• 《走进化学的迷宫:门捷列夫的故事》是化学还是相术

  • 发布时间:2016-01-11 01:13 浏览:加载中
  •   在门捷列夫以前,没有一个人看得出元素间的这种自然联系,这并不奇怪。奇怪的是,门捷列夫的伟大发现——元素周期律,竞有许多人持怀疑态度,更有甚者把他的科学预言视作臆造和魔术!

      乍一看,门捷列夫的发现并没有什么奥妙,只要按着原子量的大小把元素一个接着一个地写下去,周期律就自动出现了。这件事似乎做起来很容易,容易得跟按照字母的顺序来排列元素差不多!这么简单的发现,怎么别的化学家谁也想不到去试一试呢?

      是的,别的化学家也曾尝试过。不过尝试之后,能够发现周期律的,却只有门捷列夫一个人!因为事实上,这件事并不那么简单。

      元素之间的真正关系,其实是乱成一团,极难理出头绪的。打个比方,它好像是译成了“密码”似的。要认识这种复杂的化学密码,非有极高的智慧,极丰富的想象力不可。

       设想有位侦察员,得到了一份重要的密码文件及其中密码的解法。他迫不及待地把这两张纸摆到桌面上,预备阅读这份秘密文件。可是,当他开始解译的时候,却 发现自己是被骗了。他得到的那张解法并不适用。其中有些符号显然顺序搞错了,还有些根本找不到:31个字母本来应该有31个符号,解法里却只有25个或 20个符号。假定第一个符号代表A,第二个符号应该代表B还是T,实在没法猜测。这些空白或缺少的符号使全部解法变成毫无用处,因为下面那些符号究竟代表 什么字母,全都无法确定。

      门捷列夫在发现周期律的时候,所遇到的困难,正和上述的情况完全相同。

      门捷列夫以前所 有的科学家,虽然不少人研究了元素的分类,但他们大都忙于元素的归族,对于族和族之间的联系,却没有加以深入探讨。虽然尚古多的“螺旋图”和纽兰兹的“八 音律表”对此做过尝试,但因与某些事实发生矛盾而遭到忽视或奚落,未能公开发表,不为门捷列夫所知。所以说门捷列夫研究各族相互关系中的规律性,是一种开 创性的工作。

      门捷列夫比较了不同族的元素原子量的关系后,发现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。有趣的是这个变化到了一定程度会突然中止,然后又重新开始。既然元素不仅可以依照化学性质归纳成“族”,而且依照原子量的逐渐递增出现“周期”,那 么,利用这两个特点,岂不是可以排成一张周期表吗?门捷列夫想到这一层,就在纸上画了起来。然而,他很快就发觉事情并不像想象的那么简单。

       他按着原子量把元素排列起来。但他不知道有几种元素的原子量不准确,许多年后才查出有11种元素的原子量测定得很不准确。门捷列夫当时实在无从知道,所 以这些元素就带着假的“身份证”站在门捷列夫的“牌阵”里,并没有站在应该站的位置上。这样,元素的自然顺序就被歪曲了,那些由于相似的元素所排成的族遭 到了破坏;各族的内部,由于“外来者”的闯入,也乱成一团。

      当时已发现的元素中,除作为基准单位的氢以外,原子量最小的是锂(7—— 门捷列夫时代测得的“通用原子量”,下同),接着是硼(11)、碳(12)、铍(13. 5)、氮(14)、氧(16)、氟(19)……从锂到氟,应该正 好是一个由金属性向非金属性逐渐变化的周期。可是,在事实上,铍的金属性却比硼,更比碳强。而且,从标示金属性的正化合价和非金属性的负化合价来看,铍的 位置也明显地反常:锂(+1),硼(+3),碳(+4、-4),铍(+3),氮(+5、-3),氟(-1)。+1价的锂后面少了一个+2价的元素,+4价 的碳和+5价的氮之间却夹进了一个+3价的铍,以致使整个有规则的队伍乱了套。

      铍是依照它的原子量而位于碳之后、氮之前的,那么,究竟是元素的性质并不随着原子量而改变呢,还是铍的原子量压根儿就不对?

