季米特里·门捷列夫—

季米特里·门捷列夫1834—1907

元素周期分类大师

■季米特里·门捷列夫。苏格兰化学家威廉·拉姆齐称他是“一个奇怪的外国人就连脑门上的每根头发都能单独出击”

一块铁是由无数相同的铁原子组成的，一升水是由无数同质的水分子聚合而成的，每个水分子又是由3个原子组成的，即1个氧原子和2个氢原子，在化学上，人们通常把水称为H2 O，这只是今天中学生都知道的自然科学常识的例子。那么，这些常识还没被人们认识以前科学家们（特别是化学家们）又是怎样开展工作的呢？古代的科学家与今天的科学家一样，在知识的山脚下一刻不停地探索、争论和奋斗。有两千多年历史的物质原子学说（古希腊人就提出过这种观点）直到18世纪末19世纪初才通过数学描述慢慢为人们所接受，研究气体的物理学家和化学家发现，如果气体是由同质的微粒组成的话，就能很好地解释许多可量化的气体特性，他们同时也发现，一种气体转换成另一种气体时，微粒就有了差别，氢气的微粒肯定与氧气的微粒不一样。人们在测定气体温度、重量和压力的同时还发现，同一体积内的气体在压力和温度保持不变的情况下，各种气体中的微粒数量也保持不变，意大利科学家阿马德奥·阿伏伽德罗（1776—1856）最早发现这一现象，后来就慢慢有了原子、分子或原子量、化学元素等概念。19世纪60年代，罗伯特·威廉·本生（1811—1899）和古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫（1824—1887）改进了实验技术，根据吸收或发射的不同特性用光谱分析法来分析区别不同的元素。来自圣彼得堡才华出众的年轻化学家季米特里·门捷列夫当时正在卡尔斯鲁厄与本生和基尔霍夫一起工作共事，他从中学到了最新的理论和认识了最新的元素。

■季米特里·门捷列夫的化学元素周期表，1871年。 门捷列夫根据原子量的大小将元素分为7个特性相似的族，今天我们知道的第Ⅷ族是后来发现的

联系实际的理论家

门捷列夫的元素周期律虽然是根据理论假设得出来的，但门捷列夫本人却是一个十分注重实际的人。就像另一位化学大师安托万·拉瓦锡试图通过科学知识来提高农作物产量一样，门捷列夫在当大学教授前曾管理过一个农场。1867年他奉命组织俄国展馆赴巴黎参加世博会，在巴黎世博会上，他为俄国的化学和石油工业取得了宝贵的经验。作为一名狂热的经济保护主义者，门捷列夫在他的学术生涯后期甚至考虑要办一张报纸，专门为经济保护摇旗呐喊。门捷列夫为海军研制了一种不冒烟的火药，亲自参加了税收改革工作，对新兴的航空事业持开明的态度，甚至还亲自驾驶气球，有一次他驾驶气球去观察日全食。

在那个年代，人们已经认识了大约60多个化学元素，一个非常紧迫的问题是如何使那么多的化学元素系统化。1860年，第一届国际化学大会在德国卡尔斯鲁厄召开，会上专家们介绍和讨论了不同的分类方法，季米特里·门捷列夫亲历了专家们围绕这一问题的唇枪舌战，之后他回到了圣彼得堡。他一边给学生讲课，一边整理在德国时学到的知识，他为每个已知的元素建立了卡片，并在卡片上详细记录了与该元素有关的所有知识信息。他还确定了每个元素的特性，从而获得了别人一直没注意的元素之间的相互关联性：在根据原子量对已知的元素进行分类的过程中，他惊奇地发现，每登记7个化学元素后，化学特性就会出现奇怪的重复。因为当时只知道60多个化学元素，门捷列夫的分类系统不可避免地会出现空缺，但他坚信自己的想法是正确的，并大胆地提出，分类表中的空缺表明有的元素还没有被发现。

■季米特里·门捷列夫关于化学元素周期律的手稿，1869年。如果相信这位伟人的话，化学元素周期律是在梦中诞生的：“我在梦中看见了一张表，在这张表里，所有的元素都找到了各自的正确位置，我醒来时马上把它们记了下来。”

在历史长河中徘徊

门捷列夫没有跟上19世纪末的科学发展步伐，他虽然在居里实验室研究过新发现的放射性，专门为此赶赴巴黎，但他赴巴黎的目的就是想要否认居里的发现。当有人提出由他划分得井井有条的元素是可以相互转化的思想时，他感到无比憎恶。在晚年，门捷列夫提出了近乎荒唐的理论，认为即使像“以太”这样看不见摸不着的介质也是一种特别轻的（一直没被发现的）元素所释放出来的超薄气体。相对论的诞生彻底击破了“以太”学说，门捷列夫的这个观点也就不攻自破了。

