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自學(xué)成才，道爾頓成了近代化學(xué)之父。各種學(xué)說、定律，原子論的種子長(zhǎng)出幼芽。門捷列夫的周期律與“偉大的一天”，稀土元素被紛紛發(fā)現(xiàn)。預(yù)言變現(xiàn)實(shí)，非一日之功。 且說人們?cè)诜治鑫镔|(zhì)的性質(zhì)時(shí)，總是先看表象，然后再接觸到它的內(nèi)部。我們平常所接觸到的物質(zhì)，大多是混合物；人類一分鐘也離不開的空氣，便是氧氣、碳酸氣、氮?dú)庖约跋∮袣怏w組成的混合物，人類賴以生存的水，便是氫和氧以及鈣、鎂、鐵等元素所組成的混合物。 如果我們用化學(xué)方法將這些混合物分離，便可以得到稱為單質(zhì)或化合物的純凈物了。如食鹽是由鈉和氯所組成的化合物；水是由氫和氧組成的化合物。但是，組成氯化鈉的氯和鈉，組成水的氫和氧，是否還由更小的質(zhì)點(diǎn)所組成呢？ 這就引起了一場(chǎng)爭(zhēng)論：物質(zhì)到底是連續(xù)的，還是不連續(xù)的？也就是說組成物質(zhì)的微粒是有窮的，還是無窮的？ 約在公元前460年，希臘哲學(xué)家德謨克利特就提出：任何一種東西，不管看起來多么均勻，總是由大量很小的微粒組成的。這種很小的微粒就是原子（英文為atom從希臘語atoms來的），意思是不可分割的。這種觀點(diǎn)當(dāng)時(shí)遭到柏拉圖和亞里斯多德的反對(duì)。到了公元1650年，意大利科學(xué)家伽桑狄重新提出，并得到牛頓的支持。 1800年以前，物質(zhì)的微粒觀念大體上建立在推測(cè)與直覺的基礎(chǔ)之上。人們一方面看到物質(zhì)處于永恒的變化狀態(tài)；另一方面又不可動(dòng)搖地相信實(shí)物是永恒存在的。它缺乏科學(xué)理論的基本特征，也沒有嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)支持和驗(yàn)證，多少有點(diǎn)屬于臆測(cè)。 17、18世紀(jì)，原子論所以再度興起，是由于對(duì)空氣和真空所作的實(shí)驗(yàn)，以及工業(yè)革命中對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的研究，人們對(duì)物質(zhì)構(gòu)造的見解又進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)期。 且說科學(xué)大師拉瓦錫奠定了化學(xué)元素學(xué)說，但沒有專門探討原子論問題。而他的同代人，愛爾蘭化學(xué)家希金斯經(jīng)過多年研究，于1789年在他的一本著述中，闡述了自己的原子概念。他提出，元素的終極粒子具有一定的重量，在成為化合物時(shí)仍保持不變。因此他差不多推出了定比定律和倍比定律（前章已述）了。遺憾的是，他沒有及時(shí)用分析實(shí)驗(yàn)來確證自己的設(shè)想，也沒有求出各種原子的相對(duì)重量。所以只能把他看成是化學(xué)原子論的先驅(qū)。 到了1808年，一位英國(guó)中學(xué)教師道爾頓以非凡的科學(xué)洞察力對(duì)當(dāng)時(shí)知名的幾條化學(xué)定律提出解釋，這就是后來為人們所熟知的原子論。 道爾頓1766年9月6日生于英國(guó)的昆伯蘭城。父親是位農(nóng)民，后來當(dāng)過紡織工人，家境清貧。道爾頓小時(shí)沒受過正規(guī)的教育，他的學(xué)問主要靠自學(xué)得來。道爾頓從15歲起當(dāng)助理教師，后來當(dāng)中學(xué)校長(zhǎng)，在教學(xué)的余暇，進(jìn)行科學(xué)研究。 道爾頓沉默寡言，好學(xué)不倦。他從不輕易相信書本上講的知識(shí)，而是抱懷疑的態(tài)度審視，經(jīng)過獨(dú)立思考或做了實(shí)驗(yàn)之后，這才加以吸收。 道爾頓很窮，沒錢買儀器，他常常自己動(dòng)手，用便宜易得的材料，制造各種精巧的土儀器。 道爾頓在科學(xué)上很有恒心，持之以恒。他對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)是巨大的，是多方面的。 物理學(xué)上，他發(fā)現(xiàn)混和氣體的總壓力等于各種氣體分壓之和，被稱為“道爾頓分壓定律”。這是物理上的事件，就不多敘。化學(xué)上，1803年發(fā)現(xiàn)了“倍比定律”，前回已敘，從略。 卻說道爾頓的原子學(xué)說。由道爾頓引進(jìn)的原子學(xué)說是科學(xué)發(fā)展史上最重要的里程碑之一。盡管物質(zhì)由原子組成的假說由來已久，但只有道爾頓才使這個(gè)概念成為現(xiàn)實(shí)的、有用的假說。 道爾頓的原子學(xué)說主要內(nèi)容如下： 元素（單質(zhì)）的最終粒子稱為簡(jiǎn)單原子，它們極其微小，是看不見的；是既不能創(chuàng)造，也不能毀滅和不可再分割的。它們?cè)谝磺谢瘜W(xué)變化中保持其本性不變。 同一種元素的原子，其形狀、質(zhì)量及各種性質(zhì)都是相同的，不同元素的原子在形狀、質(zhì)量及各種性質(zhì)上則各不相同。每一種元素以其原子的質(zhì)量為最基本的特征。 不同元素的原子以簡(jiǎn)單數(shù)目的比例相結(jié)合，形成了化學(xué)中的化合現(xiàn)象。化合物的原子稱為復(fù)雜原子。復(fù)雜原子的質(zhì)量為所含各種元素原子質(zhì)量之總和。同一化合物的復(fù)雜原子，其組成、形狀、質(zhì)量和性質(zhì)也必然相同。 道爾頓的原子說“一眼看去，并不顯眼”，似乎平庸無奇。但在19世紀(jì)初，可謂具有劃時(shí)代的意義。 道爾頓還設(shè)計(jì)了一整套符號(hào)來表示他的理論。道爾頓認(rèn)為原子是球狀，所以他設(shè)計(jì)的原子符號(hào)都是一些圓圈，圖上還有各種線、點(diǎn)和字母，用來表現(xiàn)不同的原子。這些符號(hào)起到了一個(gè)原子模型作用，現(xiàn)在通常把它們稱之為道爾頓球式原子模型。 在道爾頓進(jìn)行原子研究的同時(shí)，人們已經(jīng)知道水是唯一的氫和氧的化合物。道爾頓認(rèn)為它是二元化合物（HO），從現(xiàn)在來看，道爾頓明顯是錯(cuò)了。但是道爾頓利用拉瓦錫的有關(guān)水中氧和氫的分析結(jié)果，初步指定氧的原子量為7，雖不太精確，但指明了一個(gè)方向，明確了一個(gè)開端。 