宇宙万物是由什么组成的

宇宙万物是由什么组成的？自古以来就一直是人们不倦探索的问题。古希腊人认为是水、土、火、气四种元素，古代中国人则相信金、木、水、火、土五种元素之说。到了近代，人们才渐渐明白：元素多种多样，决不止于四、五种。18世纪，科学家已探知的元素有30多种，如金、银、铁、氧、磷、硫等。到19世纪，人们发现的元素已达54种。人们自然会问，自然界到底有多少元素？元素之间有什么异同和存在什么内部联系？新的元素应该怎样去发现？对这些问题，当时的化学界正处在探索阶段。多年来，各国的化学家们为了打开这秘密的大门，进行了顽强的努力，但一直进展不大，直到俄国科学家伊万诺维奇·门捷列夫（P.I.Mendeleev）发现了元素周期律，才揭示了元素之间的内在联系。

曲折的人生，敏锐的洞察力

1834年，门捷列夫出生于俄国西伯利亚的托玻尔斯克市。他父亲是位中学校长，在他出生后不久，父亲双眼因患白内障而失明了，不仅没有经济收入还要花销医疗费，一家的生活全仗着他母亲经营一个小玻璃厂而维持着。他13岁时，父亲患肺结核而病逝。但意志坚强的母亲不管生活多么困难，仍然坚持送他上学。门捷列夫很快就表现出了出众的记忆力和数学才能，但对语文、尤其是拉丁语很讨厌，成绩不算很好。他特别喜爱大自然，曾同他的中学老师一起作长途旅行，搜集了不少岩石、花卉和昆虫标本。中学时，他的学习成绩有了明显的提高。中学毕业后，由于当地没有好的大学，他母亲变卖了工厂，经过2千多公里的艰难跋涉，把他送到了莫斯科，但莫斯科大学拒绝了他的入学要求。母亲又和他来到首都彼得堡，但他还是没有能够进入彼得堡大学。好不容易，门捷列夫考上了医学外科学校。然而，当他第一次看到尸体时，就晕了过去。这样他只好又改变志愿，在父亲同学的帮助下，进入了彼得堡中央师范学院。在安排妥当小儿子的前途之后，这位伟大的母亲就去世了。门捷列夫没有辜负母亲的厚望，他在大学里刻苦学习，最终以第一名的成绩完成了学业。

由于超负荷的学习，他的身体状况出了一些问题。大学毕业后，在医生的建议下，他只好离开气候恶劣的彼得堡，先后到过几个地方担任中学教师。在教师的岗位上他并没有放松自己的学习和研究。1857年初，他以突出的成绩获得了彼得堡大学副博士学位，当时他年仅22岁。

1859年，他去法国和德国读化学研究生。在那里，他和本生（Robert Wilhelm Bunsen，1811--1899）一起工作。在两年的学习里，他集中精力研究物理化学。他运用物理学的方法来观察化学过程，又根据物质的某些物理性质来研究它的化学结构，这就使他探索元素间内在联系的基础更宽阔和坚实。在求学期间，他有幸参加了在德国举行的第一届国际化学家会议[U1]。会上，各国化学家的发言给了门捷列夫很大启迪，他后来谈到，“我的周期律的决定性时刻在1860年，我参加卡尔斯鲁厄代表大会。在会上我聆听了意大利化学家康尼查罗（Cannizzaro，1826—1910）的演讲，正是他发现的原子量给我的工作以必要的参考材料，而正是当时，一种元素的性质随原子量递增而呈现周期性变化的基本思想冲击了我”。

天才的直觉，完美的预言

1861年，门捷列夫回到彼得堡。1864年1月1日，门捷列夫正式就任彼得堡大学副教授。1865年底，他在通过博士论文答辩后，被委任为彼得堡大学首席教授。

怎样才能讲好课？首先当然是需要有好的教材，而当时的教材非常陈旧，流行的教科书几乎都是大量关于元素和物质的零散资料的杂乱堆积，无法适应新的教学要求。年轻的门捷列夫教授开始尝试编写能够反映当代化学发展水平的化学教科书，当他编写有关化学元素及其化合物性质的章节时遇到了难题：当时化学界发现的化学元素已达63种，按照什么次序排列它们的位置呢？

为了寻找元素的科学分类方法，他不得不研究有关元素之间的内在联系。研究某一学科的历史，是把握其发展进程的最好方法。门捷列夫深刻地认识到了这一点，他迈进了图书馆，在数不尽的卷帙中逐一整理以往人们研究化学元素分类的原始资料，……。

他在对283种物质逐个进行分析测定的基础上，重新测定了一些元素的原子量，而且他对前人关于元素间规律性的探索工作进行了细致的分析。他先后研究了根据元素对氧和氢的关系所作的分类、根据元素电化序所作的分类、根据原子价所进行的分类，特别研究了根据元素的综合性质所进行的元素分类。有比较才有鉴别，有分析才能做好综合。在分析根据元素综合性质而进行的元素分类后，他坚信原子量是元素的基本特征，同时发现性质相似的元素，它们的原子量并不相近。相反一些性质不同的元素，它们的原子量反而相差较小。他紧紧抓住原子量与元素性质之间的关系作为突破口，反复测试和不断思索。

