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

Page3發(fā)覺元素周期律的門捷列夫

發(fā)覺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。進一步找尋新元素成為當時化學(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)常白白地耗費了很多精力。

在對物質(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。整理這些資料，概括這些感性學(xué)問，從中摸索總結(jié)出規(guī)律，這是擺在當對化學(xué)家面前一個急待解決的課題，同時也是科學(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)過長期的共同努力，取得了一系列探討成果，其中最輝煌的成就是俄國化學(xué)家門捷列夫和德國化學(xué)家邁爾先后發(fā)覺的化學(xué)元素周期律?；瘜W(xué)元素周期律的發(fā)覺

道爾頓提出了科學(xué)的原子論后，很多化學(xué)家都把測定各種元素的原子量當作一項重要工作，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、1829年德國化學(xué)家德貝萊納提出了“三元素組”觀點，把當時已知的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。然而只要仔細一點，就會發(fā)覺這樣分類有很多不能令人滿足的地方，所以并沒有引起化學(xué)家們的重視。

1862年，法國化學(xué)家尚古多提出一個“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。因此他第一個指出了元素性質(zhì)的周期性變更?？墒撬膱蟾嬲諛訜o人理睬。1864年，德國化學(xué)家邁爾在他的《現(xiàn)代化學(xué)理論》一書中刊出一個“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，這是毫無疑義的”。1865年，英國化學(xué)家紐蘭茲提出了“八音律”一說。他把當時已知的元素按原子量遞增依次排列在表中，發(fā)覺元素的性質(zhì)有周期住的重復(fù)，第八個元素與第一個元素性質(zhì)相近，就好象音樂中八音度的第八個音符有相像的重復(fù)一樣。紐蘭茲的工作同樣被否定，當時的一些學(xué)者把八音律斥之為無趣的滑稽戲，有人甚至挖謗說：“為什么不按元素的字母依次排列呢？那樣，或許會得到更加意想不到的奇妙效果?！薄傲乇怼?、“八音律”是存在很多錯誤，但是應(yīng)當看到，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)，門捷列夫通過堅韌努力的探究，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)當預(yù)料到很多未知元素的發(fā)覺，例如類似鋁和硅的，原子量位于65一75之間的元素。

（4）當我們知道了某些元素的同類元素后，有時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。同時他將那些當時性質(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)覺的元素留下4個空格，而新表中則留下了6個空格。由此可見，門捷列夫的探討有了重要的進展。經(jīng)受實踐的驗證

實踐是檢驗真理的唯一標準。門捷列夫發(fā)覺的元素周期律是否能站住腳，必需看它能否解決化學(xué)中的一些實際問題。門捷列夫以他的周期律為依據(jù)，大膽指出某些元素公認的原子量是不精確的，應(yīng)重新測定，例如當時公認金的原子量為169.2，因此，在周期表中，金應(yīng)排在餓。銥、鉑（當時認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)重新測定。重新測定的結(jié)果是：餓為190.9，銥為193.1，鉑為195.2，金為197.2。試驗證明白門捷列夫的看法是對的。又例如，當時鈾公認的原子量是116，是三價元素。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，認為它們應(yīng)屬于一族，因此鈾應(yīng)為六價，原子量約為240。經(jīng)測定，鈾的原子量為238.07。再次證明門捷列夫的推斷正確。基于同樣的道理，門捷列夫還修正了銦、鑭、釔、鉺、鈰、的原子量。事試驗證了周期律的正確性。

依據(jù)元素周期律，門捷列夫還預(yù)言了一些當時尚未發(fā)覺的元素的存在和它們的性質(zhì)。他的預(yù)言與爾后實踐的結(jié)果取得了驚人的一樣。1875年法國化學(xué)家布瓦博德朗在分析比里牛斯山的閃鋅礦時發(fā)覺一種新元素，他命名為鎵，并把測得的關(guān)于它的主要性質(zhì)公布了。不久他收到了門捷列夫的來信，門捷列夫在信中指出關(guān)于鎵的比重不應(yīng)當是4.7，而是5.9～6.0。當時布瓦傅德朗很懷疑，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)過重新測定，鎵的比重的確為5.9“這給果使他大為驚異。他仔細地閱讀了門捷列夫的周期律論文后，感慨他說：“我沒有可說的了，事實證明門捷列夫這一理論的巨大意義?！?/p>