再說道爾頓1808年的著述《化學(xué)哲學(xué)新體系》一書。這本書是研究大氣、混合氣體、液體和固體的性質(zhì)而討論熱的學(xué)說的。只是在最后一章介紹了化學(xué)原子論的基本原理。他把復(fù)雜原子依次分類如下： 1個(gè)A原子＋1個(gè)B原子＝C原子，C為二元化合物 1個(gè)A原子＋2個(gè)B原子＝D原子，D為三元化合物 2個(gè)A原子＋1個(gè)B原子＝E原子，E為三元化合物 1個(gè)A原子＋3個(gè)B原子＝F原子，F(xiàn)為四元化合物 上述道爾頓確定化合物組成的原則過于武斷和隨意，缺乏實(shí)驗(yàn)依據(jù)，因此很多化合物的原子組成被弄錯(cuò)了。讀者不必當(dāng)真，一笑置之，知道有此事罷了。 綜觀化學(xué)發(fā)展史，可以斷言，近代原子學(xué)說創(chuàng)始人的榮譽(yù)非道爾頓莫屬。難怪恩格斯對(duì)道爾頓在化學(xué)發(fā)展中的作用這樣評(píng)價(jià)：“化學(xué)中的新時(shí)代是隨著原子論開始的?！?br> 道爾頓對(duì)他發(fā)現(xiàn)的倍比定律和確定原子質(zhì)量最初并沒引起足夠的重視，是著名英國(guó)化學(xué)家湯姆遜在他的著作中，把道爾頓的學(xué)說介紹給其他科學(xué)家，使道爾頓的研究成果為人們所熟知。 但是科學(xué)家們對(duì)道爾頓的某些論點(diǎn)，特別是有關(guān)化合物組成持懷疑態(tài)度，因此有一段時(shí)間他們貶低道爾頓的功績(jī)，并把一切功績(jī)歸之于他人。 最終，道爾頓的原子學(xué)說還是被人們廣泛傳播，為日后應(yīng)用原子理論打下了基礎(chǔ)。一位當(dāng)代化學(xué)家說：“道爾頓的原子論雖然沒有證明原子的存在，但繼承和發(fā)展了古代的原子論?！谢瘜W(xué)理論中，最為主要的是原子學(xué)說?！?br> 且說19世紀(jì)初的化學(xué)，是在氧學(xué)說和化學(xué)原子論的基礎(chǔ)上全面改造的時(shí)期。這一點(diǎn)反映到實(shí)驗(yàn)研究上，對(duì)未來化學(xué)發(fā)展有著重要的意義。 意大利著名物理學(xué)家伏特發(fā)現(xiàn)了電流；他的同胞伽法尼觀察到了動(dòng)物電；在英國(guó)解剖學(xué)家卡萊齊偶然從一點(diǎn)小事中注意電流能分解水，等等。所有這些為電化學(xué)以及物理化學(xué)的發(fā)展開辟了道路。 英國(guó)化學(xué)家戴維是19世紀(jì)初最杰出的化學(xué)家之一。他家境清貧，自幼沒受過正規(guī)教育，也是靠自學(xué)成才。他最初是以首次發(fā)現(xiàn)一氧化二氮（笑氣）對(duì)人體的麻醉作用而馳名。他是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，獲得了許多科學(xué)獎(jiǎng)?wù)隆?br> 戴維的實(shí)驗(yàn)是電解水。通過對(duì)氫、氧兩種元素的研究，他得出氫的體積比氧的多一倍。1805年戴維開始電解苛性堿，最初他試圖從堿中電解出金屬來，一次次都失敗了，但他始終沒有失去信心。一次偶然中，他取了一小塊干燥的苛性鉀，發(fā)現(xiàn)只在很短的時(shí)間內(nèi)就受到潮濕空氣的作用，于是戴維將苛性鉀放到電極中間，通上電流，用此方法第一次制出了金屬鉀。當(dāng)看到水銀般可愛的鉀球穿開苛性鉀的表層，接觸到空氣引起一閃一閃的火花時(shí)，戴維興奮地手舞足蹈，在屋里跳了起來。隨后戴維又用同樣的方法制取了金屬鈉。 戴維是電化學(xué)創(chuàng)始人之一。通過截維的實(shí)驗(yàn)和理論研究，物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)與電狀況開始有了直接的聯(lián)系。 19世紀(jì)初葉，人們已經(jīng)接受了道爾頓關(guān)于組成物質(zhì)的最小質(zhì)點(diǎn)是原子的觀點(diǎn)，因此原子成了時(shí)髦的東西。但原子是個(gè)什么樣子，它到底有多大，有多重，誰也說不清楚。 當(dāng)時(shí)，人們對(duì)氣體研究得比較多，因?yàn)闅怏w可以量體積，這總比稱量來得方便。法國(guó)物理學(xué)家兼化學(xué)家蓋呂薩克就是專門從事氣體研究的。 1804年蓋呂薩克乘坐氣球進(jìn)行地磁與高度的研究；1805年他去國(guó)外旅行，歸來后便著手分析從南美洲采集回來的空氣樣品。他進(jìn)行了氫氧化合時(shí)體積比的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果是：當(dāng)氫過量時(shí)，與100份體積氧完全化合的氫是199.89；當(dāng)氧過量時(shí)，100份氧與199.8份氫相化合。這一事實(shí)促使他進(jìn)一步去探討其他氣體反應(yīng)是否也表現(xiàn)出類似的簡(jiǎn)單的體積比關(guān)系。結(jié)果他居然發(fā)現(xiàn)都具有簡(jiǎn)單整數(shù)比的關(guān)系。例如，1體積的氧與2體積的氫化合成2體積的水蒸氣： 氧＋氫→水蒸氣 又如，一氧化碳與氧反應(yīng)就生成二氧化碳： 一氧化碳＋氧→二氧化碳 于是在1808年，蓋呂薩克綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，做出如下結(jié)論：“各種氣體在相互發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，常以簡(jiǎn)單的體積比相結(jié)合?！鄙w呂薩克還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，氣體在化合后，氣體體積的改變（收縮或膨脹）與發(fā)生反應(yīng)的氣體體積間也有簡(jiǎn)單的關(guān)系。這就是蓋呂薩克的氣體體積比定律。 卻說蓋呂薩克的氣體反應(yīng)體積定律給了道爾頓的原子學(xué)說以有力的支持。但卻遭到道爾頓的拒絕和反對(duì)。道爾頓反駁的理由是：不同物質(zhì)的原子大小必定不同，因此在相同體積內(nèi)，不同氣體物質(zhì)不可能含有相等數(shù)目的原子；如果在相同體積中不同氣體的原子數(shù)目相等，那么每1水原子中就應(yīng)只含半個(gè)氧原子。