理论教育 极简化学史:揭开无机化学世界的迷雾

极简化学史:揭开无机化学世界的迷雾

时间:2023-10-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:无机化学课程跟有机化学课一样,也没有俄文版的无机化学教科书。不,应该说,门捷列夫熟知无机化学胜过有机化学。可是,无机化学却像团乱麻,毫无头绪:当时,已经知道60来种化学元素。其实,讲课杂乱无章,是由于人们对自然界的认识还不够所造成的。普劳特的见解,可以说已经揭开了笼罩着无机化学世界的迷雾,然而在当时看来却是几乎不能理解的了。德贝莱纳的这一发现,使化学家们开始注意研究元素和原子量之间的关系。

极简化学史:揭开无机化学世界的迷雾

门捷列夫非常热心于教育事业。他认为,国家要兴旺发达,首先必须重视培养科学人才。门捷列夫说过这样的话:“如果俄罗斯希望避免‘落后者的痛苦’,如果她想独立地向前发展的话,那么她首先应该及早注意使她本国产生自己的柏拉图牛顿!”门捷列夫很希望在他的学生之中,出现柏拉图,出现牛顿。

无机化学课程有机化学课一样,也没有俄文版的无机化学教科书。门捷列夫为了教好这门课程,开始着手写一本无机化学教科书。

然而,无机化学教科书却不像有机化学教科书那样容易写。门捷列夫只花了两个月时间,就写出《有机化学》,而门捷列夫着手写《无机化学》,却无从下笔!

是门捷列夫不懂无机化学吗?不,应该说,门捷列夫熟知无机化学胜过有机化学。无机化学与有机化学有很大的区别:所谓有机化合物,就是指含碳这种化学元素的化合物[6],而无机化合物是指除了碳之外的所有元素。世界上除了碳之外的各种元素形成的化合物,总共约5万多种,而碳的化合物——有机化合物却有300多万种!

写《有机化学》时,门捷列夫觉得按照各种碳的化合物分门别类地写,写得有条有理。可是,无机化学却像团乱麻,毫无头绪:当时,已经知道60来种化学元素。这些化学元素之间,有什么关系?按照怎样的系统,才能写好无机化学教科书?

门捷列夫早在八年前——1857年,当他初任彼得堡大学副教授时,就教过无机化学。当时,他就觉得这门课杂乱无章。其实,讲课杂乱无章,是由于人们对自然界的认识还不够所造成的。从那时起,门捷列夫就思索这一系列问题:难道氧就是氧,氮就是氮,它们之间毫无联系?难道无机世界就是这么杂乱无章?什么是化学元素间的根本规律?其实,这些问题很早就引起化学家们注意。早在门捷列夫之前,很多化学家开始探索化学元素之间的规律。

法国化学家拉瓦锡,也是化学史上的一位巨匠。他早在1789年,就着手把化学元素分类。可是,当时人们只知道33种化学元素(其中还包括一些根本不是化学元素的“热”“光”之类)[7]

拉瓦锡把这33种元素分成4类,列成一张表格——气体、金属、非金属、土质4类。

可是,这样的分类,并没有揭示事物的本质。

1815年,英国19岁的青年医生普劳特,提出一个非常大胆的观点。他认为世界上所有的元素,都是由原子构成的。这就是他的“氢原子构成论”[8]。每种化学元素不同,只不过由于原子中所含的氢原子多少不同罢了。普劳特的见解,可以说已经揭开了笼罩着无机化学世界的迷雾,然而在当时看来却是几乎不能理解的了。化学界的权威们纷纷责问普劳特:你说所有元素的原子量是由氢原子组成的,氢原子的原子量是1,为什么许多元素的原子量不是整数?比如,氯的原子量是35.5,难道它的原子是由35个半氢原子组成的?

在当时,普劳特无法解释。所以,这种可贵的新观点也就被埋没了,无人注意。

到了1829年,人们已经发现了54种化学元素。德国化学家德贝莱纳把其中的15个元素,按照3个元素一组,分成5组:

锂 Li 钙Ca 磷P 硫S 氯Cl

钠Na 锶 Sr 砷As 硒Se 溴Br

钾K 钡Ba 锑Sb 碲 Te 碘I(www.daowen.com)

他发现,每3种元素的化学性质都很相似,称为“3素组”。

德贝莱纳还发现了一件耐人寻味的事情——就拿锂、钠、钾这个“3素组”来说吧,锂的原子量是7,钾的原子量是39,如果把锂和钾的原子量加起来除以2:

(7+39)÷2=23

很有趣,钠的原子量正好是23!

也就是说,在“3素组”里,第一个元素和第三个元素的原子量之和的平均数,正好等于第二个元素的原子量。

德贝莱纳的这一发现,使化学家们开始注意研究元素和原子量之间的关系。

不过,德贝莱纳的“3素组”只包括15个元素,而其余的化学元素无法归纳进去,那该怎么办呢?

1826年,法国地质学家尚古多把各种化学元素按照原子量的大小,排列起来,很有意思,尚古多做了一个圆柱体,在上面画了一根螺纹似的螺旋线,把化学元素按照原子量的大小从下向上写在螺旋线上,发现性质相似的元素都在同一垂线上。

紧接着,在1864年,德国化学家迈耶尔在讲授无机化学课程时,为了使学生们容易理解,在布雷斯劳大学的化学教室里,挂出了他的“6元素”表。这“6元素”表比德贝莱纳的“3元素”进了一步,每组元素从3个增加到6个,排列的顺序也是按照原子量的大小排列的。迈耶尔把这张“6元素”表,写进了他的著作《现代化学》。

过了两年,英国化学家纽兰兹又进了一步,把“6元素”扩大成8个元素一组,称这为“8音律”。纽兰兹把化学元素按原子量大小排列起来,发现第一个元素与第九个元素性质相似,第二个元素与第十个元素性质相似……也就是说,每隔8个元素,就出现性质相似的元素,这就是8音律的基本内容。

然而,当纽兰兹在英国化学学会上宣读了自己的论文以后,却遭到了冷嘲热讽。

英国化学学会会长福斯特教授挖苦纽兰兹道:“你怎么不按元素的字母顺序排列呢?那也会获得相同的结果呢!”

纽兰兹的发现,已经逼近真理了,然而,在那班庸人的眼里却被视为怪物。英国化学学会拒绝发表他的论文!

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