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元素周期表

元素周期律的發現

來源:未知作者:劉明 點擊:所屬專題: 元素周期律 發現史
對元素周期律的發現眾說紛紜,莫衷一是。在我國也曾經是如此。如有人說是門捷列夫連續三天三夜沒睡覺后在夢中發現的,一些教科書、通俗讀物中說周期律是在玩紙牌時偶然發現的,周期律的發現顯得那么隨機、偶然。還有的認為門捷列夫一開始就按原子量大小排列從而得出周期律,

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對元素周期律的發現眾說紛紜,莫衷一是。在我國也曾經是如此。如有人說是門捷列夫連續三天三夜沒睡覺后在夢中發現的,一些教科書、通俗讀物中說周期律是在玩紙牌時偶然發現的,周期律的發現顯得那么隨機、偶然。還有的認為門捷列夫一開始就按原子量大小排列從而得出周期律,周期律的發現輕而易舉,那樣既定、必然。

然而,參與門捷列夫手稿遺產研究的蘇聯科學哲學家凱德洛夫博士在《偉大發現的一天》中談到:“可能而且實際上是發生在一天之內:須知發現的開始(影印件Ⅰ,Ⅱ即表1.2)到發現的完成(影印件Ⅲ,Ⅴ即表3、4)都已注明了是同一天1869年2月17日”。

2月17日早,門捷列夫正在為他所編的《化學原理》一書在堿金屬之后講哪族元素的問題苦惱。這時他收到了“自由經濟協會”秘書的來信,于是他在信的空白處寫下了他正在思考的問題,對不相似的兩族元素(A族和類Zn族)的原子量進行了計算,這就是凱德洛夫所指的表1。然后他另取一紙,從鹵素開始,按原子量遞減順序,將氧、氮、碳族編成一張表,共計元素31(為已知元素的1/2),這就是表2中的上表。各元素族的原子量已最大限度靠近了。隨后,又把元素擴大到42,制成表2中的下表。這時已將豎列改為橫排,接近了元素周期律的發現了。那么,如何把已知的61個元素按前面原則類似地排列成一個總表──即元素周期表的問題就明顯地擺在了門捷列夫面前。為了準確、方便、迅速,門捷列夫就采用了元素卡片,在其上面寫下了化學元素符合、原子價、分布情況、化合物形態等,然后進行分類排列,這就是人們說的“化學牌陣”。表就是記載“化學牌陣”的結果,這就是從上到下按原子量遞減順序排列的完整的元素表草稿,難怪也有人以此為證說元素周期表是玩“化學牌陣”的結果。表4就是表3的加工,按元素原子量遞增順序排列,加上《依據元素的原子量和化學性質相似的元素體系嘗試試驗》題目,于2月17日交付排印,3月1日向世界各國宣告化學元素周期律的發現。

這就是化學史上建立勛業的一天,偉大發現的一天。

門捷列夫周期表的發現是在1869年2月17日。從著手到結束總共一天,這日子是或然的。從門捷列夫當時的思維狀況,他也是從思考《化學原理》的編排轉向元素性質間聯系的,這是突然的;甚至連用化學牌陣方法來進行元素周期表的工作也是這天偶然做的。因此,許多人認為門捷列夫的發現純屬巧遇、運氣所至。但是,事實上,無論從宏觀──時代的造就,還是微觀──個人的努力,都可以說明這些因素造成的必然結果就是元素周期律的發現。偉大發現的一天的偶然性、突發性、或然性,只是這些必然性的表面而已。

19世紀中葉,整個自然科學已由收集材料到了整理、概括材料時期,科學史上的三大發現已使化學的相鄰學科由經驗科學成為理論科學;瘜W也有待于從純經驗性科學過渡到理論科學。這時,化學元素不斷發現,元素性質相繼被測定。原子-分子說已有了確定的地位,原子量概念的確定與推廣為元素體系的成立奠定了基石。前門捷列夫時期的發現就是元素周期律的發現的“前夜”。

從門捷列夫個人奮斗的歷史看,他的成功也決非偶然。

1834年2月7日,門捷列夫出生在俄國西伯利亞的托波爾斯克市。他父親是一名中學校長。門捷列夫自幼喜好數學、物理、歷史等,熱愛大自然,收集過不少巖石、花卉和昆蟲標本。他從他姐夫──一名政治流亡者那里學到了最初的科學知識。1847年,他父親病逝,意志堅強的母親決心一定要讓門捷列夫象他父親一樣接受高等教育,并為此付出一半的辛勞。后經多方努力,門捷列夫和母親從邊遠的西伯利亞來到莫斯科,終于在亡父的母校──彼得堡高等師范學校物理數學系學習。

