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门捷列夫的梦 出生了元素周期表

发布时间: 2019-02-15 15:45:40 来源:俄罗斯龙报 作者: 浏览次数:

结合国教科文组织本年1月在总部巴黎启动“化学元素周期表国际年”活动,将在本年举办一系列主题活动,纪念俄国迷信家门捷列夫编制化学元素周期表150周年,并评价道:“元素周期表是迷信史上最卓越的发明之一,描述出的不只是化学的本质,也是物理学和生物学的本质。”

不管是这张被称为化学帝国首部宪法的周期表,照样它的发明者门捷列夫,都有着可谓传奇的经历。

 

位于斯洛伐克首都的门捷列夫雕像。(图片来源:上海彭湃消息网)

开创时代:不存在的元素

综合上海彭湃消息网、喷鼻港《星岛日报》报导,关于这一发明的始末,众说纷纷,个中最广为人知并被门捷列夫自己在前期承认的故事是:他在一天夜里梦见了一切元素落进照应的格子,构成了一张表,并称本身只在一处做了须要的修改。

门捷列夫画出来的元素表格上的元素符号与现代根本分歧,只要三处罚歧:碘被标记为J而非I ,铀被标记为Ur 而非UDi这个元素则根本不存在。它在1841年作为一种稀土元素被发明,直到1885年才终究证明它实际上是第59号元素镨(Pr)和第60号元素钕的混淆物。

惰性气体在门捷列夫的首版手稿中也不存在,它们直到1890年代中期才被众人发明,并被门捷列夫置于周期表的最左一列,作为“第0族元素”。

惊天奥妙:元素的周期性

门捷列夫在这张表格中发明的惊天奥妙是周期性。

随着原子质量的增长,元素的化学性质并不是一向变更,而是间隔一段出现反复。如,从锂(Li)到钾(K),原子质量从7增长到39,门捷列夫的表中共列出了15个元素。但锂的化学性质与紧接着排在前面的铍(Be)性质差别颇大年夜,反而与间隔7个出现的钠(Na)和再间隔7个出现的钾非常类似。跟铍类似的元素则是铍以后间隔7个出现的镁(Mg)。同时,碳与硅、氧与硫、氟与氯等相互类似,它们之间的间隔都是7

首版手稿的每个纵列即为一轮变更周期,每个横排上的元生性质类似,后来演变成“族”的概念。

时代局限:质量旁边的问号

即使初版元素周期表在门捷列夫的时代具有惊人的洞见力和前瞻性,其局限性也是不言而喻的。

门捷列夫在化学元素旁标注的数字是原子的质量,而非现代周期表的分列根据质子数量。现实上,他一直没完全弄清楚原子的构造,特别困惑电子能否存在。

在门捷列夫的时代,很难给原子称重。元素在天然界常常以化合物的情势存在,先要提纯,还要肯定化合价,这个过程当中能够产生10100倍的误差。因而,他给好几个元素的质量打上了问号,比如铀被标为116,他后来修改成了更接近现代的数值。而有些当时认为的“蹊跷的地方”,他穷尽平生也未能解答。

终究一问:留下巨大年夜的留白

世界上第一张元素周期表最令人津津有味的地方是表上的三个地位只标了原子质量,没有元素字母。即:门捷列夫预言了按照周期律,应有三种未被发明的新元素存在。

1871年,他把这三个元素起名“Eka硼 ”、“Eka铝”和“Eka硅”,猜想它们的化学性质应当分别与硼、铝和硅类似。Eka这个前缀来自于梵文,意为“一”。

这在学术界激起了轩然大年夜波,质疑的声响接二连三,但汗青证明他是对的,这三个地位属于1886年发明的锗,1876年产生的镓和1879年发明的钪。在更远的后来,迷信家们乃至开端应用周期表的规律,本身着手创造新元素。

值得一提的是,元素周期表上有一个地位专门留给了门捷列夫:第101号元素钔(Md)。

150年后的2019年,元素周期表曾经排到了118号,迷信家们仍在为门捷列夫的巨大年夜发明开疆拓土,而那个终究成绩仍未取得解答:元素周期表的尽头在哪里?

 

1897版《化学道理》扉页。(图片来源:上海彭湃消息网)

硬核人生:即使多曲折 成就开先河

实际上,在门捷列夫的时代,至少有4名西欧化学家和1名美国化学家测验测验过雷同的任务,但都只能整顿到二三十个元素就难认为继。但是,门捷列夫成功了。

18692月一个酷寒的冬夜之前,哪些伏笔曾经在门捷列夫的人生中埋下,终究给了他和这个世界一个如此名留青史的回响?