下表是個最有力的說明。

類鋁鎵原子量6969.72比重5.9～6.05.94熔點低30.1和氧氣反應(yīng)不受空氣的侵蝕灼熱時略起氧化灼熱時能分解水汽灼熱時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)覺其存在用分光鏡發(fā)覺的

鎵的發(fā)覺是化學(xué)史上第一個事先預(yù)言的新元素的發(fā)覺，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)覺了鈧，1885年德國的文克勒發(fā)覺了鍺。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)受了實踐的檢驗。

事實證明門捷列夫發(fā)覺的化學(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)營一個小玻璃廠而維持著。1847年雙目失明的父親又患肺給核而死去。意志堅毅而能干的母親并沒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，對數(shù)學(xué)、物理、歷史課程感愛好，對語文、尤其是拉丁語很厭煩，因而成果不好。他特殊寵愛大自然，曾同他的中學(xué)老師一起作長途旅行，搜集了不少巖石、花卉和昆蟲標本。他擅長在實踐中學(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2千公里以上艱辛的馬車旅行來到莫斯科。因他不是出身于豪門貴族，又來自邊遠的西伯利亞，莫斯科、彼得堡的一些高校拒絕他入學(xué)。好不簡單，門捷列夫考上了醫(yī)學(xué)外科學(xué)校。然而當他第一次觀看到尸體時，就暈了過去。只好變更志愿，通過父親的同學(xué)的幫忙，進入了亡父的母?！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現(xiàn)了上高校的愿望，不久便帶著對他的祝愿與世長辭了。舉目無親又無財產(chǎn)的門捷列夫把學(xué)校當作了自己的家，為了不辜負母親的期望，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，他先后到過辛菲羅波爾、敖德薩擔當中學(xué)老師。在老師的崗位上他并沒有放松自己的學(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，當時他僅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)和有機化學(xué)。當時流行的教科書幾乎都是大量關(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年他獲準去德國海德堡本生試驗室進行深造。兩年中他集中精力探討了物理化學(xué)。他運用物理學(xué)的方法來視察化學(xué)過程，又依據(jù)物質(zhì)的某些物理性質(zhì)來探討它的化學(xué)結(jié)構(gòu)，這就使他探究元素間內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)更寬敞和堅實。因為他恰好在德國，所以有幸和俄國化學(xué)家一起參與了在德國卡爾斯魯厄?qū)嵭械牡谝粚脟H化學(xué)家會議。會上各國化學(xué)家的發(fā)言給門捷列夫以啟迪，特殊是康尼查羅的發(fā)言和小冊子。門捷列夫是這樣說：“我的周期律的確定性時刻在1860年，我參與卡爾斯魯厄代表大會。在會上我傾聽了意大利化學(xué)家康尼查羅的演講，正是他發(fā)覺的原子量給我的工作以必要的參考材料，而正是當時，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。”從今他有了明確的科研目標，并為此付出了艱難的勞動。

從1862年起，他對283種物質(zhì)逐個進行分析測定，這使他對很多物質(zhì)和元素的性質(zhì)有了更直觀的相識。他重新測定一些元素的原子量。因而對元素的這一基本特征有了深刻的了解。他對前人關(guān)于元素間規(guī)律性的探究工作進行了細致的分析。他先后探討了依據(jù)元素對氧和氫的關(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)原子價所進行的分類：特殊探討了依據(jù)元素的綜合性質(zhì)所進行的元素分類。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)而進行的元素分類時，他堅信元素原子量是元素的基本特征，同時發(fā)覺性質(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)測試和不斷思索。他在每張卡片上寫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)覺元素的性質(zhì)隨原子量的增加而呈周期往的變更。第一張元素周期表就這樣產(chǎn)生了。

隨著周期律廣泛被承認，門捷列夫成為著名于世的卓越化學(xué)家。各國的科學(xué)院、學(xué)會、高校紛紛授予他榮譽稱號、名譽學(xué)位以及金質(zhì)獎?wù)?。具有諷刺意義的是：1382年英國皇家學(xué)會就授予門捷列夫以戴維金質(zhì)獎?wù)隆?889年英國化學(xué)會授予他最高榮——法拉第獎?wù)隆Ｏ喾吹卦诜饨ㄍ醭亩韲?，?/p>