门捷列夫发现元素周期律的启示

门捷列夫发现元素周期律的启示第29卷第5期

2009年lO月

河池学院

JOURNALOFHECHIUNIVERSITY

Vo1.29No.5

0ct.20D9

门捷列夫发现元素周期律的启示

韩锋

(河池学院物理与电子工程系,广西宜州546300)

[摘要]比较全面地分析门捷列夫发现元素周期律的历史背景和过程,讨论了元素周期律的本质和发展,

关 键词：麦克尔逊干涉仪 以太 迈克尔逊-莫雷实验的基本原理迈克尔逊- 莫雷实验的基本原理 赵德胜化学与化工学院 化学 三班 20061101155摘要：本文简要地介绍了麦克尔逊莫雷实验的科学背 景门捷列夫论文，重点阐明了实验的基本 原理方法。关键 词：麦克尔逊干涉仪 以太 赵德胜迈克尔逊-莫雷实验的基本原理迈克尔逊- 莫雷实验的基本原 赵德胜化学与化工学院化学 三班 20061101155摘要：本文简要地介绍了麦克尔逊莫雷实验的科学背景，重 点阐明了实验的基本原理方 法。关 键词：麦克尔逊干涉仪 以太 参考文献迈克尔逊-莫雷实验的基本原理迈克尔逊- 莫雷实验的基本原 赵德胜化学与化工学院化学 三班 20061101155 摘要：本文简要地介绍了麦克尔逊莫雷实验的科学背景，重点阐明了实验 的基本原理方法。

[中图分类号]G321.9[文献标识码]A[文章编号]1672—9021(2009)05—0ll4—07 [作者简介]韩锋(1943一),男,山西文水人,河池学院物理与电子工程系教授,主要研究方向:理论物理学

与物理哲学.

O引言

德米特里?伊万诺维奇?门捷列夫(1834—1907)被认为是19世纪俄罗斯最伟大的化学家,他出生在

俄罗斯西伯利亚的一个偏僻小城托波尔斯克,这是一个多子女的家庭,兄弟姐妹达14人之多,他是最年幼的

一

个.父亲伊万?巴甫诺维奇?门捷列夫毕业于彼得堡中央师范学院,是一个知识渊博的知识分子,曾先后

担任过当地两所省级学校的校长.门捷列夫出生刚几个月,父亲就因患眼疾双目失

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明而失去了工作.母亲

为养家糊口开始经营一个小玻璃厂,神奇的玻璃制造工艺使童年的门捷列夫接受了物理和化学方面的初步

启蒙教育.门捷列夫在学校读书的时候,有一位很有名的化学教师,经常热情地向他们介绍英国科学家道尔

顿的原子论,化学这一门科学激动着门捷列夫年轻的心,他的思想更加开阔了,他决心为化学科学贡献一生.

1849年,15岁的门捷列夫刚刚中学毕业,父亲就去世了,母亲的工厂也因失火而倒闭.顽强的母亲把他

带到莫斯科,希望能让儿子进入名牌大学深造,可是没有一所大学对他敞开大门.1850年,母亲又带他到圣

彼德堡,终于在他父亲的一个朋友的帮助下考进了彼得堡中央师范学院数理自然科学系.彼得堡中央师范

学院附属于彼德堡大学,有不少着名学者来校授课,门捷列夫受到了很好的熏陶.他没有辜负母亲的厚望,

1855年以优异的成绩从学院毕业.毕业后,担任过中学教师.他一边教书,一边在简陋的条件下坚持进行

研究.1857年他被批准担任彼得堡大学化学副教授,负责讲授《化学基础》课,当时23岁.

1860年9月,门捷列夫参加了在德国卡尔斯鲁厄举行的国际化学会议,在会上,意大利化学家康尼查罗

散发的《化学哲理课程大纲》给门捷列夫留下深刻印象.为了探索元素的正确分类法则,门捷列夫出国考

察,他在法国和德国的学习和考察大大开阔了他的眼界.门捷列夫于1865年被聘为彼得堡大学教授.

1869年,门捷列夫确立了最初形式的元素周期律,不但把当时所有已知的元素组成一个统一的自然体

系,而且还预言了当时尚未发现的新元素.元素周期律的建立成为了整个现代科学和技术的一块重要基石.

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他的名着《化学原理》被国际化学界公认为标准着作,前后共出了八版,影响了一代又一代的化学家.门捷

列夫对科学真理的追求孜孜不倦,一生涉猎过很多的科学领域,包括化学,物理学,气象学,地质学,矿物学

等,甚至包括经济学和社会学.门捷列夫确实是一位伟大的科学家. 1907年2月2日,73岁的门捷列夫因心肌梗塞坐在他的书桌前去世,去世时手里还握着笔.送葬的队

伍有几万人,在队伍的最前头,是由十几个青年学生扛着的一块大木牌,上面画着很多方格,方格里写着

"C","O","Fe","zn"等元素符号.

