第21章 门捷列夫发现元素周期律

1876年8月27日，法国科学家布瓦博德朗在庇里牛斯山的锌矿中惊喜地发现了一种比重为4.7的新元素。它小到只能在显微镜下才能看得清。布瓦博德朗以法国古代名称“高卢”的第一个字母为新元素命名为“镓”（Gā），并将自己的新发现报告了巴黎科学院。不久，他接到一封从遥远的俄罗斯发来的信件，写信人署名：门捷列夫。信中说：“您发现的镓，就是我4年前曾预言过的类铝。它的原子量接近68，比重应在5.9—6.0，而不是4.7，请您再查一下吧！”

布瓦博德朗不禁大吃一惊：“世界上只有我的实验室里有一块一毫克重的镓，这个陌生的俄国人连镓的影子都没见过，何以说我把镓的比重测错了呢？”出于科学家特有的严谨风格，布瓦博德朗虽明知自己是独一无二握有镓的人，还是重新提纯了镓，测得镓的比重果真是5.94，恰与门捷列夫的预言相吻合，布瓦博德朗折服了，他由衷地写道：“我认为没有必要再来说明门捷列夫理论的巨大意义了！”

消息传出，法国科学界震惊了，整个欧洲科学界也震惊了。因为这是科学史上第一次用事实（布瓦博德朗的镓）证明了关于新元素（门捷列夫的类铝）的预言。人们这才想起6年前门捷列夫向世人公布的他的研究成果——化学元素周期律。门捷列夫正是根据他的元素周期律预言了“类铝”等八种未知的新元素。在发现镓4年后，瑞典人尼尔逊发现了门捷列夫所预言的“类硼”，他取产地“斯堪底那维亚”半岛之意，将其命名为钪（Se）。钪的性质完全符合门捷列夫的预言。1886年，门捷列夫所预言的“类硅”，又被德国人温克勤发现了，为了纪念自己的祖国，他取德国古国之意命名新元素为锗（Ge）。他曾感慨万分地说：“再也没有比”类硅“的发现能如此好地证明元素周期律的正确性了。”

门捷列夫是怎样发现了这种具有神奇的预见性的化学元素周期律的呢？

自从17世纪下半叶英国化学家波义耳提出了化学元素概念，18世纪下半叶法国化学家拉瓦锡发现了氧以来，人们对寻找自然界的基本组成部分——元素产生了浓厚的兴趣，特别是欧洲工业和技术的迅猛发展这个大环境的促使，人们陆续发现了一系列新元素。到1869年，化学家们已认识了63种元素。而道尔顿的原子论和原子量概念，又激励了人们去探索这些“宇宙之砖”——元素之间的关系并开始去测定元素的原子量。

1869年之前，人们对元素之间内在联系的规律性进行了艰苦的探索，从“三素组”到“八音律”，尽管存在不少颠倒、重叠、混乱等不成熟之处，仍在元素之间存在关系的大门外徘徊，但却一步步向真理逼近，为发现周期律开辟了道路。打开这扇封闭的大门、揭开元素之间内在联系奥秘的重任，就历史地落在了俄国化学家门捷列夫肩上。

1834年，门捷列夫出生在俄国的托波尔斯克。他毕业考进了彼得堡师范学院物理系。大学毕业第二年，就被授予“一级中学教师”称号。门捷列夫23岁就当上了副教授。当彼得堡大学化学工程学教授时，年仅31岁。

1869年，门捷列夫在前人研究的基础上，把当时已知的63种元素的主要性质和原子量分别写在一张张小卡片上，用“牌阵”法，先把常见的元素按原子量递增的顺序排列，然后排不常见的元素族，最后是稀有元素，在排列比较中他发现，相似元素依一定间隔出现周期律，即某一元素后，每隔7个元素，便会出现一个与这个元素性质相近的元素。所有这一切都是在1869年3月1日完成的，这一天，在化学史上被称为“伟大的一天”。

周期表首次出现是在1869年3月18日，门捷列夫撰写并在俄国化学会议上宣读的题为《元素属性和原子量的关系》论文中，向世人公布了他的研究成果：（1）按原子量大小排列起来的元素，在性质上呈现明显的周期性；（2）原子量的大小决定元素特征；（3）可根据原子量和元素的性质，预见未知元素；（4）可根据周期律修正已知元素。

1877年，他发表了论文《化学元素的周期性依赖关系》，进一步改进了元素周期表，使原来的周期表由竖行改为横排，使同族元素处于同一竖行中，更突出了化学元素的周期性；将元素分成主族和副族，共8个族；他根据元素周期律，大胆修正了一些虽错误但已得公认的元素的原子量值，改排了这些元素的位置；同时大胆预言了元素周期表中11个空位上的未知新元素。

元素周期律的发现是化学系统化过程中的一个重要的里程碑，为化学研究指明了前进的方向，没有这个定律，也就没有了化学的今天，元素周期律的发现，找到了揭开自然界中一个最基本的秘密——化学元素的性质与其原子量之间关系的规律性的钥匙，结束了人类盲目探索元素间内在联系的时代。元素周期律的发现，也激起了人们探索新元素的热情，人们把它比作原子世界的地图，指导着人们不断去发现化学新大陆——新的元素。

然而，遗憾的是，走在时代前面的门捷列夫却一次次受到当时俄国化学界权威人士的嘲讽，说他编制周期表是“不务正业”，说他对元素的预言是“呓人说梦”。

但是，实践是检验真理的唯一标准。镓元素的发现，为门捷列夫的元素周期律赢得了第一次伟大胜利。随着门捷列夫的预言一个接一个变为现实，他的元素周期律终于赢得了它在科学史上应有的辉煌地位。门捷列夫的国际声望日高，外国一些大学纷纷邀他讲学。而在俄国，他却被俄罗斯帝国科学院拒之门外。1907年，门捷列夫在孤独中离开人世。

科学家们为了纪念这位元素周期律的发现者，特将第101号元素命名为“钔”。

门捷列夫在气体张力的研究方面也做出过重大贡献，他在《化学原理》一书中独创了许多有益于化学发展的理论。