元素周期表的父亲

发现模式的冲动在我们周围似乎是一个基本的人类特征。几千年前,我们的远祖建造巨大的石碑,精确对齐一年一度的太阳活动周期的重要点。在19世纪,深思熟虑的化学家发现家庭元素之间的相似之处,并试图将它们嵌入在一个解释性的范例。

一个半世纪前,门捷列夫在这关键的一步搜索顺序的元素,通过发布的初稿周期表。2019年全球社区的化学家是这个周年庆祝,理当如此。像巨石阵表反映了自然的规律,是由于原因最初建造时保持神秘。但是门捷列夫是如何构建他的纪念碑吗?

早期

俄罗斯西伯利亚的长大,在西方文明的外缘。家中,Tobolsk,比巴黎1000公里靠近北京,和他的通路从那里科学卓越是困难的。他是最年轻的十几门捷列夫的兄弟姐妹,和在1834年他出生后不久健康不良迫使他父亲伊万,高中老师,退休。伊凡的养老金的不足使他的妻子玛丽亚沦为半废弃的管理玻璃厂耕作,以前由她的哥哥。

该企业支持家庭,直到1848年它烧毁了。然后伊凡去世,1849年玛丽亚带她最小的两个孩子去莫斯科,希望她的哥哥会帮助俄罗斯进入大学。当这个计划失败了,他们搬到了圣彼得堡,俄罗斯在1850年被大学接受了(有点勉强),他父亲是一名教师。讲师——亚历山大大帝们,曾在德国留学李比希的俄罗斯——鼓励下对化学的兴趣。

他于1855年毕业,他的论文在同构和其他物质形态和化学成分之间的关系——在矿业期刊上发表。进一步对科技期刊的文章,但他缺乏安全的收入。那时他的母亲和姐姐都去世了,他自己是患了肺结核。然而,每年教学更温和气候的克里米亚显著改善了他的健康,和一个新的医生自信地驳回了前诊断。

在1856年秋季,门捷列夫成功捍卫了硕士论文对物质的具体数量之间的关系及其晶体和化学性质。不久圣彼得堡大学的授权他作为一个化学老师,让他对其实验室的访问。1859年,他获得国家资助了两年的高级留学。

建立一个职业

海德堡大学琦门捷列夫做研究在几个主题,包括表面张力、毛细现象和蒸发,他保留感兴趣的分子间作用力在他的整个职业生涯。1860年,他参加了卡尔斯鲁厄会议,意大利化学家它坎尼扎罗发表了开创性的论文原子质量(现在称为相对原子质量)。周期系统,这是一个至关重要的一步,以前曾有相当大的争议的分配元素原子质量。

一些化学家声称这些权重是无关紧要的,或完全否认原子的物理存在。其他优先系统基于八对氧的原子量,假设水的公式,而不是H₂o .但在卡尔斯鲁厄Cannizzarro复兴的思想他的同胞王维阿伏伽德罗支持H₂阿水配方,16对氧的原子量。在1860年代的观点转移对他有利——幸运的是,门捷列夫的规律,指出他对元素周期表是旧的系统上不太明显。

回到圣彼得堡1861年门捷列夫后恢复了大学教学,同时在城市技术学院讲课。此外,他发表了有机化学教科书和几篇文章技术百科全书,以及旅行广泛寻找机会将科学发现应用到俄罗斯的经济发展。参观巴库油田在1863年开始了他的长期致力于新兴石油化工行业,例如。

门捷列夫的博士论文(解决方案理论)是接受了1865年,并于1867年任命他大学普通化学教授。他被要求在无机化学课,因为没有令人满意的俄语教科书,他开始写一个。这集中主意安排有序的化学元素的挑战模式。其他几个人,包括利奥波德葛美林在德国,Jean Baptiste杜马斯在法国和约翰在英格兰纽兰兹——尝试这个有限的成功。门捷列夫知道其中的一些努力,但在重要方面自己的方法是独特的。

把他的牌放在桌子上

这一突破是在1869年初,门捷列夫准备另一个工业旅游,这次调查和改善奶酪生产技术。同时,完成了第一册课本,他努力建立一个框架,第二。他后来回忆道,过程如下:

所以我开始四处寻找,写下的元素原子质量和典型的属性,类似的元素,就像原子质量在不同的卡片,很快,这使我确信元素的属性在周期性依赖他们的原子质量…”
门捷列夫,化学原理1905(重点)

门捷列夫提出他的牌在列和行,好像在纸牌的游戏或耐心——这是他最喜欢的消遣,在铁路旅行。纵列列出已知元素的原子量增加,是一个新列开始每当这个使他具有类似特征的元素融入同一水平行。

其他化学家指出,几组元素——尤其是碱金属和卤素——显然是在一起。但许多人——尤其是稀土元素(镧系元素)——然而他们安排提出了问题。此时,门捷列夫,不像他的大多数前任,拒绝放弃斗争。

如果一个元素的位置在他的表似乎反常,他愿意调整其原子量给它更多的同伴兼容。例如,他提议同氧化铍的公式,而不是接受₂O₃。这降低了铍的原子量,让他来定位而不是镁铝。

