高中化学 元素周期律的发现

元素周期律的发现

对元素周期律的发现众说纷纭，莫衷一是。在我国也曾经是如此。如有人说是门捷列夫连续三天三夜没睡觉后在梦中发现的，一些教科书、通俗读物中说周期律是在玩纸牌时偶然发现的，周期律的发现显得那么随机、偶然。还有的认为门捷列夫一开始就按原子量大小排列从而得出周期律，周期律的发现轻而易举，那样既定、必然。

然而，参与门捷列夫手稿遗产研究的苏联科学哲学家凯德洛夫博士在《伟大发现的一天》中谈到：“可能而且实际上是发生在一天之内：须知发现的开始（影印件Ⅰ，Ⅱ即表１．２）到发现的完成（影印件Ⅲ，Ⅴ即表３、４）都已注明了是同一天１８６９年２月１７日”。

２月１７日早，门捷列夫正在为他所编的《化学原理》一书在碱金属之后讲哪族元素的问题苦恼。这时他收到了“自由经济协会”秘书的来信，于是他在信的空白处写下了他正在思考的问题，对不相似的两族元素（Ａ族和类Ｚｎ族）的原子量进行了计算，这就是凯德洛夫所指的表１。然后他另取一纸，从卤素开始，按原子量递减顺序，将氧、氮、碳族编成一张表，共计元素３１（为已知元素的１／２），这就是表２中的上表。各元素族的原子量已最大限度靠近了。随后，又把元素扩大到４２，制成表２中的下表。这时已将竖列改为横排，接近了元素周期律的发现了。那么，如何把已知的６１个元素按前面原则类似地排列成一个总表──即元素周期表的问题就明显地摆在了门捷列夫面前。为了准确、方便、迅速，门捷列夫就采用了元素卡片，在其上面写下了化学元素符合、原子价、分布情况、化合物形态等，然后进行分类排列，这就是人们说的“化学牌阵”。表就是记载“化学牌阵”的结果，这就是从上到下按原子量递减顺序排列的完整的元素表草稿，难怪也有人以此为证说元素周期表是玩“化学牌阵”的结果。表４就是表３的加工，按元素原子量递增顺序排列，加上《依据元素的原子量和化学性质相似的元素体系尝试试验》题目，于２月１７日交付排印，３月１日向世界各国宣告化学元素周期律的发现。

这就是化学史上建立勋业的一天，伟大发现的一天。

门捷列夫周期表的发现是在１８６９年２月１７日。从着手到结束总共一天，这日子是或然的。从门捷列夫当时的思维状况，他也是从思考《化学原理》的编排转向元素性质间联系的，这是突然的；甚至连用化学牌阵方法来进行元素周期表的工作也是这天偶然做的。因此，许多人认为门捷列夫的发现纯属巧遇、运气所至。但是，事实上，无论从宏观──时代的造就，还是微观──个人的努力，都可以说明这些因素造成的必然结果就是元素周期律的发现。伟大发现的一天的偶然性、突发性、或然性，只是这些必然性的表面而已。

１９世纪中叶，整个自然科学已由收集材料到了整理、概括材料时期，科学史上的三大发现已使化学的相邻学科由经验科学成为理论科学。化学也有待于从纯经验性科学过渡到理论科学。这时，化学元素不断发现，元素性质相继被测定。

原子－分子说已有了确定的地位，原子量概念的确定与推广为元素体系的成立奠定了基石。前门捷列夫时期的发现就是元素周期律的发现的“前夜”。

从门捷列夫个人奋斗的历史看，他的成功也决非偶然。

１８３４年２月７日，门捷列夫出生在俄国西伯利亚的托波尔斯克市。他父亲是一名中学校长。门捷列夫自幼喜好数学、物理、历史等，热爱大自然，收集过不少岩石、花卉和昆虫标本。他从他姐夫──一名政治流亡者那里学到了最初的科学知识。１８４７年，他父亲病逝，意志坚强的母亲决心一定要让门捷列夫象他父亲一样接受高等教育，并为此付出一半的辛劳。后经多方努力，门捷列夫和母亲从边远的西伯利亚来到莫斯科，终于在亡父的母校──彼得堡高等师范学校物理数学系学习。

不久，他母亲带着对他的祝福与世长辞。门捷列夫为了不辜负母亲的厚望而发奋学习。在大学期间，他就有多方面的兴趣，物理、数学、技术、经济学、哲学和艺术。并为此常常和同学们进行争论，这些兴趣和爱好发展了门捷列夫的想象力，使他善于吸取人家的长处。这为他复盖前门捷列夫周期表的所有优势，能够在开始研究单独族的时候，在自己的想象中把握他所追求的总体──所有族。即把平常的摆牌阵与编制表格的任务之间作类比，就是他丰富想象力的结果。他受教于“俄罗斯化学之祖”伏斯克利斯基教授，物理学家楞次