上海彭湃消息网报导,18342月,门捷列夫出身在西伯利亚的托博尔斯克,父亲从事中学教导任务,母亲来自本地商贾世家。这对夫妻共孕育了17个后代,门捷列夫最小。他出逝世后,家道日趋宽裕,13岁那年,父亲去世,母亲的玻璃厂付之一炬。

不过,少小掉怙并未影响他的学业。他6岁退学,数学和迷信成就很好,15岁就早于规定年限从中学卒业。但是,他前面的人生却并未像中学卒业如许顺利。

望子成龙的母亲千里迢迢把他送去肄业,可他却前后在莫斯科和圣彼得堡因“学区”的规定被大年夜学拒之门外。终究,在友人赞助下,1850年,门捷列夫进入了圣彼得堡师范学院。他拿到了奖学金,但条件是卒业后在中学执教。

本科卒业后,门捷列夫想去气候平和的敖德萨,但因档案缺点,他被不测送到了小城市辛菲罗波尔。1856年,他几经展转回到圣彼得堡,想请求出国留学。昔时10月,22岁的他以一篇《论硅化合物的构造》完成了硕士辩论。

因高校编制稀缺,门捷列夫在随后的两年内任大年夜学的编外教员,开端了漫长的“转正”斗争。他开授化学实际、化学史和无机化学研究课,并指导本科生实验研究。因薪资菲薄且不固定,他常常为期刊撰稿,接私活。

1859年,门捷列夫出国留学,在游历至巴黎时了解了热化学家贝赛洛特、制备烷烃的无机化学家武慈和提出熄灭定氮法的杜马斯;行至慕尼黑,他与“祖师”李比希相谈甚欢;行至海德堡,他碰到了本生电池、爱伦美烧瓶和基尔霍夫定律的冠名者。终究,他留在了海德堡。

门捷列夫终究有了稳定的同伙圈:解剖田鸡提出大年夜脑反射的谢切诺夫,还有俄国近代化学的奠定人之一齐宁。

在海德堡,他投奔在“本生电池”“本生灯”的创造人门下。他对本生的实验室条件其实不满足,遂在本身的公寓里自建实验室,个中一种实验器材是他本身设计的,如今被定名为门捷列夫比重瓶,可精确丈量液体密度。他由此发清楚明了气体和液体随着温度和压力转化的奥妙,提出只需降至“相对沸点”一切气体皆可液化。这是他自力作出的第一项重要发明。

1861年,门捷列夫回到了圣彼得堡,但圣彼得堡大年夜学因政治局面关停,他掉业了。那段时间,他接下了一切能接的活,同时教化学、物理、地理,在几个高中之间往复跑。

稿费也是一先生财之道。他很快开启了著作等数身、本本皆传世的高产人生。回国后不到4个月时间,他完成了俄国汗青上第一本《无机化学》。这本500页的手册首版敏捷售罄。更妙的是,在齐宁和沃斯克列森斯基的支撑下,他在次年拿下了德米多夫写作奖。这两位在门捷列夫生射中屡次扮演伯乐和贵人。

门捷列夫终究能喘一口气,他用奖金还清清偿务,还成家了。

写完《无机化学》,门捷列夫又接下了翻译德文《技巧百科全书》的校订任务,并主笔了几章。在出版界取得惊人荣誉的他虽无博士学位,却被圣彼得堡应用技巧学院聘为传授。

因编写了《酒精度量学》的个中一章,门捷列夫还被财务部聘为酒精技巧委员会专家。这份任务还给了他一个不测收获:在研究酒精的过程当中,他可以从精准绘制的图象中读出清楚的化合物组分,这后来成了他的博士论文标题:《论酒精和水的化合物》。1865年,门捷列夫成了博士,同年,他“转正”为圣彼得堡大年夜学技巧化学传授。

1867年,沃斯克列森斯基搬离圣彼得堡,把一个纯化学传授的空白留给了他。持续教职的同时,他也要持续前辈兼老同伙的教授教化义务:无机化学课。这对他来讲是个相对陌生的范畴,他决定本身编写一本新教材。

这本划时代的著作在门捷列夫生前悛改8版,逝世后修至第13版,如今还是化学专业大年夜一重生的入门读物——《化学道理》。

不过,彼时正在卖力备课的他正为一件事挠头:当时世界上已知的化学元素有63种,《化学道理》的上卷只整顿了8个罕见元素,若何将剩下的55个元素全部塞进下卷?元素的化学性质根据甚么规律产生变更?化学毕竟在环绕如何的宪法运作,才构成了人类所见所用所临盆的物质世界?

写完《化学道理》上卷后的一个冬夜,门捷列夫经历了那个流芳百世的梦……

(编辑:李余)

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