在发现元素周期的前几年里，门捷列夫遇到了很大的阻力和质疑，这些阻力和质疑主要来自以经验为主的化学家，他们对化学中的理论假设和推导持怀疑态度。1875年被发现的一种新金属正好填补了门捷列夫在周期表上预留的一个空缺，这有力地证明了他的假设是正确的。门捷列夫把一种尚待发现的元素命名为“Eka—铝”，这个词的前缀“Eka”源自梵语，代表着数字的Ⅰ，同时也预示着这个元素的化学特性。后来有人发现的一种新元素完全具有门捷列夫所预设的化学特性，发现者把这种新元素命名为“镓”，于是，镓就替补了“Eka—铝”，而且一直沿用至今。镓的发现者事前根本不知道门捷列夫所从事的研究，这更增添了门捷列夫假设的可信性。不久，其他预设的化学元素也被相继发现，这位俄国天才化学家受到了人们的广泛称赞。围绕着化学周期的发现也产生过一些发明权的争议，在《化学原理》一书中，门捷列夫明确表明了自己对化学周期系统的著作权：“我认为有必要告示天下，我在制定化学元素周期系统时参考了杜马、格拉德斯通、佩滕科弗、克雷默和伦森早期关于类似元素原子重量方面的论著，但我并不知道法国人尚库尔托斯和英国人纽兰兹在我之前发表的可以看到某些周期规律萌芽的论著。”约翰·亚历山大·纽兰兹（1837—1898）在1865年提出了一个“八度定律”，根据这个定律，依原子重量排列的元素的化学特性每过7个元素就会发生重复，法国人亚历山大·贝格叶·尚库尔托斯（1819—1886）比纽兰兹早三年就提出了一个化学元素分类表，这个分类表根据原子重量以螺旋状的方式排列化学元素。这两个分类方法已相当接近事实真相，但也许它们都生不逢时，来得太早了，纽兰兹在皇家化学学会介绍他的化学元素分类表时，就被嘲弄式的问题奚落了一番，有人曾问他：如果按字母排列你是否也能找出化学元素之间有意思的关联？

■季米特里·门捷列夫在图书馆，1904年

在谈到他与主要竞争对手洛塔尔·迈尔谁先发明“正确”的元素周期系统时，门捷列夫评述道：“洛塔尔·迈尔教授关于元素周期定律的研究主要表现在他第一篇论文的研究方法，在这篇论文里他一开始就引用了我于1869年所写的一篇研究报告，很显然，他采纳了我在这篇文章中提出的元素周期定律。”门捷列夫在这里隐瞒了一个事实，那就是迈尔在卡尔斯鲁厄大学也曾为他的学生编写过一本教材，在这本教材里，他比门捷列夫早一年提出了较为相似的元素周期系统，不走运的是迈尔的这本教材比门捷列夫的化学元素周期表晚一年才被印刷出版。

■季米特里·门捷列夫与他的同事在评议委员会演讲前的合影

尽管如此，元素周期的荣誉理所当然应该归俄罗斯人门捷列夫，因为只有他预见到了未知的元素的化学特性，也只有他对自己的分类体系坚信不疑，敢对原子重量进行修改并对化学元素周期表做出相应调整，后来的实验证明，他的修改和调整是完全正确的。

季米特里·门捷列夫

生平与学术生涯

1834年2月8日，季米特里·门捷列夫出生在俄国西伯利亚的托博尔斯克，父亲是中学教师，母亲是售货员，他是家中14个孩子中最小的一个。季米特里出生后不久父亲就双目失明，母亲后来成为附近一家玻璃厂的厂长。上中学时，季米特里的语文课成绩一般，但数学、物理和地理成绩出类拔萃。1847年父亲去世，母亲工作的玻璃厂也在那一年毁于一场火灾，母亲只好带着两个最小的孩子来到了莫斯科，几经周折后，母亲终于为十四岁的季米特里在圣彼得堡大学师范学院注册了数学和物理专业。1855年门捷列夫以优异的成绩通过了教师资格考试，但因为顶撞一名部级官员而受到贬黜，被分配到了克利母和敖德萨任教。1856年他返回了圣彼得堡，取得了化学学位和执教资格，1857年成为大学讲师。1859年至1861年，门捷列夫在海德堡大学从事研究工作，返回圣彼得堡后他继续教书，同时为专业杂志撰稿。1864年他成为大学化学教授，就像其他欧洲同事一样，门捷列夫当时面临着化学教科书稀少的窘境，所以他开始自己编写教科书，他的《化学原理》  （1868—1870）后来成为化学专业的经典教科书，门捷列夫在这本书里第一次提出的化学元素分类系统使他在众多的竞争者中脱颖而出。19世纪70一80年代，门捷列夫更多地从事应用研究，他结过两次婚（1862年第一次结婚），第二次婚姻为他留下了4个孩子。在政治上，门捷列夫对沙皇政权持批评态度，作为一名民主主义者，他经常得罪高高在上的官僚权贵，1890年他因支持学生运动而被取消了大学教授职位。门捷列夫对俄国的经济发展做出了巨大的贡献，1893年他被任命为新成立的国家计量局局长，之后他一直担任这一职务，直至去世。季米特里·门捷列夫在科学界享有崇高的威望，他一生得到了许多荣誉，拥有许多荣誉会员和博士称号。1907年2月2日，季米特里·门捷列夫因心脏病在圣彼得堡与世长辞，在他的葬礼上，他的学生高举化学元素周期表为他送葬，以表示对这位伟人的敬仰和哀悼。

相关知识

化学元素周期表

今天我们认识的化学元素周期表根据原子量的大小将所有已知的化学元素分为特性相似的八个族，门捷列夫和他的同时代科学家们发现了每7个元素后性质重现的周期律，因为当时还没有发现惰性气体（今天的第Ⅷ族）。化学特性的周期类似性是由原子核和电子层组成的原子结构的反映，原子结构的秘密直到20世纪才被破解。

推荐

阅读：

《季米特里·门捷列夫和洛塔尔·迈尔：化学元素周期系统的创始人》， Klaus Danzer著，Leipzig 1974

《门捷列夫传》，斯米尔诺夫著，徐桃林译，郑州：海燕出版社2004

参观：

圣彼得堡洛塔尔·迈尔博物馆

点评

元素周期律是所有自然科学的重要基础，门捷列夫当年虽然尚不具备原子学说的基础知识，但他发现的化学元素周期律今天仍被广泛应用。