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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

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。

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作者系网易新闻·网易号“各有态度”签约作者

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