因此道爾頓指責(zé)蓋呂薩克實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠確切，靠不住。 后來隨著一系列精確的實(shí)驗(yàn)證明，不是蓋呂薩克的定律不正確，而是道爾頓當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)遠(yuǎn)不如蓋呂薩克。最終解決原子學(xué)說和氣體體積比定律這一矛盾的鑰匙卻為阿伏加德羅掌握了。 阿伏加德羅是一位意大利科學(xué)家。他既熟悉道爾頓的原子學(xué)說，又了解蓋呂薩克的氣體體積比定律。在道爾頓指責(zé)蓋呂薩克的時(shí)候，他已意識(shí)到道爾頓理論上的錯(cuò)誤，引進(jìn)當(dāng)時(shí)人們不太熟悉的分子概念作為補(bǔ)充。 阿伏加德羅將化合物分子與元素單質(zhì)分子加以區(qū)別，他得出了后來被叫做阿伏加德羅定律的原理：“氣體物質(zhì)的體積與它們所生成的分子數(shù)目之間存在著極簡(jiǎn)單的比例關(guān)系。任何氣體所生成的化合物分子的數(shù)目在同體積下總是相當(dāng)?shù)?，在不同體積下，則與體積成正比。” 阿伏加德羅定律把蓋呂薩克氣體體積比定律解釋了一番。然而很遺憾，阿伏加德羅分子假說在當(dāng)時(shí)化學(xué)界幾乎沒有引起反響。許多著名化學(xué)家對(duì)阿佛加德羅的論文簡(jiǎn)直不屑一讀。 阿伏加德羅定律只適用于氣體，但阿伏加德羅本人卻企圖將其推廣到固體。用了一些與事實(shí)不相符的無稽之談，支持他的人越來越少，到后來他的理論差一點(diǎn)被人們遺忘了。只是到了1833年，才由法國(guó)化學(xué)家高丁重新闡述，并用于確定原子量，方被人們接受，這是后話，暫且不提。 且說在化學(xué)原子論的發(fā)展中，瑞典化學(xué)家貝采里烏斯起了極其重大的作用。 貝采里烏斯先是學(xué)醫(yī)，獲得醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。之后在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室工作。獲得醫(yī)學(xué)和藥學(xué)教授后，他仍不忘化學(xué)研究工作。貝采里烏斯的工作主要特點(diǎn)是：觀察精確，描述清晰，具有嚴(yán)密性與堅(jiān)持性。 貝采里烏斯對(duì)當(dāng)時(shí)化學(xué)的每個(gè)分支都有深邃、淵博的知識(shí)，他在很簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)室里，曾對(duì)大約2000種的化合物和礦物進(jìn)行了準(zhǔn)確的分析。尤其為計(jì)算原子量和論述其他學(xué)說提供了的豐富的科學(xué)實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 貝采里烏斯對(duì)道爾頓在原子量測(cè)定中的武斷假設(shè)表示懷疑，于是他時(shí)刻注意用其他科學(xué)實(shí)驗(yàn)成果來旁證。他對(duì)蓋呂薩克的氣體體積比定律表示基本贊同，他積極用各種事例來支持。 1814年，貝采里烏斯發(fā)表了他的第一個(gè)原子量表，列出了41種元素的原子量，分析數(shù)據(jù)更加豐富和精確。 他在改善化合物的命名方法時(shí)，采用了許多物質(zhì)新名稱和各種化學(xué)術(shù)語。他為化學(xué)制定了元素符號(hào)，采用了化學(xué)式和方程式。 在化學(xué)原子論的發(fā)展過程中，貝采里烏斯最早采用了字母為化學(xué)元素符號(hào)。他以每種元素的拉丁文名稱的開頭字母作為元素符號(hào)。例如：Si為硅、C為碳、O為氧、S表示硫等。他還規(guī)定每一個(gè)元素符號(hào)在化學(xué)式中各代表一個(gè)原子。 在制訂化學(xué)式和反應(yīng)方程式來表達(dá)元素的組成時(shí)，他最初是用加號(hào)把某一化合物中的各元素連接起來，例如銅的兩種氧化物為CuO和Cu2O，硫酸的組成為H2SO4等等。后來他又簡(jiǎn)化了化學(xué)式的書寫法，把化合物組成中表示其原子數(shù)目的數(shù)字，寫在右上角，例如把二氧化碳寫為CO2，把三氧化硫?qū)憺镾O3，水寫為H2O。其后化學(xué)家又把原子數(shù)目移在右下角。 1819年，法國(guó)兩位科學(xué)家杜隆和普蒂發(fā)表了以他們兩個(gè)人名字命名的杜隆—普蒂定律。他們?cè)谘芯繂钨|(zhì)的比熱后發(fā)表論文，認(rèn)為他們發(fā)現(xiàn)了許多固體單質(zhì)。他們還說貝采里烏斯對(duì)化學(xué)式的確定有錯(cuò)誤，并以此準(zhǔn)則對(duì)貝采里烏斯的很多原子量進(jìn)行了大膽修正，結(jié)果各有對(duì)誤。杜隆—普蒂定律雖然不準(zhǔn)，但對(duì)原子量的選擇起了一定的幫助作用。 卻說差不多與此同時(shí)，德國(guó)青年科學(xué)家米希爾里希發(fā)現(xiàn)了同晶型定律。有關(guān)晶體的同晶現(xiàn)象在米希爾里希以前人們已有所知了。早在1784年，近代結(jié)晶學(xué)奠基人，法國(guó)礦物學(xué)家阿維就斷言：“物質(zhì)間結(jié)晶形狀的一致性可能暗示著化學(xué)組成的一致性。”1816年，蓋呂薩克從鉀明礬結(jié)晶在銨明礬的溶液中可正常地繼續(xù)長(zhǎng)大中，得出兩種明礬具有相同晶形的結(jié)論。 米希爾里希于1819年宣布了同晶型定律：同數(shù)目的原子以相同方式即得同晶型。例如酸式磷酸鉀（KH2PO4）與酸式砷酸鉀（KH2AsO4）的晶型是相同的。前者的晶體浸于后者的飽和溶液中，可以繼續(xù)長(zhǎng)大。 很快米希爾里希就把同晶型定律應(yīng)用于原子量的修訂與測(cè)定。雖有所突破，但很多問題依然沒有解決。1828年，化學(xué)家們通過原子熱容定律和同晶型定律把鉀、鈉、銀的原子量正確修訂了。鈉原子量為23，鉀原子量為39，銀的原子量為108。 對(duì)于原子量的測(cè)定，還要提到法國(guó)著名化學(xué)家杜馬。他15歲當(dāng)學(xué)徒，16歲在業(yè)余時(shí)間進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，27歲便開始了研究原子量的測(cè)定。杜馬生性敏銳，洞察力極強(qiáng)。