初中化學(xué)化學(xué)家發(fā)現(xiàn)元素周期律的門捷列夫

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發(fā)覺(jué)元素周期律的門捷列夫門捷列夫

(公元1834～1907)到1869年止，已有63種元素被人們所相識(shí)。進(jìn)一步找尋新元素成為當(dāng)時(shí)化學(xué)家最熱門的課題。但是地球上原委有多少元素？怎樣去找尋新的元素？卻沒(méi)有人能作比較科學(xué)的回答。找尋新元素的工作也固缺乏正確的理論指導(dǎo)，而帶有很大的盲目性，經(jīng)常白白地耗費(fèi)了很多精力。

在對(duì)物質(zhì)、元素的廣泛探討中，關(guān)于各種元素的性質(zhì)的資料，積累日愈豐富，但是這些資料卻是繁雜紛亂的，人們很難從中獲得清楚的相識(shí)。整理這些資料，概括這些感性學(xué)問(wèn)，從中摸索總結(jié)出規(guī)律，這是擺在當(dāng)對(duì)化學(xué)家面前一個(gè)急待解決的課題，同時(shí)也是科學(xué)和生產(chǎn)發(fā)展的必定要求。在這樣的科學(xué)背景下，從事元素分類工作和找尋元素之間內(nèi)在聯(lián)系的很多化學(xué)家，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的共同努力，取得了一系列探討成果，其中最輝煌的成就是俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫和德國(guó)化學(xué)家邁爾先后發(fā)覺(jué)的化學(xué)元素周期律?；瘜W(xué)元素周期律的發(fā)覺(jué)

道爾頓提出了科學(xué)的原子論后，很多化學(xué)家都把測(cè)定各種元素的原子量當(dāng)作一項(xiàng)重要工作，這樣就使元素原子量與性質(zhì)之間存在的聯(lián)系漸漸展露出來(lái)、1829年德國(guó)化學(xué)家德貝萊納提出了“三元素組”觀點(diǎn)，把當(dāng)時(shí)已知的44種元素中的15種，分成5組，指出每組的三允素性質(zhì)相像，而且中間元素的原子量等于較輕和較重的兩個(gè)元素原子量之和的一半。例如鈣、錫、鋇，性質(zhì)相像，鉻的原子量大約是鈣和鋇的原子量之和的一半。氯、澳、碘以及銀、鈉、鉀等元素也有類似的關(guān)系。然而只要仔細(xì)一點(diǎn)，就會(huì)發(fā)覺(jué)這樣分類有很多不能令人滿足的地方，所以并沒(méi)有引起化學(xué)家們的重視。

1862年，法國(guó)化學(xué)家尚古多提出一個(gè)“螺旋圖”的分類方法。他將已知的62種元素按原子量的大小依次標(biāo)記在圍著圓柱體上升的螺旋線上，這樣某些性質(zhì)相近的元素恰好出現(xiàn)在同一母線上。因此他第一個(gè)指出了元素性質(zhì)的周期性變更?？墒撬膱?bào)告照樣無(wú)人理睬。1864年，德國(guó)化學(xué)家邁爾在他的《現(xiàn)代化學(xué)理論》一書(shū)中刊出一個(gè)“六元素表”。惋惜他的表中只列出了已知元素的一半，但他已明確地指出：“在原子量的數(shù)值上具有一種規(guī)律性，這是毫無(wú)疑義的”。1865年，英國(guó)化學(xué)家紐蘭茲提出了“八音律”一說(shuō)。他把當(dāng)時(shí)已知的元素按原子量遞增依次排列在表中，發(fā)覺(jué)元素的性質(zhì)有周期住的重復(fù)，第八個(gè)元素與第一個(gè)元素性質(zhì)相近，就好象音樂(lè)中八音度的第八個(gè)音符有相像的重復(fù)一樣。紐蘭茲的工作同樣被否定，當(dāng)時(shí)的一些學(xué)者把八音律斥之為無(wú)趣的滑稽戲，有人甚至挖謗說(shuō)：“為什么不按元素的字母依次排列呢？那樣，或許會(huì)得到更加意想不到的奇妙效果?！薄傲乇怼?、“八音律”是存在很多錯(cuò)誤，但是應(yīng)當(dāng)看到，從三元素組”到“八音律”都從不同的角度，逐步深化地探討了各元素間的某些聯(lián)系，使人們一步步靠近了科學(xué)的真理。以前人工作所供應(yīng)的借鑒為基礎(chǔ)，門捷列夫通過(guò)堅(jiān)韌努力的探究，于1869年2月先后發(fā)表了關(guān)于元素周期律的圖表和論文。在論文中，他指出：

