今天，慶祝誰的誕辰？

1.

1834年2月8日，德米特里·門捷列夫（Dmitri Mendeleev）出生於俄羅斯西伯利亞托博爾斯克市。那裡是西方文明的邊緣，距離巴黎甚至比北京還要遠一千公里。可能誰也想不到，就在這樣一個偏遠的地方，走出了一位史上最偉大的化學家之一。

門捷列夫的早期生活是極其不易的。他的家中有十幾個兄弟姐妹，他是最小的一個。在小德米特里出生不久之後，他的父親伊凡（Ivan）就因健康狀況不佳而被迫從高中教師的職位上退休。由於父親的退休金不足，他的母親瑪麗亞（Maria）不得不從她的兄弟手中接管了一家幾近廢棄的玻璃廠以維持生計。不幸的是，在小德米特里13歲的時候，父親過世，玻璃廠也毀於大火之中。

在面臨經濟窘迫的情況下，瑪麗亞還是意識到年輕的德米特里具有學術潛力，她決定優先考慮他的教育問題。因此，她帶著德米特里和他的兩個兄弟姐妹去了莫斯科。這是個非常大膽的決定，因為當時的交通基礎設施非常有限，而莫斯科距離他們有2000多公里。當他們到達莫斯科時，莫斯科大學拒絕接收門捷列夫，因為他是西伯利亞人。

○ 門捷列夫（1897年）。| 圖片來源：維基百科

在這個計劃失敗後，他們輾轉搬去了聖彼得堡。1850年，德米特里被他父親曾經接受教師培訓的大學勉強錄取。在那裡，他遇見了一位講師Alexander Voskresensky，這位講師曾在李比希（Justus von Liebig，被認為是有機化學的創建者，被譽為歷史上最偉大的化學教育家之一）的門下學習，正是Voskresensky激發了德米特里對化學的興趣。

1855年，門捷列夫於畢業，他的論文（關於物理形式和化學組成之間的類質同向及其他關係）被發表在了一份採礦雜誌上，隨後他的其他文章又發表在一些科學和技術期刊上，但他仍然沒有穩定的收入。那時，他的母親和姐姐都已經去世了，他自己也似乎患上了肺結核。然而，在克里米亞較為溫和的氣候下任教一年之後，他的健康狀況有了顯著改善，一位新的醫生否定了他之前的診斷。

1856年秋天，門捷列夫成功地完成了碩士論文的答辯，主題是物質的比容（單位質量的物質所佔的體積）與其晶體學和化學性質之間的關係。不久之後，聖彼得堡大學授予他化學助教的資格，允許他進入學校的實驗室。1859年，他接受國家資助得以出國深造兩年。

2.

在德國海德堡大學，門捷列夫做過幾個課題的研究，比如表面張力、毛細現象和蒸發。在他的整個職業生涯中，一直對分子間作用力保持著極大的興趣。

1860年，門捷列夫參加了在德國舉辦的有史以來第一次的國際化學大會——卡爾斯魯厄會議。會議的主要目標是建立當時迫切需要的標準化學方法，與會者還包括了像凱庫勒（August Kekulé）、本生（Robert Bunsen）和法拉第（Michael Faraday）等化學界的傳奇人物。在會上，義大利化學家坎尼扎羅（Stanislau Cannizzaro）發表了一篇關於原子量（現在稱為相對原子質量）的開創性論文。這是邁向周期性系統的關鍵一步，因為之前在為元素分配原子量方面，存在著相當大的爭議。

○ Stanislau Cannizzaro

當時，一些化學家認為原子量並不重要，甚至完全否認原子的物理存在。還有一些人傾向於相信認定氧的原子量為8、水的分子式是HO而不是H?O的體系。但是在卡爾斯魯厄會議上，坎尼扎羅讓阿伏伽德羅（Amadeo Avogadro）的想法重煥生機——他認為水的分子式是H?O，氧的原子量是16。慢慢的，人們的意見轉向贊同坎尼扎羅的一邊，這對於門捷列夫來說是幸運的，因為在更古老的體系中，能引導他發展出元素周期表的那種規律性並不明顯。

1861年，門捷列夫回到聖彼得堡，繼續在大學任教。與此同時，他還撰寫了一本500頁的教科書《有機化學》，將自己所知道的一切都列寫到書中。當時他年僅27歲。除此之外，他也四處旅行，試圖尋找將科學發現應用於俄國的經濟發展的機會。例如，在1863年對巴庫油田的一次訪問讓他對新興的石化工業產生了深遠的興趣。（門捷列夫酷愛旅行，也是優秀的攝影師和收藏家，甚至被認為是出色的行李製造商）