1869年3月6日第一个草图的表提出了俄罗斯化学学会(他曾帮助一个组织建立在几个月之前)。当年晚些时候学会的期刊出版版本,一个简短的摘要的出现在德语翻译。外面没有引起多少注意俄罗斯但是门捷列夫坚持了下去,继续拿出更多的卡片在他的桌子上。

头脑空白

修改后的图门捷列夫在1871年出版的看起来更熟悉现代的眼睛。编译它他进一步的假设。例如,他降低了碲的原子量,使邻国碘越重。这让他与卤素碘,与硫和硒和碲。这样的调整可以说在实验误差范围内。但是门捷列夫不可能预见到原子序数而不是原子量后来成为表的排序原则,或者确定同位素质谱最终解释这些和其他异常。

以同样的无畏,门捷列夫的相干增强表留下空白的未来元素来完成他设想的模式。除了预测它们的化学特征,他也指定他们名义值比重、熔点等物理性质。

第-镓-确定光谱方法由法国化学家保罗Lecoq de Boisbaudran在1875年。当足够的用于测试,所有镓的属性匹配门捷列夫的预测——除了它的比重,这似乎是4.7。然而,门捷列夫推荐新的测量后被发现与他的预测图5.9 -几乎相同。

钪的发现在1879年和1885年锗-展示属性门捷列夫曾预测——说服更多的化学家,他的表,尽管其剩余异常,太有用了,不容忽视。与此同时,其他研究人员(特别是洛萨Meyer)在德国还强调了周期元素的物理性质的变化。门捷列夫后来说:“虽然我已经怀疑一些模糊点,但我从来没有一次怀疑这部法律的普遍性,因为它不可能是机会的结果。“[门捷列夫,op cit]

虽然他对周期性的首要原则是正确的,门捷列夫并非一贯正确为先知。他预言从来没有发现其他几个元素。他认为,直到他生命的最后,醚-一个重要但察觉组件然后接受光和电磁理论,是一种化学元素,即使他没有隔离的实验室。他认为这可能是最轻的惰性气体,原子量为0.17。

晚年

在他的私人生活,门捷列夫是公然非传统的。他剪头发和胡子修剪一年只有一次,甚至拒绝改变这种习俗与沙皇观众。同时,国内安排有点不规则。1862年,他结婚Feosva Lescheva,带领她的方向,一位好心的姐姐认为这是他定居下来。这对夫妇有两个孩子,但经过一段时间的增加相互不满他们同意分开,时而俄罗斯占领的城镇的房子和他的国家撤退。

几年后Dmitri爱上了安娜·波波夫一个17岁的艺术的学生。当安娜的父母寄给她继续她的研究在罗马,德米特里跟着她,1881年,47岁的求婚。安娜接受,但即使在俄罗斯和Feosva离婚一个进一步的障碍依然存在。俄罗斯东正教承认民事离婚,但要求后续的婚姻之前七年的时间间隔。然而,俄罗斯在1882年发现了一个牧师愿意(大量费用)执行仪式过早,尽管他们模糊的-和技术重婚的情况下,两人幸福地生活在一起,四个孩子。

在政治上,门捷列夫也是一个特立独行的,直言不讳地自由辞职他教授在1890年分离自己从政府严厉镇压学生抗议活动。这个手势是由他的学生们欢迎但在官场引起敌意。然而,Sergius威特,俄罗斯财政部长从1892年开始,欣赏门捷列夫的价值的贡献,1893年任命他的政府的度量衡局。从这个基地他继续应用科学知识帮助俄罗斯的经济发展。

1905年伦敦皇家学会尊敬门捷列夫科普利奖章,已经收到了1882年戴维奖章。1906年,他被提名为诺贝尔奖,但是尽管化学面板支持他候选人颁奖委员会裁定,他最近发现没有足够的资格审议。这个决定可能是受到瑞典物理化学家Svante Arrhenius曾与门捷列夫在过去发生了冲突。

近半个世纪以来在他死后1907年,门捷列夫加入一个更高级俱乐部。1955年物理学家在加州大学伯克利分校的校园用α粒子轰击99号元素(锿)生产101号元素的痕迹。正式确认为“钔”,这个新元素嵌入图标,他创造了他的名字。那时的表的布局变得可以解释亚原子结构和量子能量交流,在门捷列夫的详细程度无法预见。然而,这绝不减少他的成就的地位。

别人在他面前表明已知元素的列表可能会安排在一个有意义的模式。他们指出重要的通讯,但没有发现明确的图片。然而,门捷列夫,确信化学元素必须被视为一个集体的实体。带着这种信念,他把他的表一致性通过大胆修改一些已知的元素的位置,并通过为别人留下缺口还未被发现的。尽管他的预测是不正确的,但他取得了足够的支安打建立他的表作为我们理解的基础元素,并确认他的地位是现代化学的创始人之一。

Mike Sutton是科学历史学家位于纽卡斯尔的英国

进一步的阅读

W H布洛克,丰塔纳化学的历史,丰塔纳出版社,1993年
M Fontani, M科斯塔和M V Orna,丢失的元素:元素周期表的影子,牛津大学出版社,2015年
E R Scerri,元素周期表:它的故事,它的重要性,牛津大学出版社,2006年