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门捷列夫的巅峰时刻


1875年“镓”的发现之后,门捷列夫一炮走红。没过几年,尼尔森发现钪,就是门捷列夫预言的“艾卡硼”。这时候再也没有一个人把他的周期表当成魔术或者神学来看了,又过了几年,门捷列夫和他的周期表在一个新元素的发现史上达到了巅峰。

【门捷列夫:让我的巅峰时刻来的更猛烈些吧。】

大约1885年左右,德国的弗莱堡地区发现了一座银矿,品位很高。一大帮化学家立刻扑上去展开研究,其中的一位名叫温克勒,他分析后指出,矿石的主要成分是硫化银,但还有一种未知的新元素。1886年,温克勒成功的将其分离出来,因为他是德国人,所以他用“日耳曼”来命名它:germanium,翻译成中文就是“锗”。1887年,为了严格测定这种锗各方面的性能,他共搜罗了半吨弗莱堡的银矿,等到他通过艰辛的实验把一条又一条搞清楚之后,他发现这种新金属和砷、铋都有点类似。

当时元素周期表虽未像现在这样成为标准,但因为“镓”和“钪”的预言成功也小有名气了,温克勒也想到能不能把他的新元素放到门捷列夫的表格里面。

【锗的发现者:温克勒。】

元素周期表主要是按照原子量来排列的,等到温克勒测出了锗的原子量,他不禁惊呆了。锗就是“艾卡硅”,门捷列夫十几年前不仅预言了这种新元素的存在,更是把这种元素从头到尾描述了一遍。更为恐怖的是,这些预言跟温克勒的测定吻合的严丝合缝,几乎一点不差:

门:“艾卡硅”的原子量应该是72.64。

温:锗的原子量是72.59。

门:比重应该约为5.5。

温:比重是5.35。

门:它的熔点很高,低于硅但高于锡。

温:熔点是947℃。

门:它的颜色是深灰色,带金属光泽。

温:确实是深灰色的金属。

门:它的化合价一般体现为正四价。

温:确实如此。

门:它的二氧化物是一种特别耐火的材料。

温:二氧化锗真的很耐烧。

门:氧化物的比重应该是4.7。

温:一点都没错,确实是4.7。

门:它的四氯化物的沸点应该在100度以下。

温:四氯化锗的沸点是86度。

门:它的四氯化物的比重约为1.9。

温:是1.887。

【门捷列夫的预言和温克勒的实测,从上到下的属性分别是:原子量、比重、熔点、颜色、氧化物形态、氧化物比重、氧化物活性、氯化物沸点、氯化物比重。】

在这之前,还有一大群化学家对周期律嗤之以鼻:

“化学从来没这么玩过的。”

“谁见过不用试管烧瓶,光玩玩纸牌就能发现新元素,搞出新发现的?”

但锗被发现之后,这些反对者再无话说,所有人都接受了周期律理论,这些元素性质各异绝非偶然,它们之间确实存在着严格的规律。

在门捷列夫之前的化学家们不可谓不努力,他们的工作可以说是在探险,而他们究竟能不能发现新元素,很大程度上取决于客观条件,比如地球上元素的丰度,铝和镁在地球上这么多,戴维等人不发现,也会很快有人发现它们;或者还依赖于物理学家提供的工具,比如戴维没有电就发现不了化学性质活泼的金属,本生没有光谱分析,也发现不了铯铷这些微量元素。

【本生在化学史上是一位可以与戴维平起平坐的人物,他的故事后面更加精彩。】

现在,由于门捷列夫给所有化学家画出了一张清晰的地图。化学家们知道发现新元素的方向在哪里,他们接下来要做的,就是将这张表里的空白一个又一个填满,这样的效率会加快太多。

化学家们再也不会做无用功,到不可能的地方去寻找新元素了。就好比现在有了精确的地图,地理学家不会跑到撒哈拉大沙漠去寻找热带雨林,也不会跑到太平洋里探索高山,因为那里不可能有。同样的,化学家也不会想方设法去钾钠中间寻找新的碱金属,更不会在氧和氟之间发现任何新的元素,因为这是周期律所不允许的。

从1886年锗被发现、元素周期律大获全胜之后,只过了50多年,到了1939年二战之前,这张周期表上就只剩下三个空格了。这真是来源于周期律的伟大指引!