1865年，門捷列夫的博士論文（關於溶液理論）被接受。1867年，他開始擔任大學的化學教授，並開始講授無機化學。他發現當時缺乏令人滿意的俄語教材，於是決定開始自己編寫。這項工作讓他將注意力集中到如何把化學元素排列成有序的模式。

門捷列夫並不是第一個嘗試這麼做的化學家，在他之前，德國的格梅林（Leopold Gmelin）、法國的杜馬斯（Jean-Baptiste Dumas）和英國的紐蘭茲（John Newlands）等人都對元素進行過排列。門捷列夫了解其中的一部分工作，但在一些重要的方面上，他有著別具一格的方法。

3.

突破出現在1869年初，當時門捷列夫正在準備進行另一次工業之旅，這次是為了研究和改進乳酪的製作技術。在完成了教科書《化學原理》的第一卷之後，他正在努力為第二卷建立一個框架，後來他回憶道：

」我開始察看元素的原子量和一些基本性質，並將類似的元素、類似的原子量寫在不同卡片上，這很快就讓我相信，元素性質的周期性與它們的原子量有關……「

門捷列夫把卡片成行成列地擺放著，好像在玩單人紙牌遊戲那樣，這是他在火車旅行中最喜歡的消遣方式。在垂直方向上，他按照原子量的增加列出已知的元素，每當可以將具有類似特徵的元素放入水平方向的同一行時，就會開始一個新的列。

正如其他化學家所注意到的那樣，有幾組元素（特別是鹼金屬和鹵素）顯然屬於一類。但是，其他許多元素，特別是稀土元素（鑭系元素），無論如何都存在排序問題。在這一點上，門捷列夫不同於他的大多數前輩，他拒絕在這個問題上妥協。

當他發現哪些元素在表格中的位置不太正常時，他敢於對這些元素的原子量進行調整，讓它們與更多的元素兼容。例如，他提出氧化鈹的公式是BeO，而不是大家認為的Be?O?，這降低了鈹的原子量，將鈹定位在了與鎂同一組的位置，而不是鋁。

1869年3月6日，門捷列夫將表格的第一張草圖提交給了俄國化學學會，這是他在幾個月前幫忙建立的一個組織。同年晚些時候，該協會的期刊發表了一個更全面的版本，其中一段簡短的摘要被翻譯成了德文。這張表格幾乎沒有在俄國以外的任何地方引起注意，但他堅持了下來，繼續在自己的桌子上擺放更多的卡片。

○ 門捷列夫在1869年發表的元素周期表，將當時已知的63種元素按照原子量排列。| 圖片來源：Wikimedia Commons

4.

門捷列夫於1871年修訂後的表格於我們現代人看來更為熟悉。為了制定這個表格，他做了進一步的假設。例如，他降低了碲（Te）的原子量，使它的鄰居碘（I）成為兩種元素中更重的那個。這樣一來，他就可以將碘和鹵素放在一起，把碲和硫（S）、硒（Se）放在一起。這種調整可以說是在當時的實驗誤差範圍之內。但是門捷列夫所不能預見到的是，在後來成為了元素周期表的排序原則的不是原子量，而是原子序數；他也沒能預見到質譜法對同位素的識別最終會解釋這些和其他異常現象。

○ 1871年的修訂版。| 圖片來源：維基百科

門捷列夫大膽地為尚未發現的元素留出空隙，如此一來便符合他所預想的模式，加強了表格的連貫性。除了預測它們的化學性質，他還為它們的物理性質（如比重和熔點）加上了概念上的數值。

1875年，法國化學家德布瓦博德蘭（Paul Lecoq de Boisbaudran）用光譜法第一次鑒定出了元素鎵（Ga）。當有足夠的鎵可以用於測試後，人們發現鎵的所有性質幾乎都符合門捷列夫的預測。

1879年發現的鈧（Sc）和1885年發現的鍺（Ge）都顯示出門捷列夫所預言出的性質，這使更多的化學家認可門捷列夫的周期表。與此同時，其他研究人員（特別是德國化學家勞爾·梅耶）也強調了元素物理性質的周期性變化。門捷列夫後來說：「雖然我對一些模糊之處有所懷疑，但我從來沒有懷疑過這條定律的普遍性，因為它不可能是偶然的結果。」