通過實(shí)驗(yàn)和觀察，他意識(shí)到阿伏加德羅對(duì)于原子與分子的區(qū)分及有關(guān)分子的論述有深刻的意義。 他發(fā)明了極簡(jiǎn)便的蒸氣密度測(cè)定法，以此來測(cè)定揮發(fā)性物質(zhì)的分子量。此外他還試圖用分子量計(jì)算原子量，但在此課題中，他接受了阿佛加德羅學(xué)說中的不確切部分，他規(guī)定氫的原子量為1。因?yàn)闅錃馐请p原子分子，這樣一來，凡是單質(zhì)氣體都成了雙原子分子。 對(duì)于杜馬的測(cè)定結(jié)果，貝采里烏斯沒有接受，因?yàn)樗冀K堅(jiān)持不承認(rèn)單質(zhì)多原子分子的存在，而杜馬自己很快也承認(rèn)他的假定是不全面的，并且宣稱“通過蒸氣密度測(cè)定原子量是不可靠的”。 在1815年與1816年的《哲學(xué)年鑒》雜志上載了兩篇匿名文章，文章中說道：元素（還有化合物）的原子質(zhì)量是氫原子質(zhì)量（等于1）的倍數(shù)，并且應(yīng)該是整數(shù)。這一文章的作者是英國(guó)化學(xué)家普勞特。 普勞特在第一篇文章中指出，許多元素的原子質(zhì)量能被4除，因而提出這樣的假定：是不是一切簡(jiǎn)單物質(zhì)都是由氫原子和氧原子組成的？在第二篇文章中，他明確談到初始物質(zhì)（母質(zhì)），并且認(rèn)為初始物質(zhì)（母質(zhì)）應(yīng)該是氫。其他元素的原子量都應(yīng)是氫原子量的整數(shù)倍，原子量偏離整數(shù)是由于實(shí)驗(yàn)誤差造成的。 普勞特假說不僅對(duì)他的同時(shí)代人，而且對(duì)后一代的化學(xué)家產(chǎn)生了深刻的影響。杜馬在1840年與另一位化學(xué)家斯達(dá)仔細(xì)地重新測(cè)定碳的原子量之后（H＝1，C＝12），轉(zhuǎn)而傾向普勞特的假說，他們相信常見元素的原子量是符合普勞特假說的。 不過斯達(dá)在以后進(jìn)一步研究中，又認(rèn)識(shí)到這一假說是不能成立的。然而杜馬在1859年發(fā)表的一篇論文中，再次支持這一假說，他認(rèn)為可把已知的元素分為三類，其中一大類元素的原子量，當(dāng)令H＝1時(shí)，是氫的整數(shù)倍；第二類元素的原子量，當(dāng)令H＝0.5時(shí)，則是氫的整數(shù)倍；第三類，當(dāng)令H＝0.25時(shí)，則是氫的整倍數(shù)。 杜馬認(rèn)為氫原子是4個(gè)氫元粒子的牢固結(jié)合體，在化學(xué)反應(yīng)中總是不分解的；其他元素的原子也是氫元粒子的牢固結(jié)合體，其數(shù)目多數(shù)是4的整倍數(shù)，少數(shù)是2的整倍數(shù)，個(gè)別的是第三類。 但斯達(dá)進(jìn)一步對(duì)原子量的測(cè)定，仍表明有些原子量不是0.25的整倍數(shù)。到了1860年，面對(duì)斯達(dá)令人信服的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，杜馬不得不宣布承認(rèn)普勞特學(xué)說的失敗。 普勞特的假說完全被化學(xué)家們拋棄了，并逐漸被遺忘，但誰會(huì)想到半個(gè)世紀(jì)以后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了同位素，普勞特的見解再度放出了光彩。 且說19世紀(jì)前半葉的50多年中，雖有很多人致力于原子量的測(cè)定，但由于沒有找到一個(gè)合理的辦法，使原子量的測(cè)定陷入了困境，推測(cè)和人為規(guī)定司空見慣，化學(xué)符號(hào)的應(yīng)用、化學(xué)式的表示方法，更是各行其是。 戴維、蓋呂薩克、李比希等甚至懷疑測(cè)定原子量的可能性；有人甚至對(duì)原子學(xué)說也發(fā)生動(dòng)搖，表示懷疑了。原子學(xué)說既然處于這種危機(jī)中，阿佛加德羅的分子論當(dāng)然就更少有人問津了。 1855年，意大利的一位化學(xué)家鑒于當(dāng)時(shí)的境況，重讀了阿伏加德羅的論文后，認(rèn)為要澄清一些化學(xué)現(xiàn)象，非得采用阿伏加德羅的學(xué)說不可，這位化學(xué)家就是康尼查羅。 康尼查羅，生于意大利巴列摩，15歲開始學(xué)醫(yī)，19歲學(xué)習(xí)化學(xué)，21歲參加著名的西西里起義，失敗后僑居法國(guó)，26歲任一所大學(xué)的物理化學(xué)教授。意大利統(tǒng)一后，康尼查羅回到羅馬大學(xué)任教，不久被選為議員。 1858年，康尼查羅在一本科學(xué)雜志上發(fā)表了一篇題為《化學(xué)哲學(xué)教學(xué)大綱》的論文，概述了阿伏加德羅假說在數(shù)學(xué)中的應(yīng)用。 他根據(jù)阿伏加德羅假說和利用測(cè)定蒸氣密度的方法，得出存在著單質(zhì)分子的結(jié)論；他根據(jù)對(duì)水銀及其揮發(fā)性化合物蒸氣密度的測(cè)定，建議將另一位化學(xué)家日拉爾所取的原子量增加一倍；他還根據(jù)金屬的原子價(jià)，金屬與烷基化合的能力，論證了必須改進(jìn)許多金屬離子的理由。 康尼查羅還明確指出：“在不同的分子中同一元素的含量不同，這些不同含量都是某一種單位量的整數(shù)倍數(shù)，這種單位量在化合物中不能再分，理應(yīng)把它叫做原子?！边@一原理被稱做康尼查羅原子定律。 康尼查羅的主要功績(jī)?cè)谟谒拱⒎鸺拥铝_假說獲得了新生，并且堅(jiān)持不懈地把它應(yīng)用于分子量和原子量測(cè)定的工作中去。 再說1860年9月3日在德國(guó)卡爾斯魯召開的國(guó)際化學(xué)會(huì)議，這次會(huì)議由德國(guó)化學(xué)家凱庫勒等人發(fā)起，其目的是，希望在化學(xué)式、原子價(jià)和元素符號(hào)的采用上得到一個(gè)統(tǒng)一的意見。 會(huì)上爭(zhēng)論很激烈，杜馬說有機(jī)化學(xué)與無機(jī)化學(xué)是兩個(gè)截然不同的領(lǐng)域，應(yīng)有各自的原子量系統(tǒng)；另一位化學(xué)家歐德林則力主每一元素只能有一種原子量。會(huì)議的結(jié)論卻是：“科學(xué)上的問題，不能勉強(qiáng)一致，只好各行其是罷了。” 