• 《走进化学的迷宫:门捷列夫的故事》异国他乡崭露头角

  • 发布时间:2016-01-11 01:11 浏览:加载中
  •   彼得堡大学虽说是当时俄罗斯的“最高学府”,但由于沙皇政府不重视科学研究,实验条件非常糟糕。门捷列夫的实验室是两间铺着石板的小房间,通风极差。 他每次做化学实验,不管外面寒风怒号还是雨雪霏霏,都必须隔一会儿就离开房间到外面呼吸几口新鲜空气。实验设备更是简陋,他不得不亲自动手制作试管和橡皮 接头。实验经费少得可怜,就连当时俄国最著名的化学家齐宁(1812—1880),政府每年拨给他的实验经费也只有30个卢布!化学家们常常带着苦笑自嘲 说:“实验室越简陋,实验研究的成绩越优良。”

      门捷列夫生活上虽有转机,但对社会充满不平。

      “我把搞科学研究工作的时间白白地浪费掉了,”门捷列夫向伏斯克列森斯基诉苦道:“一篇论文花了那么多的时间,可是稿费却很少。”

      “大家都一样,德米特里·伊凡诺维奇。我在5所高等学校讲课,可是收入却微薄得可怜。在俄国进行科学研究是很困难的。很遗憾,现实就是这样的可悲。人们把我们和官吏等同看待,但是,搞科学的人不是官吏。研究人员需要自由——思想自由,行动自由。”

      “有这种思想的人不久就会被投入铁窗之内,亚历山大·阿勃拉莫维奇……”

      “遗憾的是,确实如此。听我的忠告,到外国去吧!在国外你可以认真地进行研究工作。那时,你就不用再为薪金的事分心而丢下主要工作了。”

       不错,在此之前,门捷列夫为了引起政府和社会对科学研究的重视,在繁忙的教学和研究工作之余,又兼职主持了《国民教育杂志》的科学报道部。他在这个刊物 上发表了许多文章,例如:《关于液体玻璃和玻璃釉药及其用法》、《新染料》等。这些文章不仅运用科学知识指导了工业生产,更重要的是指出了两者的密切关 系,即不发展科学,工业就不能获得进步。然而,沙皇政府对于科学的态度,不是一个区区的年轻化学副教授写写文章所能改变得了的。副教授的薪金照样不能按时 支付。门捷列夫不得不决定离开他心爱的彼得堡大学,到国外去留学,以深入进行自己的研究工作。

      1859年初的一天,刚从讲台上走下来 的门捷列夫,仿佛背着沉重的包袱,垂头丧气地向办公室走去。一到办公室,便看到了来自教育部的一封信,拆开一看,他顿时高兴得跳起来……原来这是部里的批 件,同意门捷列夫到欧洲去“在科学方面进行深造”,地点由他自己选择。门捷列夫两年前就已经向部里申请出国留学,可是没有批复的回音,他常常为此事烦恼。 这突如其来的消息,使门捷列夫心头的阴霾顿时消散。他急忙向伏斯克列森斯基教授那儿跑去。

      “老师,我出国的事批下来了。”门捷列夫匆匆忙忙地向伏斯克列森斯基教授汇报。

      “多长期限?到哪个国家?我亲爱的!”

      “期限两年,地点自己选。”

       “杜马在巴黎工作,李比希在基森,凯库勒在根特……”伏斯克列森斯基迟疑了一会儿说:“我看普鲁士的海德堡不错,海德堡大学不仅有比彼得堡大学完善得多 的实验条件,而且还有许多大科学家在那里工作,例如本生(1811—1899)、基尔霍夫(1824—1887)和卡利乌斯(1829—1875)等。他 们都是第一流的科学家和实验能手。”

      在老师的指导和关怀下,门捷列夫选定了普鲁士的海德堡。一个月后,他来到海德堡大学。本生十分亲 切地接待了他,并当即在自己的实验室里给他提供了位置。门捷列夫想先从定量测定化合物中的原子结合强度入手,方法是测量物质的某些常数,首先是测量液体的 表面张力和测定毛细常数。于是他便着手做起实验来。

      门捷列夫的研究目标相当远大,5年前在撰写大学毕业论文时就曾提到研究化学元素之 间的相互联系。今天具体干起来,他则想从定量测定化合物中的原子结合强度入手。他写信给国内母校的老师说:“我确信,如果不知道分子内聚力的大小,就不可 能解决关于化学反应原因的问题。因此我选择了这个很少有人研究过的课题。”

      然而,门捷列夫刚开始工作,就遇到了麻烦。在他旁边做实验 的卡利乌斯正忙着制取硫的有机化合物,不时地冒出比臭鸡蛋还要难闻的气味,使门捷列夫头痛异常,咳嗽时而发生。另外两位大科学家本生和基尔霍夫,此时正集 中精力研究用光谱分析的方法发现新元素,也顾不上照应从俄国来的青年化学家。于是,门捷列夫利用自己所领到的有限出国费用,到巴黎、波恩购置了一些必需的 实验设备和化学试剂,回到海德堡。他将自己的两间住房腾出一间,建起了一个小小的实验室。