【1871年,门捷列夫出版的一套元素周期表,其中提到了众多的未知元素。】

人类的进步史上,门捷列夫的元素周期表乃是一座丰碑,但也不过是众多的里程碑之一。从古希腊时代开始,人类的认知从原始的自然哲学走向现代科学,使用的方法不过如此:发现——总结规律——再发现——打破规律——提出新规律——再发现。从伽利略时代至今,才不过500年,但人类社会的发展已经日新月异,把地球上相当大的一块地皮翻了好几次。这一切发展的源动力还不是这些科学的方法吗?这种科学方法发展到极致,就是爱因斯坦掷地有声的语言:“理论决定了我们能观察到什么!”

很可惜的是,我们中国的祖先不可谓不聪明,也曾经制造过世界上最有分量的青铜器,在某几个方向上也曾领先世界n多年,但跟西方的发展相比,总体而言是走上了另一条道路,我们的祖先太喜欢罗列事实,而不爱分析原因,总结规律。

【《九章算术》VS《几何原本》,哪个对世界影响大?】

我们数学上有《九章算术》,只是几百道数学题的罗列,而欧几里得的《几何原本》则是建立了一个理论框架。

我们工程学上有《考工记》,有伟大的《天工开物》,也是以技术的罗列为主,没有人愿意去做牛顿、卡文迪许,因此现代的物理学、化学没有诞生在中国。

甚至2000多年前我们伟大的孔子也只是述而不作,一部《论语》可谓是看到问题解决问题。而稍晚一点的亚里士多德已经开始写《物理学》和《形而上学》了。

【孔子VS亚里士多德,一个述而不作,一个拼命著作。结果前者一直找不到工作,后者却教出了千古一帝:亚历山大大帝!】

看到了吗?我们的祖先总是享受解决问题的乐趣,而缺乏对不同现象的规律总结。确实,解决复杂的问题需要超人的智慧,但发现规律以后,一连串的问题只是小case而已。这是否能解释,现代科学没有能诞生在中国,更因此中国从16世纪开始渐渐被西方屌丝逆袭,中华民族的痛苦经历随之而来。

要知道,我们祖先的这一套到现在还有很多遗毒呢,在很多生产、科研领域仍然有重实践、轻理论之风。很多欠缺科学素养的管理者总是喜欢强调一些光辉的经验,讲一些玄幻故事,却根本不管不顾过去的经验在当前的情况下是否有可复制性。这无疑滋生了太多造神的土壤,想想过去那么多年的经历,难道我们被冤枉了吗?

【水变油的闹剧,竟然可以发生,难道不值得我们反思吗?】

回到门捷列夫时代,其实老门在当时也不是没有面临挑战,比如1868年让逊发现的太阳元素——氦,这个元素在老门的周期表里的哪个位置呢?

老门其实不怎么相信这种元素,他认为太阳上的元素光谱可能跟地球上不太一样,也有可能是铁或者氧在高温的太阳里发出的光谱偏移了。

等到拉姆塞一下子发现了一长串新元素——惰性气体家族,门捷列夫好像受到了最大的震惊,一开始,他坚决不愿意承认这些新元素,因为它们在他的周期表上找不到位置。但很快,拉姆塞们告诉他:惰性气体不是要打破元素周期律,而是对周期律最好的补充;惰性气体的发现正是证明了周期律的正确性!

老门啊,你已经不是一个人在战斗了,你的元素周期律已经属于全人类!

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