不久,他母親帶著對他的祝福與世長辭。門捷列夫為了不辜負母親的厚望而發奮學習。在大學期間,他就有多方面的興趣,物理、數學、技術、經濟學、哲學和藝術。并為此常常和同學們進行爭論,這些興趣和愛好發展了門捷列夫的想象力,使他善于吸取人家的長處。這為他復蓋前門捷列夫周期表的所有優勢,能夠在開始研究單獨族的時候,在自己的想象中把握他所追求的總體──所有族。即把平常的擺牌陣與編制表格的任務之間作類比,就是他豐富想象力的結果。他受教于“俄羅斯化學之祖”伏斯克利斯基教授,物理學家楞次(Lenz.H.F.E.1804-1865)院士以及一些著名的數學家、礦物學家、動物學家、天文學家之下,使得他有良好的理論基礎,廣博的知識面,嚴謹的科學作風以及敢于提出和解決新問題的勇敢于膽略。

他的獲金質獎的畢業論文《論結晶現象與結晶形態及其組成的其它關系》就已把不同元素比較聯系起來了。大學畢業后,他留在彼得堡大學任教,被破格任命為講師,那時他才22歲。1865年,該校授予他科學博士學位,且聘為化學教授。

在工作后,門捷列夫沒有參與熱門的化學成分研究工作,而是去探索化學中的“哲學原理”,去尋找化合物中的內在聯系。他曾說過:“我在那時求學時代,已經感到有一種把元素的原子量與其特征聯系起來的廣泛概括!彼谘芯苛饲叭嗽胤诸惙ㄖ,對自己的工作目的曾這樣寫道:“在相似元素的對比中,依我看,包含著一個能使我的體系有別于我的先行者的體系的基本特征。除了少數例外的情況,我與我的先行者一樣,也采納了那些相似元素的族,但我的目的是要研究這些族的相互關系中的規律性。這樣我得出上述的一般原則,這個原則適用于所有元素并能包括過去所發表的同屬,并且還能產生過去不可能產生的后果!笨梢娝目茖W信念如此堅定,目的如此明確。門捷列夫對那些認為他的發現是偶然而得,視為運氣所至的提法也很惱火,他曾回答一個記者的問題時說:“這個問題我大致考慮了20年,而您卻認為:坐著不動,5個戈比一行,5個戈比一行地寫著,突然就成了!事情并不是這樣!”

門捷列夫周期表的出現在19世紀末葉,沒有那么一個歷史環境,時代背景,即使出現了門捷列夫這個人也不會出現門捷列夫周期律,或者就只會再有一個元素的分類而已,自然界普遍聯系的規律發現就得再拖延下去。再則,如果門捷列夫這樣認識的主體沒有幾十年的研究工作,沒有預感到元素原子量與其屬性有一種聯系,那么即使列出了一些元素的原子量,也會對周期律的出現視而不見,有機不遇的。這兩方面造就了偉大發現的一天,這一天不是門捷列夫對機遇盼望或猜想的結果,因為在其后面是一條扎扎實實的漫長的、艱巨的研究之路,知識和觀念是這條道路的鋪路石,它們在量上的積累才產生了2月17日這飛躍的一天。

那么由此是不濁完全否認了2月17日所發生的那些或然、偶然的東西呢?根據2月17日這天門捷列夫的活動情況和思想線路看遠非如此。在表3完成以后,門捷列夫可能疲倦地休息了一會,在夢中探索如何更簡便地表示已經發現的規律,于是才對草表4的不規則處作了更改。這夢中的創造性思維,對表4的完成,對元素的原子量隨性質遞變的規律闡述,無疑也起了不可忽視的作用,完成表2以后,,突然聯想到用化學牌陣的方法,尋求到了那些研究甚少而又難于安排的元素的位置,把他前面所得的規律推廣到所有已知元素上,從而完成了周期表的雛形表3。

“牌陣”方法對他完成元素體系起了重大作用。這些偶然因素,在科學發現的既定方向上起了重大作用。如果仍然堅持“偶然性是科學的敵人”,那顯然是錯誤的!氨粩喽楸厝坏臇|西,是純粹的偶然性構成的”,這在門氏周期律的發現中得以證明。

門捷列夫周期律的發現是偶然性與必然性巧妙、有機結合在一起的結晶。

    門捷列夫是一個作出重大貢獻的化學家,但到了晚年他從革新轉入保守。他經歷了科學的原子-分子學說在19世紀確立的過程,道爾頓的一些基本觀念牢固地印在他的思想中。而對電子和放射性已被發現的客觀事實,他在1902年發表的不冊子《從化學觀點來了解世界的嘗試》中,仍否認電子的存在和原子的復雜性,拒不接受元素可以衰變、原子可分等新觀念。并強調“關于元素不能轉化的觀念特別重要”,“是整個世界觀的基礎”,是元素周期律得以成立的前提。直到他去世前一年(1906年),還在他的著作《化學原理》最后一版中,表示了對元素可變這些新觀點的懷疑。但事實上正是以電子的發現、原子的可分性和元素轉化的可能性為根據發展起來的原子結構學說,才是現代周期律的真實基礎。

 

(責任編輯:化學自習室)
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