在這次會(huì)議散會(huì)時(shí)，一位意大利化學(xué)家帕維西散發(fā)了康尼查羅的《化學(xué)哲學(xué)教程提要》，由于他據(jù)理分析，論據(jù)充分，方法嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)蓋呂薩克、杜馬的有關(guān)錯(cuò)誤一一加以澄清，并為確定原子量提出了一個(gè)非常合理的、令人信服的途徑，因此很快得到了化學(xué)界的贊許和承認(rèn)。 康尼查羅的《提要》談些什么呢？大家想必要知道，轉(zhuǎn)錄幾段如下： “……只要我們把分子與原子區(qū)別開來，只要我們把用以比較分子數(shù)目和重量的標(biāo)志與用以推導(dǎo)原子量的標(biāo)志不混為一談，只要我們最后心目中不固執(zhí)這類成見，以為化合物的分子可含不同數(shù)目的原子而各種單質(zhì)的分子都只含一個(gè)原子或相同數(shù)目的原子，那么，阿伏加德羅分子理論和已知事實(shí)毫無矛盾之處?！?br> 他還明確指出：“據(jù)我看來，近來化學(xué)之進(jìn)步，已經(jīng)證實(shí)阿伏加德羅和杜馬的假說……即等體積的氣體中無論單質(zhì)或是化合物，都含有相同數(shù)目的分子，但它絕不是含有相同數(shù)目的原子。” 他還說：“應(yīng)用阿伏加德羅的假說，即使物質(zhì)的組成尚不知道，還是可以測(cè)定它的分子量的?！?br> 康尼查羅的《化學(xué)哲學(xué)教程提要》是用意大利文寫成，讀者有限。化學(xué)家邁耶爾就用他的觀點(diǎn)，用德文及時(shí)寫成《現(xiàn)代化學(xué)原理》（1864年）。許多化學(xué)家就從這本著作中獲知了阿伏加德羅的觀點(diǎn)和康尼查羅的論證。 至于阿伏加德羅學(xué)說令人信服的“實(shí)驗(yàn)”證明，首先是由法國(guó)著名物理 學(xué)家佩蘭做出的，測(cè)得一克分子（摩爾）物質(zhì)中的分子數(shù)為6.85×1023，實(shí)驗(yàn)相對(duì)誤差為3％。在之后的數(shù)年間，先后又有幾十位物理學(xué)家對(duì)該常數(shù)進(jìn)行了測(cè)定：英籍新西蘭科學(xué)家盧瑟福，用a—粒子實(shí)驗(yàn)法測(cè)得為6.2×1023；英國(guó)物理學(xué)家布拉格，用X—射線法測(cè)得為6.0228±0·001×1023，（因此獲得1915年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金）。通過用不同方法測(cè)得如此吻合的結(jié)果，阿伏加德羅的假說當(dāng)然令人嘆服了，從此他的這一“假說”被尊為定律。 卻說自18世紀(jì)中葉至19世紀(jì)中葉的一百多年中，隨著生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的大發(fā)展，平均每?jī)赡臧胱笥揖陀幸粋€(gè)新元素被發(fā)現(xiàn)，到1869年已有63種元素為科學(xué)家們所認(rèn)識(shí)。 關(guān)于各種元素的物理及化學(xué)性質(zhì)的研究成果也積累得相當(dāng)豐富了，于是科學(xué)家們便提出：地球上究竟有多少種元素？怎樣去尋找新元素？各元素之間究竟是否存在著一定的內(nèi)在聯(lián)系？ 1829年，德國(guó)化學(xué)家德貝萊納首先開始對(duì)元素的原子量和化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行研究。 他提出了三元素組規(guī)則，他確定的三元素組有：Li、Na、K；Ca、Sr、Ba；Cl、Br、I；S、Se、Te；Mn、Cr、Fe。同組的元素不僅性質(zhì)相似，中間一個(gè)元素的化學(xué)性質(zhì)介乎它前后兩個(gè)元素之間，而且其原子量也差不多為前后兩元素的算術(shù)平均值。 1854年，美國(guó)科學(xué)家?guī)炜税言胤譃榱担?857年英國(guó)化學(xué)家歐德林又發(fā)表了一個(gè)把元素分為13類的分類表。可惜他們都只列出了一些現(xiàn)象，沒有能做出任何邏輯性的解釋。 到了1862年，法國(guó)科學(xué)家尚古多提出了關(guān)于元素性質(zhì)就是數(shù)的變化的論點(diǎn)，他作出所謂的螺旋線圖。 他把元素性質(zhì)用螺線表示出來加以對(duì)比，他在圓柱體的表面上劃上螺線，與底面成45度角，然后用垂線在圓柱體上分成16格（氧的原子量為16）。 他將已知的62個(gè)元素，按原子量大小循序標(biāo)記在繞著圓柱體向下的螺旋線上，性質(zhì)相近的元素出現(xiàn)在同一條垂直母線上，如Li—Na－K；S－Se—Te；Cl－Br—I等。 于是他提出了元素性質(zhì)有周期性重復(fù)出現(xiàn)的規(guī)律。 應(yīng)該說，螺旋圖是向揭示周期律邁出的有力一步，但它缺乏精確性，所以最終沒有被化學(xué)界接受。 1865年，英國(guó)工業(yè)化學(xué)家紐蘭堡把62個(gè)元素的原子量按遞增順序排列，發(fā)現(xiàn)從任意一個(gè)元素算起，每到第八個(gè)元素就和第一個(gè)元素的性質(zhì)相近，與八度音程相似，所以他把此規(guī)律稱為“八音律”。 “八音律”揭示了元素化學(xué)性質(zhì)周期性的重要特征。它的缺點(diǎn)是沒有考慮到原子量測(cè)定值會(huì)有錯(cuò)誤，也沒有估計(jì)到還有未發(fā)現(xiàn)元素的存在，沒有留出空位，只是機(jī)械地按當(dāng)時(shí)的原子量大小將元素排列起來，這樣做往往就把事物的內(nèi)在規(guī)律掩蓋起來了。 但是“八音律”向周期律的發(fā)現(xiàn)又邁出了可貴的一步，因?yàn)榧~蘭茲已覺察到，原子量遞增順序排列時(shí)元素性質(zhì)上有某種重復(fù)關(guān)系。 正在這個(gè)時(shí)期，一位天才的科學(xué)家大膽地?fù)荛_化學(xué)上的迷霧。他就是偉大的俄羅斯化學(xué)家門捷列夫。 門捷列夫1834年出生于西伯利亞。父親是一所高級(jí)中學(xué)校長(zhǎng)。祖父是西伯利亞第一家報(bào)紙的出版者。在西伯利亞，一個(gè)政治流放者指導(dǎo)門捷列夫?qū)W習(xí)科學(xué)并使他對(duì)科學(xué)產(chǎn)生了愛好。 門捷列夫中學(xué)畢業(yè)時(shí)，考試成績(jī)?cè)谌嗝械谝?。不久，他父親去世，母親把他帶到莫斯科，然后又帶他到彼得堡，希望他能進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)。 