并更正了一些元素的原子量 。 当时构建元素周期表的难点在于 , 建立元素间的横向关系 。 谁先找到其中的规律 , 谁就拿到了打开罗马大门的钥匙 。
门捷列夫很忙
1834年2月7日 , 德米特里·门捷列夫生于西伯利亚的首府托博尔斯克 。 门捷列夫的父亲伊万从事中学教育工作 , 母亲玛利亚来自当地著名的商贾世家 。 玛利亚的祖父创办了西伯利亚地区第一家玻璃厂和印刷厂 。
1847年 , 失去父亲的门捷列夫随母亲来到彼得堡 。 1850年夏 , 门捷列夫进入父亲的母校——彼得堡师范学院学习 。 在那里 , 他学习了化学、物理、生物和教育学 。 由于当时高校编制的稀缺 , 基本上是“一个萝卜一个坑” , 门捷列夫在随后的两年内担任大学的编外教员 , 开始了漫长的“转正”史 。
门捷列夫开授化学理论、化学史和有机化学方面的研讨课 , 并指导本科生的实验研究 。 因薪资微薄且不固定 , 门捷列夫时常为教育部的期刊撰稿 , 并接私教的活 。 在此期间他曾短暂地订婚 , 但随后遭遇悔婚 。 1859年的春天 , 编外教员门捷列夫终于出国留学 , 拿到了为期22个月的奖学金 。 他并没有立即选定一个地方 , 而是花了数月游历西欧 。
行至巴黎 , 他相识了提出“最大功原理”的热化学家贝赛洛特、制备烷烃的有机化学家武慈和提出燃烧定氮法的杜马斯;行至慕尼黑 , 他与“祖师”李比希相谈甚欢;行至海德堡 , 他遇到了本生电池、爱伦美烧瓶和基尔霍夫定律的冠名者 。 他留在了海德堡 , 原因很简单:老乡多 , 海德堡大约有10%的学生来自俄国 , 构成了庞大的侨民社区 。
1860年9月3日上午9时 , 来自德国、法国、英国、俄国、意大利等十多个国家的约140名化学家齐聚在德国的卡尔斯鲁厄 , 参加为期三天的首次国际化学家代表大会 。 来自意大利的坎尼扎罗号召用阿伏伽德罗发明的标准统一原子量、分子量的概念 , 解决纷争已久的分歧 。 26岁的门捷列夫旁听了这场演讲 。 他敏锐地嗅到了一个新的时代即将来临 , 并在《俄罗斯日报》上发文报告了这场会议的成果 。
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