高荣伟

为纪念俄国化学家德米特里·门捷列夫发明的元素周期表诞生150周年，联合国大会宣布2019年是“国际化学元素周期表年”（IYPT 2019）。是的，念初中时那张你怎么也背不下来的经典化学元素周期表今年已经150岁啦！

那么，你知道吗，当年，门捷列夫是怎么发现和制作出世界上第一张元素周期表的？他是否是像有些人所言，在梦中发现了元素周期表的？抑或是，门老先生坐在实验室里，经过了一阵苦思冥想，于是向全世界宣告：“俺发现了化学元素根据原子量的大小而呈周期性变化的规律”？

事实上，任何科学真理的发现，都不会是一帆风顺的。门捷列夫生活在化学界探索元素规律艰苦卓绝的时期，他在探索化学元素变化的内在联系规律方面，同样经历了艰辛的探索。

德米特里·门捷列夫，1834年2月7日出生于俄国西伯利亚的托博尔斯克。他出生不久，父亲就因双目失明出外就医，失去了得以维持家人生活的教员职位。然而，祸不单行。门捷列夫14岁那年父亲去世，接着火灾又吞没了他家中的所有财产。1850年，家境困顿的门捷列夫藉着微薄的助学金，进入彼得堡师范学院学习化学。1857年，门捷列夫担任彼得堡大学化学系副教授。

当时，各国化学家都在探索已知的几十种化学元素的内在联系规律。虽然现代化学早就诞生，但那个时代没有权威的化学教科书，人们对于元素的认识支离破碎，原子量的精确测量更是难题，这些问题都限制了人们对于元素整体关系的探索。

作为化学老师，门捷列夫也以惊人的洞察力，毫无畏惧地投入到了这个领域。门捷列夫担任化学副教授以后，负责讲授《化学基础》课。在课堂上，老师应该讲明：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？然而，在理论化学里，这些问题尚处在探索阶段。攀登科学高峰的路，注定是一条艰苦而又曲折的路。门捷列夫立志当一名好老师。

年轻的门捷列夫在探索元素周期律这条路上，吃尽了苦头。门捷列夫穿着简单随便。对于衣服的式样，他毫不在乎地说：“我的心思在周期表上，不在衣服上。”据说，这位个子魁伟，留着长发，有着碧蓝的眼珠、挺直的鼻子、宽广的前额的化学家，总是穿着自己设计的似乎有点古怪的衣服。即使是沙皇想接见他，他也事先声明——平时穿什么，接见时就穿什么。他的上衣的口袋特别大，据说那是便于放下厚厚的笔记本——他一想到什么，总是习惯地立即从衣袋里掏出笔记本，把它顺手记下。 为了科研，他的头发常常是乱蓬蓬的。那时，男人们流行戴假发，对此，门捷列夫总是摇着头说：“我喜欢我的真头发。”

多年来，各国的化学家们为了打开化学元素秘密的大门，进行了顽强的努力。1865年，英国化学家纽兰兹把当时已知的元素按原子量大小的顺序进行排列，发现无论从哪一个元素算起，每到第八个元素就和第一个元素的性质相近，这很像音乐上的八度音循环，因此，他干脆把元素的这种周期性叫做“八音律”，并据此画出了标示元素关系的“八音律”表。

显然，纽兰兹已经摸到了“真理女神”的裙角。

不过，纽兰兹的“八音律”在英国化学学会上受到了嘲弄，主持人以不无讥讽的口吻问道：“你为什么不按元素的字母顺序排列？”

而门捷列夫也不分昼夜地研究着，他探求元素的化学特性和它们的一般的原子特性，然后将每个元素记在一张小纸卡上。他企图在元素全部复杂的特性里，捕捉元素的共同性。但他的研究，一次又一次地失败了。可他不灰心，不气馁，顽强地干下去。为了彻底弄明白这些问题，他又走出实验室，开始出外考察和整理收集资料。

1859年，他去德国海德尔堡进行科学深造。两年中，他集中精力研究了物理化学，使他探索元素间内在联系的基础更扎实了。1860年9月，第一届国际化学大会在德国卡尔斯鲁厄举行。来自许多国家的化学精英们出席了大会，并就化学界的一些前沿问题进行了激烈的讨论，年轻的门捷列夫不仅参加了这次大会，而且多次与他们就元素周期律问题，进行切磋探讨。

