他是“一统化学界”的男人，还跨界撑起整个俄罗斯，却终被诺奖亏待

2017-07-02 化学加

来源|SME 编辑|化学加

炼金，是中世纪的科学界非常流行的一项研究。
其目标是通过化学方法将一些基本金属转换成黄金，
或长生不老药。

炼金术的一些符号

即使是近代化学时代已到来，
却仍有许多大科学家纷纷投身其中。

就连是我们的大科学牛顿，
也抵挡不住诱惑。
他晚年沉迷于炼金不能自拔，
所以也被称为最后的炼金术士。

牛顿关于炼金术的手稿

直到门捷列夫的出现，
才算真正打碎炼金术士毕生追求的美梦。

在科学家还不知道原子内部结构的年代，
他就按照原子量将所有化学元素周期性排列，
结束了几百年来无机化学凌乱琐碎的局面。

虽说我们都经历过被元素周期表支配的恐惧，
但这也印证了它的意义非凡。

不过，他的一生可比一张元素周期有趣和丰富得多。

除了元素周期表这一巨大贡献以外，
门捷列夫还是跨界好手，
在物理学、经济学、地理学、气象学，
甚至是航天领域都有所建树。

让人惊讶的是，
门捷列夫竟终生未获诺贝尔奖。

德米特里·门捷列夫，
1834年出生于俄国西伯利亚地区，
是家中十几个兄弟中最小的一个。

他刚出生，父亲就因失明，丢掉了教职。
十几岁时，母亲也因所在玻璃厂大火，失去了谋生之处。
后来，他的父母亲更是被当时流行的结核病，带走了生命。

所以这一波三折的童年，
也让门捷列夫一直很勤奋，
在紧张的学习之余还写点科学简评赚点稿费。

22岁，门捷列夫就以优异的成绩毕业于圣彼得堡师范学院，
获得“化学与物理”学士学位。
23岁，就被圣彼得堡大学任命为化学讲师，
是当时最年轻的副教授。

不知是太最醉心于科学研究，
还是原本就不拘小节。
才27岁的门捷列夫，
就留了一头疯狂生长的头发和满脸的大胡子。

其实到门捷列夫所在的年代，
已有200年的化学史，也发现了60多种元素。

但是这200年里，
化学都是建立在药剂师、冶金业官员等各种从业者身上，
理论知识极其匮乏。

所以，人们对于这些已知元素的性质变化规律，
更是不甚了解。

拉瓦锡与妻子的这张照片，经常被用来当名著封面

当然，在门捷列夫之前就有不少人曾为寻找化学元素规律努力过，
但都无疾而终。

像我们熟悉的化学家拉瓦锡，
就将气体元素、金属元素、非金属元素、土质元素各分为一类。

但这样粗略的分类，
实质上与古人金、木、水、火、土的五行理论无差别。
段柏莱纳与“三元素组”