门捷列夫知道英国化学家纽兰兹（John Alexander Reina Newlands ，1837～1898)在3年前，曾在英国皇家学院的会议上宣读过关于元素按原子量大小排列的论文。纽兰兹把元素排列与钢琴上的八音键相比较，结果他发现：按排列顺序往下数，每第八个元素的性质与第一个元素的性质十分近似，这使他自己大吃一惊。人们在听到他称作“八音律”的关于元素排列表的想法后，都嘲笑他这是“无稽之谈”。化学教授福斯特（Forst ,1835-1919）甚至质问他：“您为什么不按元素的第一个字母的排列顺序去研究元素呢？真是异想天开，竟然想到化学元素与钢琴的键相比较！”[U2]经受不了打击的纽兰兹放弃了化学研究，他的“八音律”也逐渐被人们遗忘了。

机敏的门捷列夫没有陷入同样的泥坑。他用63张卡片写下所有已知元素的名称和最重要的性质，把它们钉在实验室的墙上。然后，他小心地反复核对这些卡片，找出性质类似的元素，再把它们归到一排钉到墙上……久而久之，一种引人注目的规律逐渐清晰地呈现在门捷列夫眼前。

门捷列夫把63种元素排成7组，用锂（原子量为7）开头，接着是铍（9）、硼（11）、碳（12）、氮（14）、氧（16）和氟（19）；下一组开头是钠（23），

这个元素的物理和化学性质都非常接近锂，所以他把钠排在锂下面。接着他又依序排了5个元素，在这一组最后排下的是氯，在氟的下面，而氯的性质又正好与氟很相似。按照类似的方法，他把其他元素一一排列下去时，他注意到有一种奇妙的秩序出现了：每个元素在这张表上似乎都有它们自己“恰当”的位置。例如：非常活泼金属锂、钠、钾、铷、铯都归到了一个组里；而极其活泼的非金属氟、氯、溴、碘又都出现在第七组里。看来，元素的性质“是它们原子量的周期性函数”，即：按原子量大小顺序排列所知道的元素，元素的化学性质呈周期性变化，每7个元素重复一次。

1869年2月，门捷列夫终于在化学元素符号的排列中，发现了元素具有周期性变化的规律。到了年底，门捷列夫在积累了关于元素化学组成和性质的足够材料之后，编成了他的第一张元素周期表。他提出的元素周期律的两大基本要点是：第一，元素按照原子量的大小排列后，呈现出明显的周期性，第二，原子量的大小决定元素的特征。

门捷列夫在发表周期表的同时，将它们的副本寄给了欧洲各国的同行，使他们及时地了解他的工作。其实，与门捷列夫同时，德国化学家迈耶尔也于1869年以元素原子体积的变化为依据，制出了一个元素周期表，所开列的元素数目虽然少一些，但揭示的规律性却与门捷列夫相似。

不同的是，门捷列夫具有更非凡的胆量。他认为，不应该死板地把已知的所有63种元素一个接一个地排下去，这样一切将显得毫无秩序。当元素不适合表中的位置时，就像玩单人纸牌游戏一样，门捷列夫意识到，也许没有把所有的牌拿到手中——有些牌可能仍然在牌盒里。所以，如果有一个空缺需要具有某种特性的元素来填充（但无人知道这样的元素），他就在元素表中留一个空缺——它们还在纸牌盒里有待发现呢。如他认为在钙和钛之间“这里应该有一缺位元素，在以后发现它时，它的原子量比钛小，排在钛之前”。由于空位出现在硼的下面，所以这个暂时没有发现的元素，其性质一定类似于硼，因此他把预言中的元素取名为“类硼”。他还预言了“类铝”和“类硅”元素。像所有新生事物一样，门捷列夫周期表一开始也遭遇了怀疑和嘲笑，他的导师、被誉为“俄罗斯化学之父”的齐宁甚至训斥他：“到了干正事、在化学方面做些工作的时候了！”许多人都认为他是疯子，甚至有人轻蔑地把他当成俄国巫师。

1875年，法国化学家布瓦博德朗（Boisbaudran，1838—1912）在分析闪锌矿时，意外地发现了两条从未见过的紫色谱线，他肯定这是一种新的元素产生的。接着，他制得了纯净的这种新元素单质，这种物质最吸引人的地方是，你把这种金属放在手中，它就会自动熔化为液体，它的熔点仅有29.8℃。他在法国科学院《科学报告集》上公布了自己的新发现，并给出了有关这种新元素的性质。可是不久，他就收到了一封来自彼得堡的信，署名是门捷列夫。门捷列夫在信中以非常肯定的语气指出了布瓦博德朗关于新元素“类铝”性质测定的不准确性，尤其是比重（密度），不应是4.7，而应该在5.9到6.0之间。当时布瓦博德朗很疑惑，他明知自己是世界上唯一拥有这种元素单质的人，门捷列夫怎么会知道这种后来被称之为“镓”的元素的比重呢？布瓦博德朗并不相信门捷列夫的指正，但他非常谦虚谨慎。他重新仔细地做了一遍比重实验，结果确定是5.94，与门捷列夫1869年的预言完全一致。