為化學元素排序的藝術家——門捷列夫

世界是由什麼構成的呢?

2000年前，古希臘哲學家恩培多克勒認為水火土氣四種物質元素構成了世界萬物，幾乎同一時間，中國先民認為金木水火土是最基本的物質形態;

500多年前，醫學家與鍊金術師帕拉塞爾蘇斯提出三元素理論，認為可以用鹽、硫和汞來描述世界上一切物質;

400多年前，波義爾提出化學元素的概念，標誌著近代化學的誕生;

300多年前，拉瓦錫在其《化學基礎論述》中列舉了33種化學元素，其中光和熱也被認為是元素的一種;

200多年前，道爾頓創立原子學說，化學元素的概念開始和物質的原子量聯繫起來;

150年前，門捷列夫向俄國化學學會遞交了元素表的草圖，兩年後他又對其進行了修正並提出了周期的概念。他以相對原子質量的大小進行橫排，把性質相似的元素整理到同一豎排，並揭示了元素性質周期變化的奧秘。這一創舉為構成世界的所有化學元素提供了最美妙的家族譜系。自此，所有已發現、未發現的元素不再是浩渺宇宙中偶然邂逅的個體而成為了註定相見的兄弟姐妹。

圖1 科學巨匠德米特里·伊萬諾維奇·門捷列夫

圖2 1969年門捷列夫繪製的元素周期表手稿

圖3 人教版教科書上的元素周期表，現已成為探究化學世界的基石

所有偉大的科學成果都同時是令人驚嘆的藝術作品。萬有引力公式簡潔而無所不包地描繪了天上地下同時進行的有條不紊的運動，進化論鋪展開整個地球所有物種幾千年自然選擇多姿變換的畫卷。元素周期表也是這樣一件化學世界裡簡潔而無所不包的藝術品。從門捷列夫創製第一幅元素周期表到現在為止，新元素增加了幾百個，除了局部的調整外，所有的元素都井然有序地被排列到元素表上的十幾個族裡，被編上最容易記憶的阿拉伯數字編號，像紀律嚴明的軍隊，守護著自然的秩序。元素周期表揭開了化學世界神秘的面紗，為複雜的世界賦予了最為簡潔而和諧的表達。

除了其簡潔性與包容性外，門捷列夫元素周期表最為人稱道的還是其留白的智慧。國畫中有一種很有特色的藝術手法叫做留白，以空白延展想像的空間，門捷列夫也在其元素周期表上留下了幾處空白，但這幾處空白可並不是為了增加藝術想像力，而是嚴謹而膽大的化學家門捷列夫以空白為還未發現的元素留下位置，不僅如此，他還根據元素周期律預言了其中空下來的三種元素的一些性質，並根據這些性質給這些未來元素起名為「類鋁」、「類硼」和「類硅」。這種創新而冒險的留白是之前的科學家所從未嘗試過的，而這個來自當時化學界邊緣地帶的俄國人竟敢對未來指手畫腳，豈不令人質疑和譏諷。

然而，隨著1875年法國化學家布瓦博德朗發現「類鋁」並命名為鎵，1879年瑞典化學教授尼爾松發現「類硼」並命名為鈧，1886年德國化學家文克萊爾發現「類硅」，並命名為鍺，籠罩在元素周期表上的陰雲消失了。發現「類鋁」的文克萊爾激動地說「從前只是假定的類硅果然發現了，證明元素周期性的學說的正確性的證據，難道還有比這更明顯的嗎?這證據當然不只簡單地證明了這個大膽的理論，它還意味著化學視野的進一步開闊，在認識領域中邁進了一大步」。曾經的質疑變成了熱烈的掌聲。門捷列夫天才般的留白也成了科學史上為人津津樂道的神來之筆。

150年後的今天，量子力學充實了元素周期表的內涵，無數新發現續寫著化學世界新的輝煌，回首過去，我彷彿看見150年前大膽而堅定地為化學元素排序的門捷列夫，正在對我們點頭微笑。

作者：冷玥

圖1、圖3來自於網路

圖片2來源：楊奇,陳三平,邸友瑩,周春生,高勝利. 再論化學元素周期表的形成和發展 [J].大學化學,2017,32(06):46-67.

本文來自：中國數字科技館

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