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    门捷列夫发现元素周期律的历史考察.pdf

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    门捷列夫发现元素周期律的历史考察.pdf

    化学教学 2011 年第 5 期 65妙 题 精 解 化 学 史 话教学参考原子分子学说的形成,它的直接后果则是化学元素周期律的发现和分子化学结构理论的建立,因为基于原子分子学说,原子量的正确测定和分子的化学式(分 子 式)的 正 确 表 达 有 了 可 靠 的 理 论 依 据。众 所 周知,正确的原子量是元素周期律的出发点,而正确的的分子式则是化学结构理论的必要前提。从十九世纪中叶 起 ,近 代 化 学 家 们 以 原 子 分 子 学 说 为 基 础 ,运 用 新 的实验方法积累更多的经验材料,沿着以上两个方向开拓着化学理论的新领域。本文重点考察门捷列夫发现元素周期律的艰难而又光辉的历程。1 母爱给力俄国化学家门捷列夫(1834-1907)诞生于远离莫斯科和圣彼得堡千里之外的西伯利亚托波尔斯克城。父亲是中学校长,是位受人尊敬的优秀教师;母亲相夫教 子,是 位 能 干 的 贤 惠 妇 女 。1847年,父亲病故,不久母亲的玻璃工厂又遭火灾,门捷列夫一家受到沉重打击。坚强的母亲抛弃对故土的留恋,领着尚未能自立的门捷列夫长途跋涉前往莫斯科,决心让自己的小儿子获得良好教育的机会。几经波折后,于1850 年来到了圣彼得堡大学附属的师范学院,终于如愿进了该学院的理学部。此时,母亲已经竭尽全力;过 了十 周 ,终 于 离 别 人 世 含 笑 于 九 泉 之 下。因 为 她 终于完成了自己的宿愿,把自己心爱的儿子送进大学深造。怀着对母亲深沉的热爱和对科学真理的追求,年轻的门捷列夫开始走上了一条探索和奋斗之路。1859年 他 被 选 送 法 国 和 德 国 留 学 ,曾 师 从 著 名 科 学 家 本 生(Robert Bunsen)和基尔霍夫(Gustav Kirchoff)。期间还参加了1860 年卡尔斯鲁厄国际化学会议。1866 年起担任圣彼得堡大学的化学教授,在该校任职直至1890年退休。门捷列夫科学生涯的转折点发生在1867年10月。当时他担任了圣彼得堡大学的化学系主任,他发现教学过程中没有一本合适的教科书,于是决定自己编写。他编写的一本概括化学基础的书,书名为化学原理(The Principles of Chemistry)。正是在编写化学原理的过程中,门捷列夫深入研究了物质的化学性质及物理性质与元素的原子量、化合物的分子量之间的关系,使他开始触及到元素分类的规律性。由此也开始了他发现元素周期律的历程。门捷列夫究竟如何发现了元素周期律这是人们颇感兴趣的问题。在相当长时间内,曾有多种关于门捷列夫发现周期律的传说,其中流传甚广的一种是说“门捷列夫是在玩纸牌的时候,偶然发现了周期律”。但这只能说是“事出有因,查无实据”而已。还是让我们来考察一下门捷列夫本人的回答吧“人们曾经不止一次地问我根据什么和从怎样的思想出发去发现周期律我只能这样答复我把自己的力量贡献给物质的研究时,曾经看出这种研究含有两个这样 的 特 点 一 是 质 量 ,它 占 有 空 间 并 且 表 现 在 引 力 方 面 ,而 最 清 楚 和 最 现 实 的 是 表 现 在 重 量 上 ;二 是 特 性 ,它 表现在化学变化中,而最清楚的是表现在化学元素的概念中。每当想到物质的时候,除了关于物质的原子概念外,对我来说,决不能避开两个问题‘什么物质’和‘多少物质’,而这跟化学元素及其质量这样的概念相符合。由此使我产生一种想法认为在质量和化学元素中间必然有种内在联系,应该找到在元素的性质和它们的原子量之间的函数关系。据此,我把元素和它们的原子量以及种种基本性质写在一张张卡片上,尝试把性质相似的元素和相近的原子量排成行列。(这就是传说中的所谓玩纸牌游戏的缘由编者注)这样我很快得出了一条结论元素的性质是随着它们的原子量而周期地变化的。