• 门捷列夫的故事:执着地进行研究制成元素周期表

  • 发布时间:2016-01-11 00:58 浏览:加载中
  • 执着地进行研究制成元素周期表


      在圣彼得堡的初夏,阳光普照着大地,门捷列夫和鲍罗廷漫步在涅瓦河岸边。鲍罗廷兴致勃勃地看着周围的景色,时不时地发出赞叹。

      可是门捷列夫只是在那里一声不响地走着,双眉紧蹙,周围的一切好像一点也打动不了他的心。

      “我亲爱的米嘉,有什么烦心的事情吗?说出来让我帮你分担一下。”鲍罗廷恳切地说。

      “你知道的,我认定每种元素之间都是有一定的规律可循,我研究了一下关于这方面的不同观点,更加坚信了我的看法。现在我在想从哪个方面着手对这些元素进行分类才是最正确的。”

      “每种元素都具有多种理化性质:颜色、味道、比重、光泽、对氢氧的关系、原子价等。而这些理化性质又各不相同,你要找到一个每种元素都具有的标记,并且这个标记都各不相同,而且在物质发生化学反应后,它也不能有变化。”鲍罗廷一边想,一边分析着。

      “物质的颜色?不对,就拿磷来说,它有红色的、有黄色的,究竟哪种是它的本色呢?这个都确定不了,肯定不会是颜色。”门捷列夫自问自答道。

      “是比重?可这种性质更不稳定,有的物质稍微一加热,就会变轻,看来也不会是它。”

      两个人一边走一边讨论着,将物质的性质,如导热性、导电性、磁性等根据同样的道理,一一列出,结果又一一地否定。这种标记究竟是什么呢?门捷列夫苦苦地思索着。

      经过仔细地研究,门捷列夫发现钾与比它的原子量小的钠的性质十分相似,而且在钾以后的元素铷和铯也出现了类似的情况,它们都和钠、钾的性质相似。

      同样,在卤素氟、氯、溴、碘之间也存在着类似的关系,这种相似性还出现在钙、锶、钡之间。

      门捷列夫的眼睛一亮:“它们之间是不是靠原子量联系在一起的啊?原子量为各种元素共同具有,而且几乎都不一样,当时测得的镍和钴的原子量都是59,同时这些元素的原子量不会随着化学反应的发生而发生变化,它是一个极为稳定的性质。”

      这些都符合鲍罗廷对标记的设想,同时门捷列夫还发现一个有意思的现象:依照原子量逐渐递增排列的元素,它们的金属性逐渐减弱而非金属性逐渐增强。

      比如磷族的氮、硫族的氧和卤素族的氟,它们的原子量分别为14、16和19,非金属性也是氧比氮强,氟比氧强。结论是:“元素的性质随着原子量的变化而发生变化。”

      经过上述分析,门捷列夫确定了原子量为研究元素之间关系的主要依据。据这一重要依据,就能探索到使元素有相似和不相似之分的规律。那把能够帮他找到物质世界的统一性与规律性的钥匙找到了。

      “只要善于利用它,问题就可以解决了。”门捷列夫兴奋地想。

      一种元素的原子量告诉我们,这种元素的每一个原子比起最轻的元素氢来说,当时都是重多少倍。

      例如,氧的原子量是16,这就是说,任何一个氧原子的重量都是氢原子的16倍;金的原子量是197,那就是说,金原子的重量是氢原子的197倍。原子量决定着组成每一元素的最简单的微粒——原子的大小。

      19世纪,人们还尚未发现一种化学元素的原子不一定都是一样重。直至1910年英国化学家索迪提出了一个假说,化学元素存在着相对原子质量和放射性不同而其他物理、化学性质相同的变种,这些变种应处于周期表的同一位置上,称作同位素。

      不久,他就从不同放射性元素得到一种铅的相对原子质量是206.08,另一种则是208。

      1912年,约瑟夫·约翰·汤姆逊制成了一种磁分离器,当他用氖气进行测定时,无论氖怎样提纯,在屏上得到的都是两条抛物线,一条代表质量为20的氖,另一条则代表质量为22的氖。这就是第一次发现的稳定同位素,即无放射性的同位素。

      其实,许多元素都有变种,亦即所谓的同位素。有的同位素的原子比较轻,有的比较重,但它们的化学性质都相同。

      一切元素的原子量都是由两项条件决定的,一项是它的同位素的原子量,另一项是这些同位素在自然界互相混合的对比关系。

      这一同位素的问题,在当时还没有被揭示,所以人们都认为同一元素的所有原子都是绝对一样的。任何一种元素的每一原子和任何另一种元素的每一原子间的差别,首先就表现在大小上、重量上。至于元素的其他一切特性,显然都应该由这一基本特征来决定。

      这个结论是门捷列夫把一切元素的性质仔细比较以后得出来的。他终于想到了,根据这一重要的特征,就能探索到使元素有相似和不相似之分的规律。只要善于利用它,问题就会迎刃而解了。

      门捷列夫开始时,是挑选原子量相近的各元素。后来将不相类似的元素加以对比,首先是钾和氯,然后是对整族的碱金属和卤族元素。

       当然在研究过程中,他也试验了利用其他性质对元素进行分类,例如利用元素与氧、氢的关系进行分类;利用元素的金属性和非金属性进行分类;利用元素的活泼 性顺序进行分类;利用原子价进行分类,但是都不太满意。最后他还是紧紧地抓住了元素的基本特性——原子量来探索元素之间的规律性。

      在寻找元素关系的过程中,如果每有一点新的设想,就要重新制表,或在原来的表上勾来画去,不仅麻烦,而且不便于研究。而元素的各种性质,即使能全部背出,也无法方便、直观、明显地加以对比研究。

      门捷列夫在探索周期律时,创造了新的方法:他将当时已经发现的63种元素的名称、相对原子质量、原子价、溶解度及性质,写在63张卡片上,用这些卡片来对元素之间的关系加以分析、对比、排列、调整,使之逐渐地趋近于一个有规律的系统。

      显然,这种方法比每次重新书写或勾画要方便、明晰、随机得多。不仅便于元素的两相对照,而且还可以很容易地进行大幅度的调整。

      门捷列夫的家人、朋友、同事还有他的学生,看到一向珍惜时间的教授突然热衷于“纸牌”游戏,都感到非常奇怪。而他却拿起卡片像玩牌一样,一会儿摆到这儿,一会儿摆到那儿,对别的事情丝毫也不在意。
  • (责任编辑:中国历史网)

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