○ 梅耶比門捷列夫更加早便寫下了一個與門捷列夫相似的列表。2012年，比任何人都了解門捷列夫的科學史學家Michael Gordin發表了一篇關於元素周期表優先權之爭的文章，他在開篇便寫道：「我不知道是誰發現了化學元素的周期系統。」。| 圖片來源：維基百科

雖然門捷列夫關於周期性的基本原理是正確的，但作為先知，他也不是絕對正確的。例如他還預言過幾種從未被發現的其他元素。直到生命的最後，他都一直認為以太（在當時的光和電磁學的一些理論中認為必不可少卻又無法檢測到的成分）就是一種化學元素，並試圖在實驗室中分離出以太。他認為，以太可能是最輕的惰性氣體，原子量為0.17。

5.

雖然門捷列夫最著名的工作是元素周期表，但事實上他有著非常廣泛的興趣。他的許多工作都是非常實際和實用的。他試圖提高各個行業的效率：他是第一個提出使用管道運輸燃料的人；他還幫助俄國建造了第一座煉油廠；他還在自己的土地上試驗了化肥，並提倡在農業上更加廣泛地使用化肥。

門捷列夫對造船和北極海上航行非常著迷，並發表了40多篇相關科學論文。他的專業知識使他參與了世界上第一艘能在北極航行的破冰船「葉爾馬克號」的設計和建造，這艘破冰船於1898年下水。他還與俄羅斯海軍在其他事務上合作——應他們的要求開發自己的無煙火藥配方。

○ 門捷列夫幫助建造了世界上第一艘北極破冰船。| 圖片來源：維基百科

1887年，為了觀測日食，他獨自乘坐熱氣球升空，儘管他從未操作過熱氣球也不知道如何降落。

6.

在他的私人生活中，門捷列夫敢於打破常規。他一年只剪一次頭髮，修一次鬍子，即使要面見沙皇也拒絕改變這一習慣。

在政治上，門捷列夫是一個特立獨行的人，他是一個直言不諱的自由主義者。1890年，為了不參與到政府對學生抗議活動的嚴厲鎮壓中，門捷列夫辭去了自己的教授職務。這一舉動贏得了學生們的喝彩，卻引發了官場的敵意。然而，自1892年起擔任俄國財政部長的Sergius Witte卻對門捷列夫的貢獻讚賞有加，他在1893年任命門捷列夫為政府計量局局長。在此基礎上，門捷列夫繼續用科學知識協助俄國的經濟發展。

1905年，倫敦皇家學會授予門捷列夫科普利獎章（英國皇家學會仍在頒發的最古老的科學獎章），而在1882年，它已經獲得了戴維獎章（以無機化學之父漢弗里·戴維的名字命名）。1906年，他被提名為諾貝爾獎候選人。然而，儘管化學小組支持這一提名，評獎委員會卻以他的發現時間不夠近為由，裁定他不足以獲得被考慮的資格。這一決定可能受到了瑞典物理化學家阿倫尼烏斯（Svante Arrhenius）的影響，他過去曾與門捷列夫發生過衝突。

1955年，加州大學伯克利分校的物理學家們用α粒子轟擊99號元素，產生了微量的101號元素。這個新元素被正式確認為「鍆」（Md，以門捷列夫命名的放射性元素，有意思的是，門捷列夫並不相信19世紀時並末被發現的放射性理論），他的名字終於被正式嵌入了自己所創建的表格中。那時，表格的結構布局已經可以用亞原子結構和量子能量交換來解釋，其詳細程度是門捷列夫所無法預見的。然而，這絲毫不會降低他的成就的地位。

○ 在斯洛伐克首都伯拉第斯拉瓦的門捷列夫和元素周期表的雕塑。| 圖片來源：維基百科

門捷列夫的成就既不是化學周期性圖表的開始，也不是它的結束。雖然他的有些預測並不正確，但他做出的貢獻足以使他的表格成為我們理解元素的基礎，當之無愧地被後人視為是現代化學的奠基人之一。

參考來源：

http://www.rsc.org/news-events/profiles/2019/jan/dmitri-mendeleev/

https://www.chemistryworld.com/features/the-father-of-the-periodic-table/3009828.article

https://www.chemistryworld.com/opinion/whose-periodic-table-is-it-anyway/3009968.article

https://www.sciencenews.org/article/periodic-table-history-chemical-elements-150-anniversary

https://en.wikipedia.org/wiki/Dmitri_Mendeleev

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