这时虽然还存有不少疑问,但是我对这个结论的普遍性已经丝毫不再怀疑了,因为这样的偶然性是不可能发生的”(摘自门捷列夫化学原理)。门捷列夫发现元素周期律的历史考察盛根玉华东师范大学, 上海 200062摘要 本文对门捷列夫发现元素周期律的历史作了全面考察,还对门捷列夫在科学结论上的特点及其缺陷作了比较详细的陈述 、介 绍 和 评 价。关键词 门 捷 列 夫 ;元 素 周 期 律 ;化 学 史文章编号 1005–6629201105–0065–05 中图分类号 G633.8 文献标识码 E化学教学 2011 年第 5 期66化 学 史 话教学参考由 上 可 见 ,门 捷 列 夫 叙 述 他 的 科 学 发 现 的 指 导 思想 是 多 么 简 单 明 了,但 却 又 是 那 么 值 得 人 们 回 味 。因 为这段自述告诉我们主张元素的性质和它们的原子量之间存在着内在联系和客观规律,这在门捷列夫思想上是十分明确的。他坚信,寻找元素的性质及其相似性和它们原子量之间的关系,乃是最简捷和自然的方法。正是这种思想方法导致门捷列夫发现了元素周期律,使得化学第一次在科学家们面前呈现出一种系统化整体的图景。门捷列夫深深懂得,即使探索元素周期律的基本思想在自己头脑里酝酿成熟,但要把这个规律完全揭示出来,仍然是一件十分困难的事情。他决心依照母亲临终之前的遗训行动“不要依靠幻想,不能依靠空谈,应该依靠实际行动去追求自然之神和科学真理的智慧,并 要 持 之 以 恒 、经 久 不 倦 。”2 探索周期律在门捷列夫元素周期表发现以前,人们在积累、收集元素知识材料和探索元素间的联系规律方面,做了大量的艰苦工作,所提出的元素的分类方法不下五十余种 。但 是 ,当 时 的 化 学 界 对 原 子 量 和 元 素 特 性 间 的 辩 证关系认识尚欠不足;再加上科学家思想方法片面性等条件限制,所以尽管人们付出了巨大的劳动,但建树甚微。借鉴史实,门捷列夫敏锐地觉察到“单是事实的收 集 ,哪 怕 收 集 得 非 常 广 泛 ;单 是 事 实 的 积 累 ,哪 怕 是积累得毫不遗漏,都还不能使你获得掌握科学的方法,不能向你提供进一步成功的保证”。由此,门捷列夫充分意识到掌握正确的科学方法,对揭露元素之间的规律性联系是至关重要的。为了揭露这种联系,门捷列夫首先分析了以往的对相似元素的全部分类法。他把当时所有的元素分类法区分作“人为的和自然的两种”。所谓“人为的分类法”仅是基于各种元素的某些个别 特 性 进 行 分 类 。例 如 ,根 据 元 素 对 氧 或 氢 的 关 系 来 对元素进行划分。门捷列夫认为,这样的划分会使人们把“无疑是极为相似的元素分隔开来”。以元素铋为例,因为它不易跟氢形成化合物,据此就会把与它相似的元素(氮和磷)分为不同的类。若以元素的金属性与非金属性进行分类也有很大的局限性。门捷列夫认为,元素的金属性与非金属性之间的区别初看起来好像是绝对的,而事实上却是相对的。例如,在金属与非金属之间存在着砷、锑等所谓“准金属”(或“半金属”)元素。同时不仅不同元素之间的性质界限是相对的,而当以严密实验进行考察时,发现每个元素本身也存在着某些对立的性质特点(例如铝、锌及其化合物等的两性表现)。门捷列夫还详细分析了许多化学家依据元素的“原子价”进行元素分类的种种尝试。他指出,对许多元素来说,原子价取决于该原子与之起化学反应的另一元素的变数值。例如,氮在跟氢的化合物中是 3 价,而在跟氧的化合物中则是 35 价。甚至在跟同一元素形成的化合物中,一个元素会表现出不同的原子价(即变价)。例如铜、汞和氧或氯的化合物等。以上这些被门捷列夫称之谓“人为的元素分类法”的主要缺陷在于单纯的归纳;而把元素的性质单一化、绝对化,并据此对元素加以分类,这实质上是片面的、形而上学的。此外,门捷列夫把根据元素化学性质的总和进行的元素分类(例如卤素、碱金属等)称为“自然分类法”。在这些类别中,已发现某些元素原子量之间简单而有规律的联系。跟“人为的分类法”相比,它有所进步;但门捷列夫不满足于此,他指出这种元素的自然分类法只是提供片断的,局部的知识联系,还不能形成元素的完整体系。在详细分析所有现存的化学元素分类法以后,门捷列夫得出结论迄今为止“在研究元素时所能达到的一步,仅仅限于最相似的元素归为一类。