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1元素周期律发现的历史背景

l9世纪初,道尔顿的原子论提出以后,人们对化学元素的概念就更加清晰了.到1869年时,已经发现

的元素达到了63种,当时最令化学家激动的事莫过于发现一种新元素了.然而,世界上究竟有多少元素,它

的数量是有限的还是无限的?这些化学性质不同的元素有没有什么内在的联系?对事物分类和寻找其中的

规律,是科学家的份内之事.罗蒙诺索夫说:"为什么许多人要在物理和化学上作实验?为什么伟大人物们

把危险的实验当作自己的工作和生活?不是正因为要搜集巨大数量的杂乱无序的物质,要在其中思索出它

们的排列和秩序来吗?"

当然,最终周期律能被科学界所接受,还是要取决于它的预言能力.门捷列夫不但大胆地修正了一些当

时测错的原子量,而且预言了当时尚未发现的一些元素,在周期表中给它们留下空位.而他之所以敢这么

做,完全取决于他对自己理论的自信.他曾对他的朋友这样说过:"许多不明了的地方使我为难,但我没有

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一

分钟怀疑过我所做的结论的正确性."他认为:"只有从一条定律演绎出种种推论,诸如没有它就不可能作

出预见的推论,并且用实验和进一步的证据证明这些推论,才能确证这条定律." 之前由于分不清原子和分子,所以在原子量的测定上出现了许多矛盾.经过意大利物理学家阿伏伽德

罗细致地考察,终于发现了问题的症结,于1811年明确地提出了分子的概念:分子是物质中能够独立存在并

保持该物质一切化学性质的最小微粒.单质的分子是由相同元素的原子所组成.从而,在同温同压下,相同

体积的不同气体具有相同数目的分子(而不是原子!).

经过将近50年的反复曲折,特别是气体分子运动论的成就和爱因斯坦的布朗运动理论在实验上得到证

实,关于原子和分子的真实存在已经是二个不争的事实.到了19世纪6O年代,物质的原子——分子论终于

获得公认而被完全确定了下来.它结束了在化学式,原子量,化合价问题上长期的混乱局面,不但成为整个

化学理论的基础,而且也已经成为整个自然科学的基本信念.

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?这些

问题,在当时的化学界还都处在探索阶段.虽然有些化学家如德贝莱纳和纽兰兹等从不同角度发现了元素

间的某些联系,猜到了其中的一些规律性,但是由于他们没有把所有的元素作为一个整体来概括,所以他们

的工作还都是初步的.然而,这些工作对年轻的门捷列夫无疑是有启发作用的,尤其是德国学者迈耶尔认为

元素的性质是其原子量的函数的思想,就成为后来门捷列夫元素周期律的基本主导思想.

19世纪初叶,整个科学界还处在搜集科学事实的阶段,精力都集中在积累个别事

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物和现象的具体知识.

而在化学界,化学家们则重在研究物质的化学成分和化学元素的性质以及各种化合物的特性.到19世纪中

叶,这些知识和事实在化学方面已经相当多了,积累了大量关于元素物理和化学性质的感性材料,这些材料

多,杂,乱,缺乏系统性.因此,整理和概括所积累的知识的任务就被顺理成章地提了出来.另一方面,相关

学科的发展也为成功地建立元素周期律提供了可能和条件.尤其是原子量测定工作的日益精确及原子价学

说的确立为元素周期律提供了必要的辅助手段.同时,19世纪上半叶能量守恒定律,进化论和细胞学说三

项重大发现,揭示了自然界内部的普遍联系和相互制约,彰显了物质世界内在的统一性,又从思想上促进了

元素周期律的发现.到l9世纪中叶,元素周期律思想便逐渐显露在化学家们的视野之中.

1829年,德国化学家德贝莱纳提出了"三元素组"的分类方法….把三种性质相似的元素划为一组,把

据分析，鹌鹑体内含有18种元素，其中常量元素（体内含量大于0.01%）有钙、磷、钾、钠、氯、硫、镁。五个一组，分别是：氢氦锂铍硼门捷列夫论文，碳氮氧氟氖，钠镁铝硅磷，硫氯氩钾钙。氢钠钾银正一价,钙钡镁锌正二价,一二铜,二三铁,二四六硫二四碳,三铝四硅三五磷,变价还有锰氯氮.钾钠氢银正一价,钙镁锌钡正二价,氟氯溴碘负一价,通常氧是负二价,铜正一二铝正三,铁有正二和正三,碳有正二和正四,硫有负二正四六.。

前后两元素原子量的平均值.1862年,法国化学家和地质学家尚古多按照原子量由小到大递增顺序排列了

一

个"螺旋图"来表现元素周期性J.他将已经发现的元素绘在一条带子上,然后将这条带子缠绕在一根柱

子上,如果垂直地从上往下看,就会发现这些元素之间有某些相似的性质.这就是说,每隔一定距离的元素

之间有性质的相似.

三十五年以后,1864年德国化学家迈耶尔基于元素的性质是其原子量的函数的认识,提出了一个包括

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