1850年，門捷列夫考進(jìn)彼得堡的中央師范學(xué)院學(xué)習(xí)，他的母親在同年死去。1855年，他被派往一所中學(xué)任中學(xué)教師。1857年任彼得堡大學(xué)的副教授。1859年到國(guó)外進(jìn)行研究，參加了在卡爾斯魯厄召開的國(guó)際化學(xué)家代表大會(huì)。 1862年初，門捷列夫回到彼得堡，從事科學(xué)著述工作，第二年當(dāng)選為技術(shù)學(xué)院的教授，完成了《論酒精與水的化合作用》的博士論文。從1867年起，門捷列夫擔(dān)任了化學(xué)教研室主任。 1868—1871年間，他為學(xué)生編寫《化學(xué)原理》一書，在編寫過程中，發(fā)現(xiàn)了元素周期律。1890年3月，門捷列夫因同情學(xué)生運(yùn)動(dòng)而辭職，由于他的自由觀點(diǎn)，他未能被選為科學(xué)院士。 1907年1月20日清晨5時(shí)，門捷列夫因心肌梗塞與世長(zhǎng)辭，死時(shí)坐在椅子上，面前的寫字桌上是一本未寫完的科學(xué)著作，手里還握著筆…… 門捷列夫的一生是光輝的一生，這從葬禮上足可證明： 長(zhǎng)長(zhǎng)的送殯隊(duì)伍，達(dá)幾萬人之多。在隊(duì)伍的最前面，既不是花圈，也不是遺像，而是由兩個(gè)學(xué)生舉著的周期表，上面寫著各種化學(xué)元素符號(hào)——“C”、“O”、“Fe”、“Zn”……人們?cè)谧返繒?huì)上，反復(fù)引述門捷列夫的格言：“什么是天才？終身努力，便成天才！” 回過頭來，再說門捷列夫的元素周期律： 1867年，門捷列夫著手著述一部普通化學(xué)教科書，他所遇到的一個(gè)問題是，如何用一種合乎邏輯的方式，組織當(dāng)時(shí)已知的63種化學(xué)元素。 在幾次不妥的開頭后，他想起一個(gè)主意，將性質(zhì)類似的元素歸并成族，分成各章去寫。他專心研究了各種元素的性質(zhì)，把元素的性質(zhì)做了一套卡片，上面記載著元素的原子量、化合價(jià)和化學(xué)性質(zhì)等等。 1869年2月，他從事鹵素、堿金屬和堿土金屬各章的寫作。 他根據(jù)原子量大小的順序，將這些族中的各相似元素逐個(gè)排列出來。 F=19 Cl=35.5 Br=80 I=127 Na＝23 K＝39 Rb＝85 Cs＝133 Mg=24 Cu=40 Sr=88 Ba=137 門捷列夫沿著上面的線索深入推敲，他發(fā)現(xiàn)性質(zhì)截然不同的Cl（35.5）和K（39）、Br（80）和Rb（85）在原子量差值方面很相近。再深入研究其他元素，發(fā)現(xiàn)也存在著同樣的聯(lián)系。 于是，他就發(fā)現(xiàn)了相似元素，依一定間隔出現(xiàn)的周期性。所有這一切都是在1 869年3月1日完成的，即所謂“偉大的一天”。 同年3月6日，門捷列夫闡述了他關(guān)于元素周期律的基本論點(diǎn)： ?。╨）按照原子量的大小排列起來的元素，性質(zhì)上呈現(xiàn)出明顯的周期性。 ?。?）原子量的數(shù)值決定元素的特征，例如S和Te的化合物，Cl和I的化合物等，既相似，又呈現(xiàn)明顯的差別。 ?。?）應(yīng)該預(yù)料到，還有許多未被發(fā)現(xiàn)的元素，例如會(huì)有分別類似鋁和硅，原子量介于65至75之間的兩個(gè)元素。 ?。?）當(dāng)我們掌握了某元素的同類元素的原子量之后，有時(shí)可以修正該元素的原子量。 門捷列夫通過周期律表，初步實(shí)現(xiàn)了使元素系統(tǒng)化的任務(wù)，全表有66個(gè)位置，尚有4個(gè)空位只有原子量而沒有元素名稱，門捷列夫預(yù)示，今后一定能發(fā)現(xiàn)與原子量相應(yīng)的元素存在。 新生事物的產(chǎn)生往往不是一帆風(fēng)順的，會(huì)遭到攻擊和非難，元素周期律的發(fā)現(xiàn)也同樣如此。 一些知名學(xué)者，甚至他的老師齊寧也不支持他的研究，曾告誡他是不務(wù)正業(yè)。在這種壓力下，有些人便知難而退了。 但門捷列夫還是深信自己研究工作的重要意義，不顧名家的指責(zé)、嘲笑，繼續(xù)對(duì)周期律進(jìn)行深入細(xì)致的研究。1871年，他又發(fā)表了《化學(xué)元素的周期依賴關(guān)系》一文。 他果斷地修改了第一張?jiān)刂芷诒?，使原來的周期表由豎行改成橫排。這樣更加突出了化學(xué)元素的周期性。 在同族元素中，他采用了另一位化學(xué)家邁爾的見解，劃分為主族和副族；他把以往預(yù)言元素的空格，由4個(gè)改成6個(gè)，并預(yù)言了它們的性質(zhì)。 他給元素周期律下了定義：“元素（以及由元素所形成的單質(zhì)或化合物）的性質(zhì)，周期地隨著它們的原子量而改變?！?br> 門捷列夫在發(fā)現(xiàn)周期律和制訂周期表的過程中，不顧當(dāng)時(shí)已公認(rèn)的原子量，改排了某些元素（Os、Ir、Pt、Au；Te、I；Ni、Co）的位置，還根據(jù)一些元素的合理位置，修訂了原子量（In、La、Y、Er、Ce、Th、U）。 除此以外，又先后預(yù)言了15種未知的元素，后經(jīng)科學(xué)研究證明，基本上是正確的。總之，周期律為尋找新元素，提供了一個(gè)理論上的向?qū)А?br> 門捷列夫周期律的發(fā)現(xiàn)，使化學(xué)又一次渡過了它的迷惘時(shí)期，化學(xué)家們終于走出濃霧彌漫的山間深谷，開始向科學(xué)頂峰攀登了。 因此，恩格斯評(píng)價(jià)說：“門捷列夫……完成了科學(xué)上的一個(gè)勛業(yè)。這個(gè)勛業(yè)可與勒維烈推算尚未知道的行星（天王星）的軌道一事相媲美。” 卻說門捷列夫與同時(shí)期的化學(xué)家比較，高明的地方在于他對(duì)化學(xué)元素的性質(zhì)以及原子量之間的關(guān)系，獲得了規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。這可以從修訂某些元素的原子量和預(yù)言一些元素的性質(zhì)得以證實(shí)。 以鈾為例，當(dāng)時(shí)公認(rèn)其質(zhì)子量為116，誤認(rèn)為是三價(jià)元素。但門捷列夫根據(jù)鈾的氧化物，同鉻、鉬、鎢的氧化物性質(zhì)相似，該四種元素的單質(zhì)也相似，它們當(dāng)屬一族，因此判斷鈾為六價(jià)，于是將原子量修訂為240，并放在了正確的位置上。