这种研究恰如植物或动物的分类法,也就是说这种分类研究是描述式的,不能对未掌握在研究者手中的元素作出某些预言 ”。于 是 他 随 即 给 自 己 提 出 了 揭 示 所 有 元 素 间 的 规 律性联系,并进而对元素从整体上进行理论概括的任务。与自己的前辈不同,门捷列夫不是为了单纯分类而分类,他给自己的任务是发现客观规律,找出元素系统遵循的普遍规则。正如他自己所说那样“依我看来,使我的系统和前辈们的主张有区别,基本特点就在于把性质不相类似的元素作对比。除了不多几种例外,我也沿用了前辈们的方法,按性质类似的元素分成类,但是 我 的 目 的 是 要 研 究 各 类 相 互 关 系 的 规 律 性 ”。为此,必须探求统一的、对所有元素都是共同的基础,这种基础能够反映出化学元素间的一致及其间的区别。门捷列夫指出,元素的原子量就是这样的基础。因为这种性质能被正确测定,并表达出原子的相对质量,而且在化学变化过程中保持不变。以往的元素分类法主张性质不相类似的元素的原子量,不存在互相可比性,可是恰恰就在性质不相类似的元素比较中,发现了元素性质随原子量而变化的规律性。3 建立勋业为了 揭 示 元 素 间 相 互 联 系 的 规 律 ,即 如 何 科 学 地表达和论证这个规律,门捷列夫着手进行更为艰巨,也是更具创造性的研究工作。在门捷列夫时代,当时总共知道的元素是 63 种;而其中有 7 种元素的原子量当时化 学 史 话化学教学 2011 年第 5 期 67化 学 史 话 化 学 史 话教学参考已发现有明显的错误。此外还有几种元素的原子量远未达到测量准确的程度。在这种情况下,如果单纯按现有的元素原子量大小的顺序排列,必然产生不可克服的矛盾。例如,按当时公认的原子量铍是 13.5,应该排在碳和氮之间。但从元素间的相互关系和铍的化学特性来看,应排在锂和硼之间。门捷列夫判断,铍的原子量数值有问题。经重新测定和反复验证,铍的原子量被校正为 9.4;从而消除了原来的矛盾。同时,门捷列夫还考虑到在某些地方即使原子量数据可靠,也不能按原子量大小顺序机械地加以排列。因为这样就不会给尚未发现的新元素留下空位,而将它们排除在外。在 这 里 ,指 出 这 样 一 个 事 实 是 十 分 重 要 的 门 捷 列夫在进行元素排列时,他不仅依照原子量,而且强调依照元素特性的总和以及该元素与其他元素的联系。一个元素的排列位置不仅对应着一定数值的量,而且包含 着 丰 富 内 容 的 质 。因 此 ,正 是 元 素 的 这 种 排 列 位 置 ,反过来又成了门捷列夫重新审核和订正多个元素原子量的根据。当“位置”和“性质”发生矛盾时,门捷列夫更倾向于根据元素性质的总和来考虑其位置的排列。例如,碲和碘、钴和镍两对元素在元素性质和按原子量递增顺序进行元素排列的位置上存在着矛盾。1869 年门捷列夫在发表第一张元素周期表时,尽管当时测得的原子量数值碲大于碘(Te128 ,I127),但他还是把碲按照原子量递增顺序颠倒排列在碘的前面。同时他在碲的原子量数值后面加了个疑问号,以表示他对这个原子量数值存在怀疑,并期望再进一步研究时碲应当具有比碘较小的原子量。关于钴和镍的排列,门捷列夫认为也存在着类似情况。以上史实表明,在门捷列夫看来,对于表征元素的特性而言,元素的原子量和它们的化学性质都是同样重要的。以至他有时不惜从形式上“破坏”他自己规定的按原子量递增的次序排列元素的方法。从实质内容来考察,这恰恰正是避免了把这种排列方法加以机械运用和简单化。更可贵的是,门捷列夫在把元素按原子量递增的顺序排列时,在元素化学性质变化的自然进程即递变过程发生中断的地方,把元素的行列断开,留出空位。这样做,一则给尚未发现的元素留下位置;其次又预测了几种有待发现元素的化学性质与物理性质。这些研究工作突现了门捷列夫的科学智慧和把自己理论观念转化为科学方法的卓越见识。人类对元素认识的历史终于来到了一个转折点。对元素原子量的修订和对未知元素性质的预言,标志着门捷列夫在揭露元素间相互关系的规律上取得了重大 突 破,在 元 素 分 类 系 统 方 面 达 到 了 新 的 理 论 高 度 。