       当时,许多元素的原子量是这样测定的:通过实验可以得到某一元素与8重量单位的氧或1重量单位的氢反应时的重量比例,称为当量(比如,氧化钠中的钠与氧 的重量比是46∶16,则钠的当量为46÷(16÷8)=23;硫化氢中的硫与氢的重量比是32∶2,则硫的当量为32÷(2÷1)=16)。将某一元素 的当量乘上化合价正数,即可得到这个元素的原子量,如钠的原子量是23×1=23,硫的原子量为16×2∶32。化学家对于准确地测定某个元素的当量比较 有把握,但确定它的化合价,却有困难。他们测得铍的当量约为4.7,没有疑问,但它的化合价多少,则颇费周折。由于人们发现铍的许多性质同+3价的铝很相 似,便把它看做是化合价为+3价的元素,从而由4.7×3得到约13.7的原子量。门捷列夫同样如此认为,所以将这个原子量数据写在卡片上,并据此把铍排 在碳之后和氮之前。结果就发生了有规则的队伍乱了阵容。

      然而,门捷列夫坚信化学元素是存在着客观自然规律的。他不因出现了若干“例外”的或者说是“不正常”的现象而动摇。这位勤于动脑而又敢于设想的化学家猛然间产生了一个念头:会不会把铍的化合价搞错了?

       他用铅笔将铍的化合价改作+2,重新算出原子量……“真是好极了!”一向沉着的门捷列夫又惊又喜,不由得叫了起来。他的眼前不仅元素的原子量“循序渐 进”—锂(7),铍(9.4),硼(11),碳(12),氮(14),氧(16),氟(19),而且它们的化合价也“按部就班”—锂(+1),铍 (+2),硼(+3),碳(+4,-4),氮(+5,-3),氧(-2),氟(-1)1 7个化学元素,正好是一个金属性由强渐弱,非金属性由弱渐强的完 整周期!接下去排列化学元素,又开始出现了新的周期:钠,镁,铝,硅……排到这里,又出现了问题。

      站在第4号元素硼和第11号元素铝下面的是第18号元素钛。它们中间的间隔是6个元素,是一个完整的周期,这好像很有规律。但就性质来看,钛在硼和铝这一族中,显然是个“外路人”,它的位置,应该是在隔壁的碳族里,于是门捷列夫决定把钛从第18位上搬开。

      “这里应该是一个未知元素站队的地方,这未知元素应该像硼和铝!”他肯定地说。

      于是门捷列夫就在这里留下一个空格。跳过这个空格,钛就站在与它有亲缘关系的碳族中了。钛以后的元素呢,也都可以按着原子量递增的顺序一个一个往下排,不至于乱队。他不仅大胆地修正了一些元素的原子量,而且还在元素周期表上留下了四个空格。

       门捷列夫利用这样的空格,强迫各种元素站到表中各自应站的位置上,避免了周期律的破坏。不仅如此,为了不让表中出现空白点,他还往空格里面填进了几位自 己臆造的元素。他为它们取名为埃卡硼、埃卡铝、埃卡硅……由于埃卡在梵语里是一的意思,这些元素分别为硼加一、铝加一、硅加一……其实门捷列夫根据元素周 期律推断的这些元素,不过是人类当时没有发现而已!所以说门捷列夫预测到这些元素的性质,甚至说明了它们的形状、原子量,以及它们同别的元素化合而成的化 合物,并不是什么魔术,什么超自然的能力。可是,门捷列夫的正确推算和科学预测,在其他许多化学家看来,却是一种狂妄的行为。

      “臆造 一些不存在的元素,并且硬说这些元素具有怎样怎样的性质,还把这一切都收罗到精密科学的课本里!所谓精密科学,只限于谈实在的物质,触摸得到的东西,无可 争辩的事实。现在把杜撰的东西也收罗进去,那成什么玩意儿。那是化学呢,还是相术?是科学著作呢,还是为预言未来而作的解梦书或解释预兆的书?”

      大多数科学家,对于门捷列夫的自然系统和他所预言的元素,都做了这样的或类似这样的批判。

      只有事实能够说服怀疑派。但是,好几年过去,门捷列夫周期表中的空格还是空着,只有一些幽灵般的臆造的物质待在里面。谁也不重视它们了,更糟的是人们简直忘掉了它们。
  • (责任编辑:中国历史网)

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