（1）依據(jù)原子量大小排列起來(lái)的元素，在性質(zhì)上呈現(xiàn)明顯的周期性。

（2）原子量的大小確定元素的特征。

（3）應(yīng)當(dāng)預(yù)料到很多未知元素的發(fā)覺(jué)，例如類似鋁和硅的，原子量位于65一75之間的元素。

（4）當(dāng)我們知道了某些元素的同類元素后，有時(shí)可以修正該元素的原子量。這就是門捷列夫提出的周期律的最初內(nèi)容。

門捷列夫深信自己的工作很重要，經(jīng)過(guò)接著努力，1871年他發(fā)表了關(guān)于周期律的新的論文。文中他堅(jiān)決地修正了1869年發(fā)表的元素周期表。例如在前一表中，性質(zhì)類似的各族是橫排，周期是豎排；而在新表中，族是豎排，周期是橫排，這樣各族元素化學(xué)性質(zhì)的周期性變更就更為清楚。同時(shí)他將那些當(dāng)時(shí)性質(zhì)尚不夠明確的元素集中在表格的右邊，形成了各族元素的副族。在前表中，為尚未發(fā)覺(jué)的元素留下4個(gè)空格，而新表中則留下了6個(gè)空格。由此可見(jiàn)，門捷列夫的探討有了重要的進(jìn)展。經(jīng)受實(shí)踐的驗(yàn)證

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。門捷列夫發(fā)覺(jué)的元素周期律是否能站住腳，必需看它能否解決化學(xué)中的一些實(shí)際問(wèn)題。門捷列夫以他的周期律為依據(jù)，大膽指出某些元素公認(rèn)的原子量是不精確的，應(yīng)重新測(cè)定，例如當(dāng)時(shí)公認(rèn)金的原子量為169.2，因此，在周期表中，金應(yīng)排在餓。銥、鉑（當(dāng)時(shí)認(rèn)為它們的原子量分別是198.6，196.7，196.7）的前面。而門捷列夫認(rèn)為金在周期表中應(yīng)排在這些元素的后面，所以它們的原子量應(yīng)重新測(cè)定。重新測(cè)定的結(jié)果是：餓為190.9，銥為193.1，鉑為195.2，金為197.2。試驗(yàn)證明白門捷列夫的看法是對(duì)的。又例如，當(dāng)時(shí)鈾公認(rèn)的原子量是116，是三價(jià)元素。門捷列夫則依據(jù)鈾的氧化物與鉻、鉑、鎢的氧化物性質(zhì)相像，認(rèn)為它們應(yīng)屬于一族，因此鈾應(yīng)為六價(jià)，原子量約為240。經(jīng)測(cè)定，鈾的原子量為238.07。再次證明門捷列夫的推斷正確?；谕瑯拥牡览?，門捷列夫還修正了銦、鑭、釔、鉺、鈰、的原子量。事試驗(yàn)證了周期律的正確性。

依據(jù)元素周期律，門捷列夫還預(yù)言了一些當(dāng)時(shí)尚未發(fā)覺(jué)的元素的存在和它們的性質(zhì)。他的預(yù)言與爾后實(shí)踐的結(jié)果取得了驚人的一樣。1875年法國(guó)化學(xué)家布瓦博德朗在分析比里牛斯山的閃鋅礦時(shí)發(fā)覺(jué)一種新元素，他命名為鎵，并把測(cè)得的關(guān)于它的主要性質(zhì)公布了。不久他收到了門捷列夫的來(lái)信，門捷列夫在信中指出關(guān)于鎵的比重不應(yīng)當(dāng)是4.7，而是5.9～6.0。當(dāng)時(shí)布瓦傅德朗很懷疑，他是唯一手里駕馭金屬鎵的人，門捷列夫是怎樣知道它的比重的呢？經(jīng)過(guò)重新測(cè)定，鎵的比重的確為5.9“這給果使他大為驚異。他仔細(xì)地閱讀了門捷列夫的周期律論文后，感慨他說(shuō)：“我沒(méi)有可說(shuō)的了，事實(shí)證明門捷列夫這一理論的巨大意義?！?/p>

