书城童书故事中的科学(人生解密)
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第31章 扑克牌的启示

1907年1月27日,俄国首都彼得堡寒风凛冽,太阳黯淡无光,寒暑表上的水银柱降到零下20多度,街上到处点着蒙有黑纱的灯笼,显出一派悲哀的气氛。几万人的送葬队伍在街上缓缓移动着,在队伍最前头,既不是花圈,也不是遗像,而是由十几个青年学生扛着的一块大木牌,上面画着好多方格,方格里写着“C”、“O”、“Fe”、“Zn”等元素符号。

原来,死者是著名的俄国化学家门捷列夫,木牌上画着好多方格的表是化学元素周期表——门捷列夫对化学的主要贡献。

在门捷列夫生活的19世纪初,随着一系列新元素的发现,人们对化学元奏产生了强烈的兴趣:自然界究竟有多少种元素?未知元素到底是什么样子?各种元素之间又有什么关系呢?针对这些问题,科学家们进行了艰苦而漫长的探索。

这时的门捷列夫是圣彼得堡大学的一名年轻的化学教授。在给学生讲授无机化学时,他感觉到当时的化学教材太陈旧了,根本就赶不上科学的发展。于是门捷列夫决定写一本名为《化学原理》的书。当他写到化学元素及其化合物性质的章节时,却遇到了难题。因为当时已经发现的63种元素并没有一个标准的分类法,人们不知道怎么安排这些元素。为了寻找科学的分类方法,门捷列夫一头扎进了学校的图书馆。

在他立志将元素进行科学分类的那段时间,家人奇怪地发现一向视时间如生命的门捷列夫忽然迷上了扑克牌。他们每天都看到门捷列夫拿着一大叠扑克牌,收起、摆开,再收起、再摆开,一个人专心致志地玩着,不时地写着什么,有时候还会自言自语,有时候看起来兴高采烈,有时候又眉头紧皱……有一天,他又坐到桌前摆弄起扑克牌来,横摆、竖摆……想尽各种方法来摆,突然,门捷列夫好像触电似地站了起来,原理扑克牌在他面前出现了完全没有料到的现象:如果每张牌代表一种元素,那么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,欢喜万分:“啊!我终于知道了!这就是说,元素的性质与它们的原子量呈周期性关系。”这是在1869年,经过长期的研究和实践,门捷列夫排出了第一张元素周期表。

在元素周期表中,所有元素的内在联系都表现出来:每一纵行化学元素的性质都相近;每一横行化学元素的性质都从金属变为非金属。整个元素系列呈现出周期性变化。门捷列夫坚信,他已经从扑克牌的启示中,发现了自然界中最伟大的规律,他对自己发现的规律深信不疑。当时有些相对原子质量和它们的性质不符,他就大胆地修订了相对原子质量。如当时测定的铍相对原子质量为14.1,只能排在氮和氧之间。他考虑到铍的相对原子质量是根据1个铍原子和3个氯原子相结合而得BeCl3的量测定的。但铍的性质与三价元素硼和铝的性质有许多不同,倒是与二价的镁、钙、钡有许多共同之处,因此铍应是二价的。按BeCl2计算,它的相对原子质量应为9.4,于是门捷列夫大胆地修正了当时公认的铍的相对原子质量,这样就把铍排在锂和硼之间,得出下列序列:

他就是这样,在必要的地方大胆地修正原来的相对原子质量,在个别地方即使相对原子质量的数据是可靠的,他也并不简单地安全按照相对原子质量的大小顺序排列,而是结合元素的性质全面地分析处理。例如把碲(127.6)排在碘(126.9)之前,使碲位于性质和它极为相似的硒同一列,使碘位于性质和它极类似的溴同一列。另外,他还不因当时表中缺少某个元素破坏整个自然序列,而是留下空位,预言了这些未知元素的存在。他预言了“类铝”、“类硼”和“类硅”(Ga、Se、Ge)3种未发现的化学元素的存在和性质。

尽管化学元素周期表的发现在后来被誉为“化学中一大勋业”,但在当时却遭到了权威们的一致反对。人们认为门捷列夫的研究是不务正业。他的导师,被誉为“俄罗斯化学之父”的沃斯克烈森教授甚至训斥他说:“到了干正事、在化学方面做些工作的时候了!”更有人挖苦门捷列夫的元素周期表是痴人说梦,讥讽他是在研究世界上并不存在的元素,居然还想象它们的性质特征。

然而,时间是最公正的法官。门捷列夫到底是痴人说梦还是天才预言,时间给予了公正的评判。1875年,门捷列夫的预言第一次得到了证实:法国人布瓦博德朗发现的新元素“镓”(Ga),正是元素周期表上预留的“类铅”。4年后,尼尔森又发现了门捷列夫曾预言的“类硼”——钪(SC)。当德国的文克勒发现了门捷列夫16年前就预言到的“类硅”——锗(Ge)后,激动地说:“再也没有比类硅的发现能更好地证明元素周期表正确性的依据了,它不仅证明了这个有胆略的理论,还扩大了人们在化学方面的眼界,而且在知识领域里迈进了一步。”是的,这不仅是类硅,更是元素周期表发现的意义所在。

门捷列夫的元素周期律,使人们认识的化学元素形成一个严整的自然体系,和原子—分子论一样,又一次促使化学变成一门系统的科学。我们应该永远铭记门捷列夫的格言:“什么是天才?终身努力,便成天才!”