這一數(shù)值與現(xiàn)代值238.07相差不大。 根據(jù)類似的判斷，門捷列夫還修訂了La、Y、Er、Ce及Th的原子量。 門捷列夫以周期律為基礎(chǔ)，對(duì)當(dāng)時(shí)公認(rèn)的一些原子量提出了重新精確測(cè)定的建議，可舉鉑族元素為例： 當(dāng)時(shí)公認(rèn)金的原子量為196.2，而Os、Ir、Pt的原子量依次為198.6、196.7、196.7。若以此，金在周期表中應(yīng)排在Os，Ir，Pt之前，但門捷列夫根據(jù)金的性質(zhì)，認(rèn)為它應(yīng)排在三者之后，因而建議重新測(cè)定金的原子量，結(jié)果得出Os，Ir，Pt，Au的原子量分別為190.1、193.l、95.2、197.2，事實(shí)證明門捷列夫的見解是正確的。 門捷列夫發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素周期律，并據(jù)此科學(xué)地預(yù)言了一些未知元素的存在，這是門捷列夫在研究周期律上，遠(yuǎn)高于同期其他人的另一個(gè)重要方面，也是科學(xué)理論用于指導(dǎo)實(shí)踐的典型事例。 1875年，法國(guó)化學(xué)家布瓦斯博德朗在分析閃鋅礦時(shí)，從中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新元素，他命名為鎵，并把他所測(cè)得的關(guān)于鎵的一些主要性質(zhì)，簡(jiǎn)要地發(fā)表在一家科學(xué)報(bào)上。 可是不久，他收到門捷列夫的來信，在信中，門捷列夫指出：他在報(bào)告中關(guān)于鎵的比重有錯(cuò)誤，不應(yīng)是4.7，而應(yīng)在5.9和6.0之間。 布瓦斯博德朗大惑不解，因?yàn)樗钱?dāng)時(shí)獨(dú)一無二手中握有鎵的人，而門捷列夫何以能有這種指責(zé)？ 于是他再一次提純了鎵，重新測(cè)定其比重，結(jié)果居然確實(shí)為5.94。這使他大為驚訝和嘆服。布瓦斯博德朗懷著激動(dòng)的心情，在另一篇論文中寫道：“我想沒有必要再來說明門捷列夫這一理論的巨大意義了?！?br> 門捷列夫根據(jù)周期律，成功地預(yù)言了“類鋁”（鎵是其中一個(gè)），這是化學(xué)界的驕傲，也是周期律第一個(gè)回合的勝利。 1880年，瑞典化學(xué)家尼爾森發(fā)現(xiàn)了鈧，這正是門捷列夫預(yù)言的“類硼”。 1885年，德國(guó)化學(xué)家文克爾發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)元素鍺——這也是門捷列夫預(yù)言過的“類硅”。 文克爾看到自己發(fā)現(xiàn)的鍺與門捷列夫的預(yù)言如此一致，大為驚嘆，立即將它和預(yù)言作了對(duì)比。見表： 門捷列夫預(yù)言的“類硅”和文克爾發(fā)現(xiàn)的鍺對(duì)比 1870年門捷列夫預(yù)言類硅1886年文克爾對(duì)鍺的測(cè)定 原子量約72原子量72.3 比重5.5比重5.47 這種金屬幾乎不和酸作用但可鍺很難和酸作用，但在熔融時(shí)極 和堿作用易和堿作用 原子價(jià)4原子價(jià)4 氧化物比重約為4.7，它極易溶氧化鍺的比重是4.703，易溶于 于堿，并易被還原為金屬水堿，并可用碳還原為金屬 這種金屬與氯的化合物應(yīng)是液氯化鍺是液體，比重為1.887， 體，比重約為1.9，沸點(diǎn)約為90沸點(diǎn)是86℃ 預(yù)言的兌現(xiàn)，極大地鼓舞了門捷列夫，他又在1889年預(yù)言了“類碲”元素。到了1898年，“類碲”元素終于被瑪里·居里發(fā)現(xiàn)，即放射性元素釙。這是后話，暫且不提。 門捷列夫的周期律，經(jīng)受住了實(shí)踐的考驗(yàn)，獲得了初步的巨大的勝利。 卻說門捷列夫所預(yù)言的尚未發(fā)現(xiàn)的元素（鎵、鈧、鍺）性質(zhì)得到了證實(shí)，使化學(xué)家對(duì)尋找新元素發(fā)生了廣泛的興趣。但是惰性氣體一族元素的發(fā)現(xiàn)，完全是出人意料的。 門捷列夫曾預(yù)見：在氫和鋰之間有一個(gè)元素存在，但他沒能夠預(yù)估到是惰性元素。 1882年，英國(guó)劍橋大學(xué)的科學(xué)家瑞利著手研究大氣中各成分的密度，經(jīng)過10年的努力，他確定了氫和氧密度之比不是1∶16，而是1∶15.882（現(xiàn)代值是1∶15.874）。 當(dāng)研究氮?dú)鈺r(shí)，他感到迷惑不解。瑞利先是把空氣反復(fù)通過紅熱的裝滿銅粉的管子，清除掉氧氣部分，測(cè)得氮?dú)獾拿芏取Ｆ浜笏职蜒醢钡幕旌蠚馔ㄟ^赤熱的氧化銅，使氨氧化分解，生成氮?dú)夂退贉y(cè)定氮?dú)獾拿芏取?br> 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種來源的氮?dú)饷芏?，竟相?/1000。于是他提出了好幾種假說，解釋造成兩種密度不一致的原因，但沒有引起廣泛的注意。 只有蘇格蘭的著名化學(xué)家拉姆賽，注意到了瑞利的實(shí)驗(yàn)，并要求共同研究這一問題。 當(dāng)拉姆賽對(duì)大氣氮進(jìn)行光譜分析時(shí)，他發(fā)現(xiàn)，在光譜中除了已知的氮譜線外，還清楚地觀察到一種未知的紅色與綠色的光譜線，毫無疑問，在大氣氮中含有某種未知元素。 這時(shí)他們想起了卡文迪什過去做過的一種試驗(yàn)：卡文迪什讓含有充足氧氣的空氣通過放電，以便“固定”（氧化）全部氮?dú)?，但是結(jié)果剩下的1/20的氮?dú)獠荒鼙谎趸?br> 兩位科學(xué)家在研究這種剩余氣體時(shí)發(fā)現(xiàn)，它的密度比氮?dú)獾拿芏却蟮枚唷?br> 這年8月，在英國(guó)牛津召開的自然科學(xué)家代表大會(huì)上，瑞利、拉姆賽宣布了他們的重要發(fā)現(xiàn)。大會(huì)主席提議給這個(gè)新氣體元素命名為氬（Argon），其意思是“懶惰”、“遲鈍”的意思。 在氬在1894年被發(fā)現(xiàn)后不久，又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)惰性氣體元素——氦。