元素周期表是從哪裏來的？

前面我們講過古希臘哲學家致力於“萬物起源”的問題。學者們努力了1000多年，直到拉瓦錫和道爾頓才有所進展，才正式使化學成為科學理論。在門捷列夫之前，拉瓦錫將自然物質分解為基本元素，並對元素的性質做了壹系列的試驗。最後，拉瓦錫提出了歷史上第壹份化學元素清單。不過需要註意的是，這個時間不是化學元素周期表。因為這個表沒有反映周期性。1829年，德國化學家德伯勒提出了三元素說。在他的時代，人類發現了54種元素。在這些元素中，德伯勒發現鋰和鉀的平均原子量非常接近鈉；同樣的事情也發生在鈣、鍶、鋇、硫、硒、碲、氯、溴和碘之間。換句話說，他發現元素的排列是有規律的。受德伯勒“三元素說”的啟發，結合音階的特點，紐蘭茲將當時已知的61個元素按照相對原子質量遞增的順序排列。他發現每七種元素中，會出現具有相似性質的元素。因此，這也被稱為元素八度。於是，就有了“元素八度”的周期表。他在壹篇論文中發表了他的發現，但被拒絕，並被視為壹個笑話。除了紐蘭茲的元素八度周期表，實際上還有讓-庫爾圖·瓦茲的螺旋圖和邁耶的六元素表。但是，它們都不能很好地解決元素排列的問題。門捷列夫元素周期表1869年3月，門捷列夫在大量工作的基礎上，發表了題為《元素性質與原子量的關系》的論文，提出了元素周期律，發表了他的第壹個元素周期表，涵蓋了當時已經發現的63種元素。但是表中有67個位置，也就是說有4個原子量的空位卻沒有找到元素。這是門捷列夫對這四種元素存在的假設和他對它們性質的預測。同時，他還對銦、碲、金、鉍的原子量提出了質疑，並提出了他認為正確的結果。隨著對元素周期律的進壹步研究，他在1871年65438+2月發表了他的第二個元素周期表。這張表比第壹張更系統。而這個化學元素周期表後來被科學界認可。那門捷列夫為什麽會成功？這主要得益於門捷列夫堅持不懈地收集和掌握海量元素數據，歷時近20年。並試圖在海量數據中尋找規律。他大概總結了三個規律:元素周期性上升是普遍規律；元素周期性的核心特征是:漸變；有些元素特性的變化，既不是周期性的，也不是門捷列夫估計的變化幅度，此時就要實事求是。門捷列夫周期律有多厲害？我們舉個例子。當時，壹位科學家發現了元素“鎵”，並發表了他的計算結果。門捷列夫看到後，第壹時間給這位科學家寫了壹封信。信的大意是:妳發現的新元素只是我預言存在的四種元素之壹。但是，妳的論文中有壹個氧化物密度數據和我預測的不壹樣。妳壹定錯了。起初，這位科學家並沒有當真，但出於尊重，他又做了壹次，結果和門捷列夫預測的數據壹模壹樣。這也成為門捷列夫的著名戰役，壹下子轟動了整個歐洲。我們知道牛頓和愛因斯坦是頂尖的物理學家。他們之所以偉大，是因為他們自己完成了壹個偉大的理論，更重要的是這個理論能夠準確預測。門捷列夫在化學中的地位就像牛頓和愛因斯坦在物理學中的地位壹樣。他的元素周期律不僅能很好地對現有元素進行排序，還能預測未知元素的存在。諾貝爾獎的“失誤”是化學領域的遺憾。按理說，門捷列夫成就如此之大，拿諾貝爾獎不成問題。事實上，他確實分別在1904、1905和1906中被提名。據說門捷列夫早年得罪了瑞士化學家阿倫尼烏斯，門捷列夫批評了阿倫尼烏斯的溶解理論。阿倫尼烏斯對諾貝爾獎組委會的評委影響很大，所以在他的影響下，他沒有把獎頒給門捷列夫。1906年，門捷列夫遇到了壹個特別強大的對手，那就是法國化學家莫瓦桑。他的成就是生產了元素氟。元素氟的制備可以說是化學史上的壹場血戰。許多年後，許多化學家終於成功了。除了生產元素氟，摩凡陀當時還準備了鉆石，這也是他獲獎最多的原因之壹。因此，在1906年，諾貝爾委員會將諾貝爾獎授予莫瓦桑，主要是基於他在元素氟制備方面的貢獻。但在獲獎感言中，莫瓦桑還是談到了自己對鉆石的準備，因為他也覺得自己獲獎主要與鉆石的準備有關。但他不知道，其實他的方法並不能制備鉆石，只是他的學生厭倦了他的固執，於是偷偷把鉆石放入實驗中，讓摩凡陀誤以為他真的成功了。這件事終於敗露了。幸好當時的諾貝爾獎委員會比較保守，沒有把獲獎原因寫成“準備鉆石”，否則這將是諾貝爾獎史上的壹大醜聞。但這也讓門捷列夫錯過了最後壹次獲獎的機會。1907年2月，門捷列夫死於心肌梗塞。後來，每當人們談到諾貝爾獎的“錯獎”時，很容易想到門捷列夫。他沒有獲得諾貝爾化學獎是不可思議的，就像愛因斯坦沒有獲得諾貝爾物理學獎壹樣。門捷列夫雖然死了，但他的元素周期律將隨著人類文明的發展而永存。對於整個化學界來說，這個元素周期表就像是武林人士的秘籍。不了解就不好意思出去跟別人說自己是化學家。化學元素周期律的本質其實揭示了物質的內在聯系。稍後，大物理學家泡利將從物理學家的角度出發，重新詮釋元素周期律的本質。我們後面會詳細講。