到1828年，德国化学家段柏莱纳提出“三元素”假说的，
才算瞥见了元素周期规律的一些端倪。

他敏锐的觉察到一些已知元素的内在关系。
就像氯、溴、碘，不仅在颜色、化学性质方面都有规律可循。

像这样的“三元素组”，
他就一共找到了五组，
称之为“三元素组”。
不过，他虽开启了寻找元素间规律的先河，
但揭示的规律还非常有限，难以让人信服。

纽兰兹

到1865年，英国化学家纽兰兹就按原子量大小，
将每八个元素为一组进行排列，取名为“八音律”。

虽然他只是机械地将元素按原子量大小排列，
但毫无疑问这已经正确的方向了。

然而，当他把关于“八音律”想法在化学学会上发表时，
却遭到众人的讥讽和奚落。
甚至有人问他“你怎么不按元素字母来排列啊，可能要比八音律更押韵呢”。

遭受打击后，纽兰兹也失去了信心，
放弃了元素周期律的工作，转向了其他领域的研究。

门捷列夫是化学教师，
但他每次给学生讲授化学基础时，
都觉得不痛快。

因为这么多个细碎零散的化学元素，
该从哪个元素讲起真的让每个化学老师都想选择死亡。

有的说从氢讲起，因为它质量最小；
有的说从氧讲起，因为它最常见；
有的说从金属类讲起，因为矿业最发达，最实用。

现代化学元素周期表

想想如果没有周期表不但苦了老师，
更是苦了学生。

所以年轻的门捷列夫也决心加入到寻找化学元素规律的大军，
想要早日结束这一混沌的时代。

正如他所说的，
化学的大厦不仅需要原材料，
更需要将大楼建起来的规划。
门捷列夫的头像，周围就是元素卡片

一开始，他也对元素周期律这栋大楼也毫无头绪，
只是将所有元素的有关资料收集在一起。

为了方便尝试排列，
他就把每一个元素都用一张方形卡牌来表示。
这些卡片上都清楚地标上元素符号、原子量、元素性质及其化合物等信息。

自那以后，他就像着了魔一样卡片不离手，
无论是吃饭睡觉都要摆弄一下。

道尔顿

十九世纪初，道尔顿就已经提出物质世界最小的单位是原子。

所以门捷列夫首先像纽兰兹那样，
把已知的63种元素，按原子量的大小横向排序。

然后再根据各个元素的原子价态性质，作出调整。

这种排列组合的工作，
和数学和物理研究不一样，更加考验耐心。

门捷列夫不分昼夜的工作，
曾多次因为脑子过度紧张，
而陷入歇斯底里的状态。
但是他从来没想过要放弃，一直在坚持着。

据说有一次，
门捷列夫连续工作了三个昼夜，
不自觉在书桌上睡着。
在他的梦中，
居然出现了自己梦寐以求的元素表，
上面还有一些小空格。

一觉醒来，门捷列夫顿悟，
或许那些小空格上，
正是尚未被人类发现的元素啊！

就这样，
门捷列夫把已知的63种元素排列好。
再根据周期律大胆地对4个位置的元素作出预言，
分别称为“类铝”“类硼”“类硅”“类锰”。

1869年3月，34岁的门捷列夫，
发表了《元素性质与原子量的关系》这一论文，
正式向俄罗斯化学学会阐释自己的元素周期律。

然而，迎接他的不是认同和掌声，
反而是遭受与纽兰兹同样的待遇——讥讽和贬斥。
门捷列夫手稿

大多数人都说他异想天开，
毕竟发现一种元素就可以耗尽多位科学家的一生。
而门捷列夫竟连原子量和性质都计算好，
一次性预言了多达4种元素，
实在太不可思议。

所以，根本没人相信门捷列夫的元素周期律，
就连他的导师都劝他不要再“不务正业”。

但是门捷列夫却对自己的元素周期律十分有信心，
之后还不断地完善不被看好的元素周期律。

德布瓦博德兰

四年后，法国化学家德布瓦博德兰就用光谱分析法，
从门锌矿中发现新元素镓。

镓的发现让整个化学界为之惊叹，
不单因为它是新元素，
更多的是它竟然就是门捷列夫预言的“类铝”。

除了密度不同，新元素镓的其他的数据和性质，
都和门捷列夫的预言完美贴合，
甚至连镓将会由光谱发现都被一一猜中。

镓的熔点极低，放在手心就会融化

当时，门捷列夫预测的镓密度是5.9-6.0g/cm3，
而德布瓦博德兰测得的镓密度是4.7g/cm3。

对元素周期律十分自信的门捷列夫，
立马写信给德布瓦博德兰，
要求他重新提纯测量其密度。

面对这样的质疑，德布瓦博德兰虽不满意，
但秉承着一个科学家的素养，还是重新测定了镓的密度。

这次测量的数据是5.941g/cm3，
竟神奇地落在了5.9-6.0g/cm3之间。
门捷列夫这一伟大预言的首次证实，
让科学家们开始瞥见元素周期律背后的光辉。

此后，整个欧洲的实验室都动员起来，
去寻找门捷列夫所预言的新元素，
振奋人心的消息也一个接着一个。

之后的十年，在元素周期表的指导下，
“类硼”（钪元素）“类硅”（锗元素）等相继被发现。

这也意味着，原本较盲目的元素的研究、新元素的探索，
都将变得有迹可循。
门捷列夫在整个欧洲科学界的地位也节节高升，
以前曾反对他的人也开始向他表示祝贺和赞扬。

关于门捷列夫发明元素周期率有许多小故事，
都将他描述成一个天才。

有的说是“打牌”打出来的，
因为他当初把所有元素都记录在卡牌上排序。
有的说是“上帝的托梦”，
在梦中他见到了元素周期表中的所有排序，
才发明了元素周期表。

关于他是不是天才的问题，
也确实有记者向他提问过。

当时，门捷列夫义正言辞地回答道：
“对于元素周期律的问题，我差不多思考了20年，而你却认为，坐着不动，五戈比一行、五戈比一行地写着，突然就能写成，这是不可能的。”

他还说，如果这张元素周期表真的是从睡梦中上帝赐予的话，
那么他应该会得到一张更加完善的周期表才对。

或许门捷列夫在发明周期表时确实有过顿悟的一刻，
但是有哪些顿悟不是来自于长期的积累呢？

“终身努力，便成天才。”
是门捷列夫的一句名言。
而他的一生，也可以用终身努力来总结。

除了在化学方面功勋显著外，
他的研究还广泛设计各个方面。

如气体定律、气象学、石油工业、农业化学、无烟火药、度量衡等领域，
他都不同程度地做出了贡献。

例如，为了研究高层大气的温度、气压和湿度，
门捷列夫曾参与飞行器的研发。

1887年，
门捷列夫竟乘着自己参与建造的浮空器，
上升到3000米高空，
除了普通的数据测量，
他还见证了一次日全食现象。

1891年，他为俄罗斯海关税率写了一本《税率详解》。
这本纯经济理论书籍，
在业界大获好评，
以至于之后俄罗斯进口的商品都改为用门捷列夫确定的税率。

1892年起，至死的那天，
门捷列夫都是俄罗斯计量研究所所长，
被称为科学计量的奠基人。
所以，俄罗斯的计量研究所也称为门捷列夫全俄计量研究所。

中国学者在俄计量研究所，后面为门捷列夫像

此外，在门捷列夫的建议和带领下，
俄罗斯建立起了第一座从重质油大规模炼制润滑油的工厂。

不久后，这种方法炼制的石油，
开始在各个应用领域取代动植物油脂，
用作锅炉燃料，
并逐渐成了各工业部门以至铁路和水运部门不可缺少的燃料。

门捷列夫死后，
人们仔细清算了他的遗稿，
共有431篇著作。

其中包括物理化学著作106 篇，
化学著作40篇，
物理著作99 篇，
地球物理著作22篇，
工业技术著作99 篇，
社会问题和经济问题著作36 篇。

让人惊讶的是，
门捷列夫曾两次被诺奖提名，
但却因与诺贝尔奖评委不和，最终未获奖。

有人说，这是门捷列夫最大的遗憾。
但是在事实看来，这或许是诺贝尔奖最大的遗憾。

1907年1月20日的凌晨5点，
73岁的门捷列夫因心肌梗塞在写字台前与世长辞。

那时，他的桌子上摆着一本未完成的著作，
手里还紧握着一支笔。