发现元素周期规律的门捷列夫
上一期我们说到，由于伏特的伏打电堆的发明，在戴维的不断电解实验中，不断地发现了碱金属、碱土金属以及利用他所发现的钾、钠等金属又制的了金属铝，并且进一步说明了之前的氯气不含氧，是一种元素。至此，加上之前从远古时期发现的元素，元素已经多达62种。到了年，法国科学家杨森在分析太阳光光谱时发现了一条未知的谱线，认为这是一种未知的元素，并且把它命名为“氦”。至此，人类发现的元素已经多达63种。与此同时，瑞典的大化学家贝采里乌斯也进行了大量的原子量测定工作，他前后一共花了30年，最终获得了较为精确的各原子的原子量数值。这个时候，就有人把这些元素从它们的原子量从小到大进行排序。这一排序，结果发现了一个很大的秘密。究竟是什么秘密呢？笔者本期就和大家一起回到十九世纪中叶，一起感受这种元素周期律发现的豁然开朗。
发现最多元素的戴维进行原子量精确测定的贝采里乌斯年，当时德国化学家德贝莱纳在前人发现的元素的基础上进行归纳总结，他感到有几种元素的性质差不多。例如，锂、钠、钾。它们都可以和水反应生成相对应的苛性碱，而且化学式都是XOH（X表示这几种元素）。同样的现象还表现在其它一些元素上，如氯、溴、碘等。它们的原子量似乎也呈现一种规律，那就是像钠的原子量是锂和钾的原子量之和的一半，溴也是这样。到了年，法国的尚古多就绘制了一张螺旋图，这张螺旋图就表示了元素原子量递增时，其化学性质所呈现的一种规律性回归的特点。年，英国的科学家纽兰兹又发现，如果把当时发现的元素（大多数）按原子量排序的话，从任意一个元素算起，每数到第八个，则和这第一个元素的性质相似。
法国尚古多的螺旋形元素周期表种种迹象表明，元素的原子量大小和它们的化学性质存在着某种必然联系！就在这个时候，俄国的门捷列夫就在前人的研究基础上，紧紧地抓住原子量、化学性质这两个关键点进行梳理，他精心制作小卡片，把所有的元素的原子量和化学性质记录在小卡片上。但是，当时的关于各个元素的性质描述并不是非常完备，门捷列夫所处的时代也不像今天有网络，他想获得信息的手段极为不方便。于是，为了彻底搞清楚元素的原子量和化学性质的关系，他不断地走出教室，走出自己的实验室，不断去各地深造、考察。从年他去德国海德堡进行科学考察开始算起，倒年他发表关于元素化学性质和原子量之间关系的论文，他前后用了整整10年时间进行探索。他走过了法国、德国、比利时等国家，在许多大学、矿场、化工厂等地不断考察，不断进行不同原子量的亲自测定，最后重新返回自己的实验室，进行研究。在研究中他发现，有的时候，这些元素的原子量差异很大，但化学性质接近；有的时候，他发现元素的原子量很接近，但化学性质差异非常大。于是，就在已经发现的62种元素中，他不断地寻找这些元素化学性质和原子量之间的关系。即使在今天，我们初中、高中化学的学习中，我们基本上了解较深的是主族元素，但副族元素，甚至到大学都不一定涉及。因为金属元素的性质比主族元素更加复杂，其规律更加难以把握。因此，门捷列夫反复考察，反复比较，反复琢磨，最终，他制成了第一份比较完备的元素周期表。
门捷列夫元素周期表的手稿就在门捷列夫的元素周期表中，门捷列夫甚至指出，某些元素，像金、锇、铱、铂等的原子量测定不准确，需要重新测定。
门捷列夫年公布的元素周期表在编制主族元素的周期表的时候，门捷列夫也不断地进行思考，并留下许多空位，并认为这些是尚未发现的元素。例如，在他编到钙的时候，由于钙的原子量为40，而钛的原子量是48，差别较大。而且钛的化学性质和铝等第三族元素的性质也不太像，于是他便留下了这样的空白，并给出了原子量的预测。最终，门捷列夫的空白处不断被后来者填补，越来越完善。
年，门捷列夫发表了《元素属性和原子量关系》的论文，他总结了元素周期律和他所绘制的元素周期表。他认为，元素的化学性质和它们的原子量大小关系密切，而且随着原子量增大，元素的化学性质有一种回归性的周期变化。另外，门捷列夫指出，有一些未知的元素，一定当时没有发现。最后，根据他指出的金的原子量测定不正确的经验，门捷列夫认为，如果知道某些元素的同类元素，就可以对该元素的原子量进行修正，直到正确为止。
终于，许多元素在门捷列夫绘制了元素周期表之后不断地被发现，并且被填补。
至此，我们对元素的性质的认识到了更加完善的地步。在这里，笔者需要指出的是，从化学这一学科诞生，到不断地发现新元素，一直到门捷列夫的元素周期表的诞生，这体现了哲学上的“量变”到“质变”的规律。可以说，技术、科学和哲学的发展是紧密相连的。首先，因为技术的进步，人们就可以采用新的工具进行更高级的科学研究。而更高级的科学研究则为更高级的理论产生提供更加丰富的科学事实依据。而新的更科学的理论，则进一步指导人们进行更高级的发现。时间发展到了21世纪，这张元素周期表不断地被修正，直到变成今天我们中学、大学课本上的这个模样。
今天的元素周期表至此，我们可以看出，从古代的人们对物质的“四元素”、“五行元素”等的朴素唯物主义，到波义耳的《怀疑派化学家》的诞生，到拉瓦锡开创的定量实验，再到道尔顿的“原子说”以及贝采里乌斯的原子量测定，加上元素发现大爆炸，最终诞生了元素周期表，人类对客观世界的认识不断的进步，无不体现了技术、科学和理论的完美结合。关于元素的故事远远没有结束，笔者后面还要谈及。
敬请
转载请注明地址:http://www.1xbbk.net/jwbfz/1920.html