会议结束时，意大利药剂师卡尼扎罗向与会者分发了一份关于元素原子重量的决定性文件。卡尼扎罗提出的原子量清单，是当时已知最为准确的原子量清单，这份清单令门捷列夫的心里亮堂了许多。1862年，他对巴库油田进行了考察，对液体进行了深入研究，重测了一些元素的原子量，使他对元素的特性有了深刻的了解。

此后，门捷列夫花了几年功夫潜心研究和收集元素数据，并把每个元素的原子量以及相关信息分别写在他的小纸卡上。捷列夫把元素卡片进行系统地整理。很快，一副由63张牌组成的“扑克牌”问世了。门捷列夫的家人看到一向珍惜时间的教授突然热衷于“纸牌”感到奇怪。尽管如此，门捷列夫依然旁若无人，每天手拿纸牌，收起、摆开，再收起、再摆开，皱着眉头地“玩”个不停……

日复一日，年复一年，门捷列夫一直摆弄着他的“扑克牌”。有一次，他接连摆弄了三天，甚至于对前来拜访的老朋友都不屑一顾。

1869年2月17日，是门捷列夫版化学元素周期表的诞生日。这一天，他又坐到桌前摆弄起“纸牌”来了。“纸牌”上面写着当时已知的化学元素的主要性质和原子量。他进行反复排列比较。摆着，摆着，门捷列夫像触电似的站了起来：他看到了此前从来没有出现过的现象，每一行元素的性质都是按照原子量的增大而从上到下地逐渐变化着。

门捷列夫激动得双手不断颤抖着，他喃喃地说道：“这不是意味着，元素的性質与它们的原子量有关系吗？”

门捷列夫兴奋地在室内踱着步子，然后，迅速地从上衣口袋里掏出笔记本，在上面写道：“根据元素原子量及其化学性质的近似性试排元素表。”

一个月后，俄罗斯化学会收到了门捷列夫的一份科学报告，题目就是《元素的性质与其原子量的关系》。这一发现最终被刊发在俄国化学会会刊的第一卷上。他的周期律说明：简单物体的性质，以及元素化合物的形式和性质，都和元素原子量的大小有周期性的依赖关系。

门捷列夫根据元素周期律编制了第一个元素周期表，把已经发现的63种元素全部列入表里，从而初步完成了使元素系统化的任务。门捷列夫的高明之处，还在于他在“元素帝国大厦”中为未知元素预留了“房间”。在门捷列夫编制的周期表中，他留有很多空格，这些空格是为尚未发现的元素准备的。这位学者认为在未来，由于现代仪器的出现，人们将发现更多新型元素，这些新元素的出现可以填补元素周期表的空白。

门捷列夫从理论上计算出这些尚未发现的元素的最重要性质，断定它们介于邻近元素的性质之间。例如，在锌与砷之间的两个空格中，他预言这两个未知元素的性质分别为类铝和类硅。就在他预言后的4年，法国化学家布阿勃朗用光谱分析法，从门锌矿中发现了镓。实验证明，镓的性质非常像铝，也就是门捷列夫预言的类铝。此后，他的预言都得到了证实。1875年，法国化学家布瓦博德兰从闪锌矿中发现了镓元素，元素符号定为Ga，中文名为“镓”。若干年之后，发现钪和锗的喜讯也相继传来。1879年，瑞典化学家尼尔森从镱土中发现了钪元素;1886年，德国化学家文克勒从硫银锗矿中发现了锗元素。并且，钪和锗的理化性质都与门捷列夫的预测相一致，从而为门捷列夫周期律的科学性提供了有力的证据。

门捷列夫工作的成功，引起了科学界的震动。人们为了纪念他的功绩，就把元素周期律和周期表称为门捷列夫元素周期律和门捷列夫元素周期表。恩格斯在《自然辩证法》一书中曾经指出。“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学上的一个勋业，这个勋业可以和勒维烈计算尚未知道的行星海王星的轨道的勋业居于同等地位。”

门捷列夫的周期表奠定了现代元素周期表的基础。对于元素周期表的研究，门捷列夫不是第一人，也不是最后一人。元素周期表的演进，凝聚了一代又一代科学家的智慧。150年来，周期表已经在科学、技术、社会三个维度上发挥了重要作用。有学者断言，如果有一天，人类要与宇宙中其他文明进行对话，那张漂亮别致的周期表也许就是地球文明的一个“标签”。