数理化通俗演义

数理化通俗演义(下) 第四十三回 推演规律一副彩牌定乾坤预言未知十种元素都找到——元素周期律的发现

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前几回说到化学家们为发现新元素真是废寝忘食,绞尽脑汁。他们在元素王国这片陌生的土地上东奔西突,左砍右杀,各人祭起自己的法宝,八仙过海各显神通。那戴维用的是一把电斧,东劈西砍发现了钾、钠等几种元素;那本生、基尔霍夫用的是一柄光剑,一路刺开去找见了铯和铷;瑞利和拉姆赛则使的一把牛耳尖刀,专爱一层一层地剥竹笋,这就是分馏法,他们终于发现了氦、氖、氩、氪、氙等惰性气体。到此,化学家们已将所能使的各种化学、物理方法都已用尽。十九世纪中期,元素已发现到了第六十三种,又是山穷水尽再无路了。而且就是已发现的这六十三种元素也够使化学家们眼花缭乱的。你看:有那硬的,一刀剁下不伤分毫;有那软的,指甲掐去如碰豆腐;有那性格沉稳的,任怎样摆弄也不去与别人结合;有那脾气暴躁的,放在空气中就冒火。更有那一物多变的,如磷,有红、有黄;如碘,有时棕色,有时紫色。就是一块灿烂的黄金,当把它打成极薄的箔片时竟会变成蓝绿色,而且还透明呢。现在不要说再去发现新元素了,就是先把这六十三种分分类、排排队也无从下手。这化学,真是刚从泥潭里拔出来,又在森林里迷了路,不知如何是好。

门捷列夫

再说化学界因为那些难以捉摸的元素正闹得乱哄哄的,莫衷一是。1869年3月,俄罗斯化学会专门邀集各方专家进行了一次学术讨论。学者们有的带着论文,有的带着样品,有的带着自己设计的仪器当场实验,各抒己见,好不热闹。而那个门捷列夫只身空手,裹一件黑色外衣,蓄着一把小胡子,静坐在桌子的一角,三天来不言不语,只是瞪着一双大眼睛看,竖起耳朵听,有时皱着眉头想。这天眼看会议日程将完,主持人躬身说道:“门捷列夫先生,不知你可有什么高见?”只见门捷列夫也不答话,起身走到桌子的中央,右手从口袋里抽了出来,随即就听唰啦一声,一副纸牌甩在了桌面上,在场的人无不大吃一惊。门捷列夫爱玩纸牌,化学界的朋友也都略有所闻,但总不至于闹到这步田地,到这个严肃的场合来开玩笑。在座的有一位长者寿眉双垂,银须齐胸,他叫齐宁,是门捷列夫的老师,过去很赏识门捷列夫的才华,推荐他来校任教,今天他见学生这样开玩笑心中早已不快。

只见门捷列夫将那一把乱纷纷的牌捏在手中,三两下便已整好,并一一亮给大家看。这时人们才发现这副牌并不是普通的扑克,每张牌上写着一种元素的名称、性质、原子量等,共有六十三张,代表着当时已发现的六十三种元素。更怪的是,这副牌中有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。门捷列夫真不愧为一个玩纸牌的老手,他用拇指和食指轻轻一捻,纸牌由红到紫便成一排,再一捻又是一排。这样前排靠着后排,整整齐齐,竟在桌上列成了一个牌阵。要是竖看就是红、橙、黄……分别各成一列。

门捷列夫将这个牌阵摆好,叫大家看个明白,然后用手一搅,满桌只见花花绿绿,横七竖八,不过是一堆五彩乱纸片。他说:“这混乱的一团,就是我们最感头疼的元素世界,实际上这些元素之间有两条暗线将它们穿在一起。第一,就是原子量。尽管不同元素有时会有相似的某种特性,尽管同一元素不同情况下又会表现出不同的颜色、形状,但有一点它们却永不会变,就是各自有自己特有的、互不重复的原子量。因此,我们可以根据原子量的大小将它们排成一条长蛇。”

只见门捷列夫双手像变魔术一样将那副纸牌在桌上变来变去,口中念念有词讲着每一个元素的性质,滚瓜烂熟,如数家珍。他放下红牌又拿起绿牌,说了第一族又说第二族,周围的人直听得目瞪口呆,他们这些在实验室钻了几十年,手上也不知被烧起多少伤疤,掉了几层皮的专家、教授,想不到一个青年人玩玩纸牌就能得出这番道理,要说不服气吧,好像有理,要说真是这样,又哪能这样容易。

这时突然有人说道:“先生,我看你那几张牌也未必就能将元素规律演示清楚。你看六年前发现的新元素铟,原子量是75.4,应排在砷和硒之间,可是这样一来砷无法和它相似的磷在一族里,硒也被挤出了硫那一族,岂不是扰得四邻不安?这还算什么规律?”

“先生,莫急。我看那铟的原子量很可怀疑,它的性质和铝相似,按我推算它的原子量应是113.1(后来测得是114.82),它本来就不应该挤在砷后面,应排到镉与锡之间去,这样大家不都相安无事了吗?”

