门捷列夫周期律,镓的发现,以及中国公使的感悟

作者: 刘钝

来源: 知识分子

发布日期: 2019-08-25

本文详细介绍了门捷列夫发现元素周期律的过程及其对化学领域的深远影响,同时提到了中国公使郭嵩焘对这一发现的感悟,以及这一发现对科学研究和学风建设的重要性。

今年是联合国教科文组织宣布的化学元素周期表国际年,重头戏是纪念俄罗斯化学家门捷列夫发现元素周期律150周年,世界各地的化学家都组织了相应的纪念活动。特别是,借着成立100周年的时机,国际纯粹与应用化学联合会7月5-12日在巴黎举办的第50届大会上,将纪念元素周期律发现150周年列入节目单。不同形式的宣传活动也在不同国家和地区的科研机构、大中学校、博物馆与各种媒体上热热闹闹地展开着。

从18世纪中叶起,随着越来越多的新元素被发现出来,许多人开始了寻找元素性质变化规律的尝试,其中最重要的成果有德国人德贝莱纳提出的“三元组”、法国人尚古特瓦提出的“螺旋图”和英国人纽兰兹提出的“八音律”。但是这些模型都不够理想,也无法涵盖全部已知的化学元素,遑论预言未知元素的存在及性质了。

门捷列夫生于沙俄时代的西伯利亚托博尔斯克,父亲曾为中学校长,但在他出生不久就因失明而辞职,母亲不得不到工厂做工维持共有14个兄弟姐妹的大家庭。门捷列夫自幼就显示了惊人的记忆力与数学才能,1850年进入圣彼得堡师范学院学习,毕业后曾到克里米亚的敖德萨当过几年中学自然科学教师,后来回到圣彼得堡进入彼得堡大学专攻化学,在硅酸盐化合物的结构方面有所斩获。

经过长时间的观察、分析、比较与综合,门捷列夫领悟到化学元素依照原子量的大小呈现周期性变化的规律,从而制作出世界上第一张堪称完整的化学元素周期表。在19世纪中叶,许多元素还没有被发现,门捷列夫把当时已知的63种元素全部列入表内,又在表中留下一些空位,预言了与硼、铝、硅类似的元素的存在,他借助梵文前缀eka将这些未知元素命名为“类硼”、“类铝”和“类硅”——它们正是后来被发现的钪、镓、锗。

1875年,法国化学家布瓦博德兰利用光谱分析法从闪锌矿石中发现了一种新元素,借用法兰西古称的词根Ga取名镓——高卢人曾顽强抵抗凯撒统领的罗马军团入侵,而法国在数年前与普鲁士的战争中战败,割地赔款的耻辱带来民族主义情绪的高涨。镓的许多性质与门捷列夫1871年预言的“类铝”完全一样,例如熔点低、灼热时分解水汽、能结晶生成矾类等,只是布氏测得的密度4.7比门捷列夫估计的数值5.9-6.0要低一些。

门捷列夫的贡献很快得到国际科学界的公认,他的《化学原理》于1890年被翻译成英文,其后还被译成法文与德文。作为一个科学事业相对落后国家中的大学教授,门捷列夫的成就令人惊叹,他也成了俄罗斯的民族英雄,许多第一流的俄国画家为他绘制了肖像。

西方近代化学知识于清末传入中国,对于渴望尽早实现富国强兵的洋务派人士来说,关系到金属冶炼与火药制造的化学知识受到前所未有的重视。1871年前后翻译出版的《化学初阶》和《化学鉴原》,曾是中国人学习西方化学的两本重要教科书。两书都介绍了当时已知的64种元素,但是都没有提到元素周期律。

身为船政学堂的优等生,罗丰禄在校时肯定学习过《化学鉴原》等书。

而他的英国导师蒲陆山在中国也有很大名气,傅兰雅和徐寿翻译出版的《化学鉴原续编》就以他1867年的新著Chemistry,Inorganic and Organic为底本,这是中国第一部涉及有机化学的西方译作。

蒲陆山的另一本书(实际上与其导师包曼合作)An Introduction to Practical Chemistry,Including Analysis则被傅、徐译成《化学分原》,被认为是中国第一部涉及分析化学的西方译作。

郭嵩焘当天日记没有交代信息来源,然而前一天的日记提到使馆随员及船政学堂督学李凤苞携罗丰禄自“满吉斯”(曼彻斯特)归来向他汇报,则“略记丹崖所游历,以备他日访求。”学者认为郭嵩焘记下的,正是罗丰禄讲述的“曼德勒茀”与“洼布得隆”关于镓之发现的故事。

毋庸置疑,门捷列夫元素周期表显示的科学发现的规律,特别是科学模型的提出以及科学的预见功能,是值得每一位当代知识人深思的。

行文至此,偶然想起不久前权威部门发布的一个加强学风建设的意见,内中提到“未经科学验证的现象和观点,不得向公众传播”。文件制定者的本意是鼓励中国科技工作者深入一线踏实工作,杜绝造假与浮夸,但是由于前后文交代得不够清楚,容易造成歧义。假如起草时能够更充分征求一线科学家的意见,或者起草人更多地了解一点科学史及科学发现的规律,相关的意见就会表述得更合理更严谨。

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