它的發(fā)現(xiàn)過程是這樣的：1868年，法國(guó)天文學(xué)家讓森在印度觀察日蝕時(shí)，攝下了太陽色球?qū)拥墓庾V，發(fā)現(xiàn)了一種與鈉的黃色譜線不相吻合的譜線。 兩個(gè)月后，英國(guó)天文學(xué)家洛克耶和費(fèi)蘭克蘭一起研究日蝕時(shí)，又重新發(fā)現(xiàn)了不屬于任何已知元素的黃色譜線，他們推測(cè)這是太陽大氣中特有的元素譜線。 新元素被命名為氦（英文為Helium），希臘文原意是太陽。 在太陽大氣中發(fā)現(xiàn)氦以后的25年中，有關(guān)氦的發(fā)現(xiàn)，仍充滿了趣聞。例如1881年意大利人帕爾米報(bào)道，他自維蘇威火山巖放出的氣體中發(fā)現(xiàn)了氦。 到了1895年，拉姆賽和他的助手讀到美國(guó)一位化學(xué)家有關(guān)氦的報(bào)告，他聲稱，在研究瀝青鈾礦時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種惰性氣體，于是拉姆賽重復(fù)了他的實(shí)驗(yàn)，并把收集到的氣體，進(jìn)行光譜檢驗(yàn)。 拉姆賽看到了明亮的黃色譜線，差不多與鈉的色譜線相吻合。他便把氣體標(biāo)本寄給英國(guó)化學(xué)家克魯克斯，請(qǐng)予判斷。 很快就收到克魯克斯的結(jié)果，這種氣體就是氦，至此，第二個(gè)惰性氣體被完全承認(rèn)。 另外幾個(gè)惰性氣體元素的搜尋是由特拉費(fèi)斯完成的。 最初他到各種稀有礦物中去尋找惰性氣體，都宣告失敗了，于是設(shè)想它們隱藏在空氣中，就用液態(tài)空氣作原料，采用分餾法來離析。終于，1898年5月他用光譜法發(fā)現(xiàn)了一種新氣體，取名為（氪），含有“隱藏”的意思。 之后，經(jīng)過不懈的努力，又分別發(fā)現(xiàn)了另二種惰性氣體，就命名為“氖”，岔有新奇的意思?！半保小澳吧钡?、“異國(guó)人”的意思。 且說在周期表中，按照原子量的大小，氦應(yīng)排在氫鋰之間，但在當(dāng)時(shí)沒有這么一族。拉姆賽認(rèn)為：一般來說，周期表中相鄰各元素隨著原子量的增加，性質(zhì)也是逐漸變化的，然而從氫到鋰，尤其是從氟到鈉，從氯到鉀性質(zhì)變化異樣劇烈，令人感到反常。因此他相信，一定有一個(gè)以氦為首的惰性氣體元素新族存在。 拉姆賽開始了極其艱難的研究工作。首先他把氖、氬、氪、氙四種惰性氣體從空氣中離析出來。然后采用液態(tài)氫作為致冷劑，其他氣體在低溫下都凝固了，唯有氦仍為氣體，于是氦也被分離出來。 至此大氣中分離各種惰性氣體的壯舉宣告圓滿成功。這樣，五個(gè)惰性氣體便形成了周期表中的一個(gè)完整新族——零族。 零族元素的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步豐富了周期律的內(nèi)容，使周期律又經(jīng)受住了一次考驗(yàn)。 且說在周期表第三族中，包括鈧、釔和全部鑭系元素，共17個(gè)成員，被稱為稀土元素，是周期表中最大的一族。 稀土元素的化學(xué)性質(zhì)極為相似，在礦物中總是共生，所以稀土元素的相互離析一直是化學(xué)中的重大難題之一。稀土元素的逐個(gè)辨明，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歲月，在這條極其曲折的道路上，留下了幾十位化學(xué)家的足跡。 稀土元素先是以氧化物的形式發(fā)現(xiàn)的，因?yàn)榉植疾粡V而極難分離，故被稱為稀土，又因?yàn)樗鼈冾愃朴谙⊥两饘傺趸?，所以又稱之為“土素”。 該族中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的是釔。1788年，瑞典的一位軍官在斯德哥爾摩的一個(gè)小鎮(zhèn)上，發(fā)現(xiàn)了一塊黑色石頭。這塊石頭輾轉(zhuǎn)到了芬蘭著名化學(xué)家多加林手里。1794年多加林從中分離出一種白色土質(zhì)，其化學(xué)性質(zhì)不同于任何已知的氧化物，于是給它取名叫多加林礦石，以紀(jì)念稀土研究的開創(chuàng)人多加林。 第二個(gè)問世的稀土族成員是鈰。首先接觸到它的是瑞典一位礦物學(xué)家。1781年他把家鄉(xiāng)礦山中產(chǎn)的一種礦石寄給舍勒，請(qǐng)他分析，舍勒沒有找到其他特殊成分。1803年，貝采里烏斯也在分析這種礦物，分析出一種白色氧化物，他稱之為鈰土。 貝采里烏斯稱其中的新元素叫鈰，為的是紀(jì)念剛發(fā)現(xiàn)不久的小行星——谷神星。 1839年，瑞典的另一位化學(xué)家莫桑德爾，在研究鈰硅石時(shí)，將其溶于稀硝酸時(shí)，有一部分不能溶解。莫桑德爾把可溶的部分叫鑭土（希臘語含有隱藏的意思），把不溶的部分仍舊叫做鈰土， 兩年以后，瑞典另一名化學(xué)家埃爾得曼用稀硝酸浸取出鑭土以后，再從中逐步沉淀出鑭土?xí)r，發(fā)現(xiàn)先析出一種粉紅色的氧化物，他認(rèn)為這是隱藏在其中的一種新元素土質(zhì)，于是就給它取名叫錙。他聲稱“錙和鑭是難舍難分的孿生兄弟”。 莫桑德爾剖析了原來的“鈰土”以后，1843年他發(fā)現(xiàn)分離掉了鈰土、鑭土和錙土之后的釔土，居然至少是三種土質(zhì)的混合物。白色的，他仍把它稱做釔土；另一種是暗褐色的，他稱之為鉺土；再一種是淡玫瑰紅色的，他稱之為鋱土。 到了1878年，搜索稀土元素的奮斗又取得了新成果。 這年，瑞士日內(nèi)瓦化學(xué)教授馬利納克，從鈰土中又發(fā)現(xiàn)了一種新土質(zhì)，他把它命名為“鐿土”，稱其中的新元素叫鐿。 1879年，瑞典化學(xué)家尼爾松又從鐿土中分離出了鈧土，其中所含新元素即鈧。它就是門捷列夫當(dāng)初所預(yù)言過的“類硼”元素。 1878年，瑞典化學(xué)家索雷特開始借助分光鏡尋找稀土元素，他看到有一組未知的時(shí)隱時(shí)顯的光譜，于是猜想其中一定有一種新元素。幾經(jīng)努力，最后還是被瑞典化學(xué)家克利夫識(shí)破。 克利夫把一種元素命名為鈥，以紀(jì)念他的故鄉(xiāng)斯德哥爾摩；另一種白色略帶淡綠色調(diào)的，他命名為銩，意思指他的祖國(guó)瑞典，在斯堪的那維亞半島。 接著又發(fā)現(xiàn)了鈁、釔、銨、鐠等。至此，化學(xué)家們歷經(jīng)千辛萬苦，終于取得了15種稀土元素。從此以后的很多年，再也沒有人從自然界提取到新的稀土元素。 欲知后事如何，且聽下回分解。 |
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