门捷列夫一见是老师发了脾气,忙将纸牌收拢,毕恭毕敬地解释道:“不是我不做实验,是前人,戴维、本生、基尔霍夫他们已经做了够多的实验,发现了这么多元素,我们该从理论上做一点儿思考了。开普勒当年从他的老师第谷手中接过七百颗恒星的观察资料,并没有按照师嘱再去观察第一千颗,他做了理论思考,终于发现了能解释众星运行的三定律。勒维烈之前有多少人在观察寻找天王星外的新星,他并没有把主要精力放在实地观察,而是做了理论推算,一下就准确地找见了海王星。在研究元素的过程中人们使用的武器够多了,有光,有电,有分馏法,这些都不够了,现在需要理论,化学该有自己强大的理论武器问世了。”

地壳内所含各种元素的质量分数

“你这是什么理论?像是说梦,像是小孩玩积木。你何不按字母顺序去排元素周期呢?那样不是更省事,更整齐吗?”这齐宁老头越说越激动,一边说一边就收拾皮包离去,别人见状也都纷纷站起,这场讨论不了了之。

再说门捷列夫回到家里后还是继续推着这副纸牌,遇有哪个地方的顺序接连不上时,他就断定一定还有什么新元素未被发现,暂时补上一张空牌,再根据它所在的族起一个“类铝”或者“类硼”等样的名字。他这样一口气预言了十一种未知元素,那副纸牌也已是七十四张。自从那天在会上碰了钉子,他闭门谢客。每日起来独自玩一会儿纸牌,翻几本新到的杂志,便叫助手安东拿过酒瓶自斟自酌,倒也悠闲,这样一连过了几年。忽一日他正品酒翻书,突然大叫一声,将酒杯扔出老远。安东不知出了什么事,急忙推门进来。门捷列夫一下扑上去,双手摇着安东的肩膀喊道:“我们胜利了,他们这回要投降了,有人已经证实了我的预言!”

再说门捷列夫见有人发现了新元素,喜得酒杯也扔了,牌也不玩了。但过一会儿他发现布瓦博德朗的测量并不准确,立即提笔写了一封很自信的短信:

先生,您发现的镓,就是我五年前预言的“类铝”,只是它的比重应该是5.9,而您却测得是4.7,请您再做一次实验,我想大概是您的新物质还不太纯的缘故吧。

这布瓦博德朗在巴黎正为自己的新发现所陶醉,不想突然收到这样一封信。全世界就只有他拥有这么一点儿镓,这个俄国人由哪里得到的数据呢?他半信半疑立即将新积累的共十五分之一克镓拿来再仔细测算一次。天啊,果然是5.94!这个法国人立即给彼得堡回了一信:

尊敬的门捷列夫先生,首先祝贺您的胜利。我能说什么呢?这次实验,连同我的发现都不过是您的元素周期表的一个小注解。这是您的元素周期律的伟大之处的最好证明!

没过几天,齐宁也亲自登门。这回他手里提着酒瓶,一进门就开朗地喊道:“年轻人你赢了,我们俄国人赢了,让我们一起来痛饮一杯!”

门捷列夫惊人的预言、准确的周期表一时间轰动了法国、瑞典、德国,轰动了全欧洲。各国科学院纷纷请他去访问,争先恐后地向他授予学位、学衔。他预言的十一种未知元素后来都一个个被人找到,乖乖地到他的周期表里排队站位去了。特别是后来找齐了的氦、氖、氩、氪、氙、氡,又给周期表增加了新的一族。元素世界一目了然,周期表真可谓天衣无缝了。它像一幅大地图,只要我们一展开,万里河山就尽收眼底。以后人们对化学的研究就全靠这幅指南图了。

元素周期律的发现,最典型地说明了实践产生理论,理论指导实践,并又进一步在实践中检验真理。各位读者已随着我们这本书从古代科学走入近代科学,现在大致可以看出一点儿科学发现轨迹。当人们对世界还一无所知时,便有如屈原、泰勒斯、毕达哥拉斯、德谟克里特这些先知从宏观的哲学的角度提出世界是什么。然后就是一批实验科学家一点一点儿去探寻,试想第谷观星、伽利略研究运动、戴维找元素、法拉第找电和磁,就如探险家深山探宝一样,没有任何目标,全靠辛苦去找。但是在实践一段后,各学科相继都产生了理论,并且在实验物理学家、化学家之后出现了理论物理学家、化学家,这就分别是开普勒的三定律、牛顿的万有引力、麦克斯韦的电磁理论和门捷列夫的元素周期律等等。有了这些理论的指导,科学家手里就有了一张“藏宝图”,以后的探宝活动就不那么盲目了。勒维烈坐在家里就推算出海王星,门捷列夫坐在家里就推算出十几个未知元素,然后再由天文台,由实验室一一证实,理论显示出多么强大的指导作用。

却说门捷列夫发现周期律后,当时有人真的以为他是在喝酒、玩牌就发现了周期律。有一天,彼得堡的一位小报记者上门采访说:“门捷列夫先生,您是不是承认您是一位天才?”

“什么是天才?终身努力,便成天才!”

“可是我听说您是在一个晚上做了一个梦,梦见您桌子上的牌变成一条蛇,这蛇又弯成几折,醒来后就制出了周期表。”

门捷列夫哈哈大笑,笑得胡子都在颤抖,答道:“您要知道,这个问题我大约想了有二十年,而您却以为坐着不动,五个戈比一行、五个戈比一行地写,就写出来了,事情哪有这样简单。”

门捷列夫本来就是学院里有名的教授,发现周期律后他更受学生的欢迎了,每天慕名来听课的人挤得连教室的走廊上也插不进一只脚。这天,像往常一样,门捷列夫又来上课,照样是满堂屏气凝神,鸦雀无声。一会儿讲课结束,学生们欢呼雀跃,掌声雷动。可是门捷列夫却将讲义合上,示意学生们静下来,走到讲台的前沿。他沉默了片刻,像要说什么,却又说不出,眼里含着愤怒,还闪着一点儿泪光,最后只说了一句:“对不起,同学们,这是我给大家上的最后一堂课。希望你们今后认真读书,各自珍重。再见!”

门捷列夫为何突然罢课,请听下回分解。