下表是個(gè)最有力的說(shuō)明。

類鋁鎵原子量6969.72比重5.9～6.05.94熔點(diǎn)低30.1和氧氣反應(yīng)不受空氣的侵蝕灼熱時(shí)略起氧化灼熱時(shí)能分解水汽灼熱時(shí)確能分解水汽能生成類似明礬的礬類能生成結(jié)晶較好的鎵礬可用分光鏡發(fā)覺(jué)其存在用分光鏡發(fā)覺(jué)的

鎵的發(fā)覺(jué)是化學(xué)史上第一個(gè)事先預(yù)言的新元素的發(fā)覺(jué)，它雄辯地證明白門捷列夫元素周期律的科學(xué)性。1880年瑞典的尼爾森發(fā)覺(jué)了鈧，1885年德國(guó)的文克勒發(fā)覺(jué)了鍺。這兩種新元素與門捷列夫預(yù)言的類硼。類硅也完全吻合。門捷列夫的元素周期律再次經(jīng)受了實(shí)踐的檢驗(yàn)。

事實(shí)證明門捷列夫發(fā)覺(jué)的化學(xué)元素周期律是自然界的一條客觀規(guī)律。它揭示了物質(zhì)世界的一個(gè)隱私，即這些好像互不相關(guān)的元素間存在相互依存的關(guān)系，它變成了一個(gè)完整的自然體系。從今新元素的找尋，新物質(zhì)、新材料的探究有了一條可遵循的規(guī)律。元素周期律作為描述元素及其性質(zhì)的基本理論有力地促進(jìn)了現(xiàn)代化學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展。成才之路

門捷列夫于1834年2月7日誕生在俄國(guó)西怕利亞的托波爾斯克市。他父親是位中學(xué)老師。在他誕生后不久，父親雙眼固患白內(nèi)障而失明，一家的生活全仗著他母親經(jīng)營(yíng)一個(gè)小玻璃廠而維持著。1847年雙目失明的父親又患肺給核而死去。意志堅(jiān)毅而能干的母親并沒(méi)有誕生活艱難而低頭，她決心肯定要讓門捷列夫象他父親那樣接受高等教化。

門捷列夫自幼有出眾的記憶力和數(shù)學(xué)才能，讀小學(xué)時(shí)，對(duì)數(shù)學(xué)、物理、歷史課程感愛(ài)好，對(duì)語(yǔ)文、尤其是拉丁語(yǔ)很厭煩，因而成果不好。他特殊寵愛(ài)大自然，曾同他的中學(xué)老師一起作長(zhǎng)途旅行，搜集了不少巖石、花卉和昆蟲(chóng)標(biāo)本。他擅長(zhǎng)在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，中學(xué)的學(xué)習(xí)成果有了明顯的提高。中學(xué)畢業(yè)后，他母親變賣了工廠，親自送門捷列夫，經(jīng)過(guò)2千公里以上艱辛的馬車旅行來(lái)到莫斯科。因他不是出身于豪門貴族，又來(lái)自邊遠(yuǎn)的西伯利亞，莫斯科、彼得堡的一些高校拒絕他入學(xué)。好不簡(jiǎn)單，門捷列夫考上了醫(yī)學(xué)外科學(xué)校。然而當(dāng)他第一次觀看到尸體時(shí)，就暈了過(guò)去。只好變更志愿，通過(guò)父親的同學(xué)的幫忙，進(jìn)入了亡父的母?！说帽じ叩葞煼秾W(xué)校物理數(shù)學(xué)系。母親看到門捷列夫最終實(shí)現(xiàn)了上高校的愿望，不久便帶著對(duì)他的祝愿與世長(zhǎng)辭了。舉目無(wú)親又無(wú)財(cái)產(chǎn)的門捷列夫把學(xué)校當(dāng)作了自己的家，為了不辜負(fù)母親的期望，他發(fā)奮地學(xué)習(xí)。1855年以優(yōu)異的成果從學(xué)校畢業(yè)。

畢業(yè)后，他先后到過(guò)辛菲羅波爾、敖德薩擔(dān)當(dāng)中學(xué)老師。在老師的崗位上他并沒(méi)有放松自己的學(xué)習(xí)和探討。1857年他又以突出的成果通過(guò)化學(xué)學(xué)位的答辯。他刻苦學(xué)習(xí)的看法、鉆研的毅力以及淵博的學(xué)問(wèn)得到老師們的贊許，彼得堡高校破格地任命他為化學(xué)講師，當(dāng)時(shí)他僅22歲。