（Lenz.H.F.E.1804-1865）院士以及一些著名的数学家、矿物学家、动物学家、天文学家之下，使得他有良好的理论基础，广博的知识面，严谨的科学作风以及敢于提出和解决新问题的勇敢于胆略。

他的获金质奖的毕业论文《论结晶现象与结晶形态及其组成的其它关系》就已把不同元素比较联系起来了。大学毕业后，他留在彼得堡大学任教，被破格任命为讲师，那时他才２２岁。１８６５年，该校授予他科学博士学位，且聘为化学教授。

在工作后，门捷列夫没有参与热门的化学成分研究工作，而是去探索化学中的“哲学原理”，去寻找化合物中的内在联系。他曾说过：“我在那时求学时代，已经感到有一种把元素的原子量与其特征联系起来的广泛概括。”他在研究了前人元素分类法之后，对自己的工作目的曾这样写道：“在相似元素的对比中，依我看，包含着一个能使我的体系有别于我的先行者的体系的基本特征。除了少数例外的情况，我与我的先行者一样，也采纳了那些相似元素的族，但我的目的是要研究这些族的相互关系中的规律性。这样我得出上述的一般原则，这个原则适用于所有元素并能包括过去所发表的同属，并且还能产生过去不可能产生的后果。”可见他的科学信念如此坚定，目的如此明确。门捷列夫对那些认为他的发现是偶然而得，视为运气所至的提法也很恼火，他曾回答一个记者的问题时说：“这个问题我大致考虑了２０年，而您却认为：坐着不动，５个戈比一行，５个戈比一行地写着，突然就成了！事情并不是这样！”

门捷列夫周期表的出现在１９世纪末叶，没有那么一个历史环境，时代背景，即使出现了门捷列夫这个人也不会出现门捷列夫周期律，或者就只会再有一个元素的分类而已，自然界普遍联系的规律发现就得再拖延下去。再则，如果门捷列

夫这样认识的主体没有几十年的研究工作，没有预感到元素原子量与其属性有一种联系，那么即使列出了一些元素的原子量，也会对周期律的出现视而不见，有机不遇的。这两方面造就了伟大发现的一天，这一天不是门捷列夫对机遇盼望或猜想的结果，因为在其后面是一条扎扎实实的漫长的、艰巨的研究之路，知识和观念是这条道路的铺路石，它们在量上的积累才产生了２月１７日这飞跃的一天。

那么由此是不浊完全否认了２月１７日所发生的那些或然、偶然的东西呢？根据２月１７日这天门捷列夫的活动情况和思想线路看远非如此。在表３完成以后，门捷列夫可能疲倦地休息了一会，在梦中探索如何更简便地表示已经发现的规律，于是才对草表４的不规则处作了更改。这梦中的创造性思维，对表４的完成，对元素的原子量随性质递变的规律阐述，无疑也起了不可忽视的作用，完成表２以后，，突然联想到用化学牌阵的方法，寻求到了那些研究甚少而又难于安排的元素的位置，把他前面所得的规律推广到所有已知元素上，从而完成了周期表的雏形表３。

“牌阵”方法对他完成元素体系起了重大作用。这些偶然因素，在科学发现的既定方向上起了重大作用。如果仍然坚持“偶然性是科学的敌人”，那显然是错误的。“被断定为必然的东西，是纯粹的偶然性构成的”，这在门氏周期律的发现中得以证明。

门捷列夫周期律的发现是偶然性与必然性巧妙、有机结合在一起的结晶。

门捷列夫是一个作出重大贡献的化学家，但到了晚年他从革新转入保守。他经历了科学的原子－分子学说在１９世纪确立的过程，道尔顿的一些基本观念牢固地印在他的思想中。而对电子和放射性已被发现的客观事实，他在１９０２年发表的不册子《从化学观点来了解世界的尝试》中，仍否认电子的存在和原子的复杂性，拒不接受元素可以衰变、原子可分等新观念。并强调“关于元素不能转化的观念特别重要”，“是整个世界观的基础”，是元素周期律得以成立的前提。直到他去世前一年（１９０６年），还在他的著作《化学原理》最后一版中，表示了对元素可变这些新观点的怀疑。但事实上正是以电子的发现、原子的可分性和元素转化的可能性为根据发展起来的原子结构学说，才是现代周期律的真实基础，本章第四节和最后一节我们将阐明这一点。