【科学家小趣闻】元素周期表的发现--门捷列夫

【慕联导读】

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宇宙万物是由什么组成的？古希腊人以为是水、土、火、气四种元素，古代中国则相信金、木、水、火、土五种元素之说。到了近代，人们才渐渐明白：元素多种多样，决不止于四五种。18世纪，科学家已探知的元素有30多种，如金、银、铁、氧、磷、硫等，到19世纪，已发现的元素已达54种。 

人们自然会问，没有发现的元素还有多少种？元素之间是孤零零地存在，还是彼此间有着某种联系呢？ 

    门捷列夫发现元素周期律，揭开了这个奥秘。 

原来，元素不是一群乌合之众，而是像一支训练有素的军队，按照严格的命令井然有序地排列着，怎么排列的呢？门捷列夫发现：元素的原子量相等或相近的，性质相似相近；而且，元素的性质和它们的原子量呈周期性的变化。 

    门捷列夫激动不已。他把当时已发现的60多种元素按其原子量和性质排列成一张表，结果发现，从任何一种元素算起，每数到8个就和第一个元素的性质相近，他把这个规律称为“八音律”。 

门捷列夫是怎样发现元素周期律的呢？ 

    1834年2月7日，伊万诺维奇〃门捷列夫诞生于西伯利亚的托波尔斯克，父亲是中学校长。16岁时，进入圣彼得堡师范学院自然科学教育系学习。毕业后，门捷列夫去德国深造，集中精力研究物理化学。1861年回国，任圣彼得堡大学教授。 

    在编写无机化学讲义时，门捷列夫发现这门学科的俄语教材都已陈旧，外文教科书也无法适应新的教学要求，因而迫切需要有一本新的、能够反映当代化学发展水平的无机化学教科书。 

    这种想法激励着年轻的门捷列夫。当门捷列夫编写有关化学元素及其化合物性质的章节时，他遇到了难题。按照什么次序排列它们的位置呢？当时化学界发现的化学元索已达63种。为了寻找元素的科学分类方法，他不得不研究有关元素之间的内在联系。 研究某一学科的历史，是把握该学科发展进程的最好方法。门捷列夫深刻地了解这一点，他迈进了圣彼得堡大学的图书馆，在数不尽的卷帙中逐一整理以往人们研究化学元素分类的原始资料…… 

    门捷列夫抓住了化学家研究元素分类的历史脉络，夜以继日地分析思考，简直着了迷。夜深人静，圣彼得堡大学主楼左侧的的门捷列夫的居室仍然亮着灯光，仆人为了安全起见，推开了门捷列夫书房的门。 “安东！”门捷列夫站起来对仆人说：“到实验室去找几张厚纸，把筐也一起拿来。” 安东是门捷列夫教授家的忠实仆人。他走出房门，莫名其妙地耸耸肩膀，很快就拿来一卷厚纸。“帮我把它剪开。” 

门捷列夫一边吩咐仆人，一边动手在厚纸上画出格子。 

“所有的卡片都要像这个格于一样大小。开始剪吧，我要在上面写字。” 

门捷列大不知疲倦地工作着。他在每一张卡片上都写上了元素名称、原于量、化合物的化学式和主要性质。筐里逐渐装满了卡片。门捷列夫把它们分成几类，然后摆放在一个宽大的实验台上。接下来的日子，门捷列夫把元素卡片进行系统地整理。门捷列夫的家人看到一向珍惜时间的教授突然热衷于“纸牌”感到奇怪。门捷列夫旁若无人，每天手拿元素卡片像玩纸牌那样，收起、摆开，再收起、再摆开，皱着眉头地玩“牌”…… 冬去春来。门捷列夫没有在杂乱无章的元素卡片中找到内在的规律。有一天，他又坐到桌前摆弄起“纸牌”来了，摆着，摆着，门捷列夫像触电似的站了起来，在他面前出现了完全没有料到的现象，每一行元素的性质都是按照原子量的增大而从上到下地逐渐变化着。门捷列夫激动得双手不断颤抖着。“这就是说，元素的性质与它们的原子量呈周期性有关系。”门捷列夫兴奋地在室内踱着步子，然后，迅速地抓起记事簿在上面写道：“根据元素原子量及其化学性质的近似性试排元素表。” 

   1869年2月底，门捷列夫终于在化学元素符号的排列中，发现了元素具有周期性变化的规律。同年，德国化学家迈尔根据元素的物理性质及其他性质，也制出了一个元素周期表。到了1869年底，门捷列夫已经积累了关于元素化学组成和性质的足够材料。 无影周期表有什么用呢？它可非同一般。 

    一是可以据此有计划、有目的的去探寻新元素，既然元素是按原子量的大小有规律地排列，那么，两个原子量悬殊的元素之间，一定有未被发现的元素，门捷列夫据此预付了类硼、类铝、类硅、类锆4个新元素的存在，不久，预言得到证实。以后，别的科学家又发现了镓、钪、锗等元素。迄今，人们发现的新元素已经远远超过上个世纪的数量。归根到底，都得利于门氏的元素周期表。相信在广大青少年朋友中，一定会涌现出许多新的化学家，进一步打开微观世界之谜。 

    二是可以矫正以前测得的原子量，门捷列夫在编元素周期表时，重新修定了一大批元素的原于量（至少有17个）。因为根据元素周期律，以前测定的原于量许多显然不准确。以铟为例，原以为它和锌一样是二价时，所以测定其原子量为75，根据周期表发现钢和铝都是二价的，断定其原子量应为113。它正好在钙和锡之间的空位上,性质也合适。后来的科学实验，证实门氏的猜想完全正确。最令人惊异的是，1875年法国化学家布瓦博德朗宣布发现了新元素镓，它的比重为4.7，原子量是59点几.门捷列夫根据周期表，断定镓的性质与铝相似，比重应为5.9，原子量应为68，而且估计镓是由钠还原而得.一个根本没有见过镓的人，竟然对它的第一个发现者测定的数据加以纠正,布氏感到非常惊讶，实验的结果，果然和门氏判断极为接近，比重为5.94，原子量为69.9，按门氏提供的方法，布氏新提纯了镓，原来不准确的数据是由于称中含有钠，大大减少了它本身的原子量和比重。     

三是有了周期表，人类在认识物质世界的思维方面有了新飞跃。例如，通过周期表，有力地证实了量变引起质变的定律，原子量变化，引起了元素的质变。再如，从周期表可以看出，对立元素（金属和非金属）之间在对立的同时，明显存在统一和过渡的关系。现在哲学上有一个定律，说事物总是从简单到复杂螺旋式上升。元素周期表正是如此，它把已发现的元素分成8个家族，每族划分5个周期，每个周期、每一类中的元素，都按原子量由小到大排列，周而复始。     元素周期律一举连中三元，使人类认识到化学元素性质发生变化是由量变到质变的过程，把原来认为各种元素之间彼此孤立、互不相关的观点彻底打破了，使化学研究从只限于对无数个别的零星事实作无规律的罗列中摆脱出来，从而奠定了现代化学的基础。