在彼得堡高校，門捷列夫任教的頭兩門課程是理論化學(xué)和有機(jī)化學(xué)。當(dāng)時(shí)流行的教科書(shū)幾乎都是大量關(guān)于元素和物質(zhì)的零散資料的雜亂積累。怎樣才能講好課？門捷列夫下決心考察和整理這些資料。1859年他獲準(zhǔn)去德國(guó)海德堡本生試驗(yàn)室進(jìn)行深造。兩年中他集中精力探討了物理化學(xué)。他運(yùn)用物理學(xué)的方法來(lái)視察化學(xué)過(guò)程，又依據(jù)物質(zhì)的某些物理性質(zhì)來(lái)探討它的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這就使他探究元素間內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)更寬敞和堅(jiān)實(shí)。因?yàn)樗『迷诘聡?guó)，所以有幸和俄國(guó)化學(xué)家一起參與了在德國(guó)卡爾斯魯厄?qū)嵭械牡谝粚脟?guó)際化學(xué)家會(huì)議。會(huì)上各國(guó)化學(xué)家的發(fā)言給門捷列夫以啟迪，特殊是康尼查羅的發(fā)言和小冊(cè)子。門捷列夫是這樣說(shuō)：“我的周期律的確定性時(shí)刻在1860年，我參與卡爾斯魯厄代表大會(huì)。在會(huì)上我傾聽(tīng)了意大利化學(xué)家康尼查羅的演講，正是他發(fā)覺(jué)的原子量給我的工作以必要的參考材料，而正是當(dāng)時(shí)，一種元素的性質(zhì)隨原子量遞增而呈現(xiàn)周期性變更的基本思想沖擊了我?！睆慕袼辛嗣鞔_的科研目標(biāo)，并為此付出了艱難的勞動(dòng)。

從1862年起，他對(duì)283種物質(zhì)逐個(gè)進(jìn)行分析測(cè)定，這使他對(duì)很多物質(zhì)和元素的性質(zhì)有了更直觀的相識(shí)。他重新測(cè)定一些元素的原子量。因而對(duì)元素的這一基本特征有了深刻的了解。他對(duì)前人關(guān)于元素間規(guī)律性的探究工作進(jìn)行了細(xì)致的分析。他先后探討了依據(jù)元素對(duì)氧和氫的關(guān)系所作的分類；探討了依據(jù)元素電化序所作的分類，探討了依據(jù)原子價(jià)所進(jìn)行的分類：特殊探討了依據(jù)元素的綜合性質(zhì)所進(jìn)行的元素分類。有比較才有鑒別，有分析才能做好綜合。這樣，門捷列夫批判地繼承了前人的探討成果。在他分析依據(jù)元素綜合性質(zhì)而進(jìn)行的元素分類時(shí)，他堅(jiān)信元素原子量是元素的基本特征，同時(shí)發(fā)覺(jué)性質(zhì)相像的元素，它們的原子量并不相近。相反一些性質(zhì)不同的元素，它們的原子量反而相差較小。他緊緊抓住原子量與元素性質(zhì)之間的關(guān)系作為突破口，反復(fù)測(cè)試和不斷思索。他在每張卡片上寫(xiě)出一種元素的名稱原子量、化合物的化學(xué)式和主要的性質(zhì)。就象玩一副獨(dú)具匠心的元素紙牌一樣，他反復(fù)排列這些卡片，最終發(fā)覺(jué)每一行元素的性質(zhì)都在按原子量的增大，從小到大地漸漸變更，也就是發(fā)覺(jué)元素的性質(zhì)隨原子量的增加而呈周期往的變更。第一張?jiān)刂芷诒砭瓦@樣產(chǎn)生了。

隨著周期律廣泛被承認(rèn)，門捷列夫成為著名于世的卓越化學(xué)家。各國(guó)的科學(xué)院、學(xué)會(huì)、高校紛紛授予他榮譽(yù)稱號(hào)、名譽(yù)學(xué)位以及金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)?。具有諷刺意義的是：1382年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)就授予門捷列夫以戴維金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆?889年英國(guó)化學(xué)會(huì)授予他最高榮——法拉第獎(jiǎng)?wù)?。相反地在封建王朝的俄?guó)，科