      门捷列夫终于在自己的实验室里工作了。实验 计划本身是创造性的,买来的仪器往往不够用,门捷列夫就自己动手设计制造。童年时代在玻璃工厂获得的知识帮助了他。有一种根据门捷列夫设计制成的比重瓶, 由于能精确地测量液体的比重,获得了广泛的应用,后来被人们称为“门捷列夫比重瓶”。

      那时,在海德堡有许多俄国科学家和政治侨民。门 捷列夫和同胞们保持着密切的联系。“霍夫曼公寓”是团结这些远离俄国人们的一个独特中心。主人卡尔·霍夫曼是海德堡大学的副教授,从前在莫斯科呆过。他的 妻子索菲亚·彼得罗夫娜是一位出色的女主人。她不仅会做一手好菜,像俄罗斯人那样慷慨地款待客人,而且还善于创造一种无拘无束的家庭气氛。每天午饭后,海 德堡大学的见习生、青年化学家鲍罗丁就坐在钢琴旁,使室内充满了门捷列夫童年时就熟悉的民歌旋律。鲍罗丁酷爱音乐,他把自己的朋友也引入了这一美妙而欢快 的境界。他们常到邻近的城市去看歌剧或听音乐会。门捷列夫和鲍罗丁还数次到意大利、瑞士作短期旅行。

      他们常常在亚·伊·赫尔岑的堂妹塔姬雅娜·彼得罗夫娜·帕谢克家中聚会。在这里,他们谈论俄国,憧憬它的美好未来……门捷列夫渐渐地成了这个小圈子的中心人物。

      在这里门捷列夫生活得很开心,这无形中给他的科研工作带来了新的活力。所以门捷列夫在海德堡的工作效率特别高。

       在测定化合物分子内聚力的大小时,门捷列夫巧妙地利用了液体的毛细管现象。因为毛细管中液体水平面之所以上升,是由于在液体分子之间以及液体分子与管壁 分子之间有内聚力(后者现称为附着力)的缘故;这种互相吸引的内聚力,能使毛细管液柱上升到一定高度。他在海德堡写的第一篇论文《论液体的毛细管现象》中 指出:“液体密度与毛细管中液体上升的高度之乘积,可以作为测量内聚力大小的尺度。”实验中,门捷列夫将插有毛细管的液体进行加热,毛细管液柱明显地下降 了。他由此得出结论:分子内聚力是可以通过加热逐渐减弱,直至完全消失的。当内聚力等于零时,液体就要成为没有内聚力的形态——气体,即变为蒸气。

       当时,科学家们对于某些气体的液化有一个普遍感到伤脑筋的问题,他们用增压的方法,使一些气体液化成功,可是对于氧气、氮气、氢气等,无论怎样增加压 力,甚至采用超高压,都无济于事,以致只好称它们为“永久性气体”。门捷列夫解决了这个难题,指出:“任何液体在某个温度下都能变成蒸气,而且不管压力的 增高还是降低,气体仍然还是气体。这个温度也就叫做绝对沸点温度(现在通称为‘临界温度’)。”

      他将自己的研究成果,写成了两篇新的 论文:《论液体的膨胀》和《论同种液体的绝对沸点温度》。论文明确指出:当气体的温度高于临界温度时,无论施加多大压力,都不能使它变为液体。“如氧气、 氮气、氢气这些气体之所以不液化,就是因为实验是在高于其绝对沸点温度的条件下进行的。只要把它们冷却到低于绝对沸点温度,就有希望液化成功。”后来,科 学家们遵循门捷列夫所示的方法,使气体冷却到临界温度以下,果然毫无例外地取得了各种液态的气体,如液态氧、液态氮、液态氢等。

       1860年,金秋时节,在化学界崭露头角的门捷列夫,同齐宁等人一起,参加了在卡尔斯鲁厄市举行的第一次化学家国际会议。这是化学家的首次世界性代表大 会,它在化学史上具有里程碑意义。卡尔斯鲁厄会议之前,化学家们大都各行其是,元素符号、分子式书写等一片混乱。所以会议一开始,就发表了一份宣言,规定 会议的任务是:用讨论的方法消除某些误解并促使各种意见趋于统一。

      卡尔斯鲁厄会议开得很成功。在这次会议上,统一了化学元素的名称 (命名),即规定采用该元素拉丁文名的第一个字母,如氧(Oxygenium)为O,氢(Hydrogen)为H,碳(Carbonium)为C;有的元 素第一个字母相同,则加上第二个字母,如钛(Titanium)和钽(Tantalum)分别为Ti和Ta;前面两个字母都相同,则用第一和第三个字母表 示,如砷(Arsenium)和银(Argentum)就用As和Ag来表示。会议还对原子、分子、化合价和原子量等许多化学概念进行了讨论,取得了比较 一致的意见。

      门捷列夫在这次国际化学盛会上,结识了不少当时著名的化学界人士,听到了许多精彩的学术报告,从而大大开阔了学术视野。与此同时,门捷列夫也成了化学界的后起之秀和备受推崇的青年化学家。
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