1869 年 3 月18 日,俄国化学会举行学术报告会。门捷列夫因病未能出席,他委托圣彼得堡大学教授、有机化学家门许特金代表他宣读论文元素性质与其原子量的相互关系,其基本观点是“按照元素原子量大小排列起来的元素,呈现出明显的性质上的周期性”。紧接着在 1870 年和 1871 年发表的论文元素的自然系统及在指明未发现元素的性质上的运用和化学元素的周期性中,门捷列夫大胆预言了三个未发现元素(类硼、类铝和类硅)的物理性质和化学性质。至此,可以说 化 学 元 素 周 期 律 终 于 被 发 现 ,门 捷 列 夫 建 立了 科 学上的一个勋业。应该指出,试图探索元素周期性规律的并非门捷列夫一人。德国的段柏莱纳(三元素组分类法提出者)、法国的尚古多(元素性质的螺旋图提出者)、英国的纽兰兹(元 素八音律分类 法 提 出者)和 德国的 迈 耶尔等 差不 多 跟 门 捷 列 夫 同 时 都 在 从 事 这 方 面 的 研 究 ,并 作 出过不同程度的贡献。尤其是德国化学家迈耶尔(1830-1895)几乎跟门捷列夫同时宣布了元素周期律的发现,但他对元素周期律的认识与理解远不及门捷列夫的深刻。首先,迈耶尔对元素周期性进行理论概括时,特别重视的是元素的物理性质,而门捷列夫则十分注重元素化学性质的周期性演变。其次,在科学方法的认识与运用上,迈耶尔显得比较狭隘和保守,而门捷列夫则比较宽广和大胆。这表现在门捷列夫既强调在观察和实验的基础上,通过全面的比较和自然的分类,从质和量的关系上去对化学元素的自然体系进行理论概括;又主张只有把归纳和演绎、分析和综合结合起来,才能发现一般规律、敢于作出科学的推测或预见。他对某些公认原子量的校正 和 对 类 铝(镓)、类 硼(钪)、类 硅(锗)的 预 测 就 是 鲜明的例证。而在这些方面,迈耶尔与之相比显得大相径庭,他过分谨慎不敢多作推测。即使在讨论修正一些元 素 的 原 子 量 时 , 他 还 说 “ 仅 仅 根 据 因 为 不 符 合 周 期律这点理由,就对原子量进行更正,我认为这样做法过于轻率”。由此可见,门捷列夫和迈耶尔两人在对待周期 律 的 重 要 意 义 和 信 任 程 度 上 ,是 存 在 着“ 坚 定 ”和“ 不够坚定”之别的。正是从这个意义上说,真正发现元素周期律的是门捷列夫;而他之所以能建立这一科学勋业,显然是和他上述富有特点的研究方法分不开的。4 走向辉煌门捷列夫之所以敢于把还没有发现的元素的预言公开发表,既说明他坚信自己的预见是正确的,同时也准备让自己发现的元素周期律接受严峻的考验。正如门捷列夫所说“我决定这样做,是因为在我预言的那化学教学 2011 年第 5 期68化 学 史 话教学参考些物质中,要是有一种被人发现,我马上就能彻底相信,并使其他化学家也相信作为我的周期系的基础的那些 假 设 是 正 确 的 。”令人欣喜的是门捷列夫所发现的元素周期律经受住了实践的检验。他所预言的类铝、类硼和类硅三个元素,在此后的十五年内果然都被相继发现。令人惊讶和钦佩的是,还发现用实验方法测定它们的性质结果竟和门捷列夫的预言几乎完全符合。1875 年,法国化学家布瓦勃德朗(1878-1912)用光谱分析法发现了类铝,即新元素镓,一切特性都和门捷列夫预言的一致,只是比重不同。门捷列夫闻讯后致信 巴 黎 科 学 院 ,指 出 嫁 的 比 重 应 该 是 5 . 9 左 右,面 不 是4.7。布瓦勃德朗设法提纯了镓,重新测量比重,结果是5.94。从而证实了门捷列夫的预言。对此,布瓦勃德朗曾不胜感慨地说“我想已经没有必要再来证实门捷列夫的理论见解对镓的比重有着多么巨大的意义了。”1879 年,瑞典化学教授尼尔松(1840-1899)发现了类硼即新元素钪。关于该发现,尼尔松指出“新元素钪无疑就是类硼这样看来,俄罗斯化学家的见解是证实了,他不但预见到他所命名的单质的存在,还预先 指 出 了 它 的 一 些 最 重 要 的 性 质 。”1886 年,德国化学教授文克莱尔(1838-1904)发现了新元素锗,这就是门捷列夫预言的类硅。文克莱尔对 此 作 了 证 明 ,他 说“ 从 前 只 是 假 定 的 类 硅 果 然 发 现 了 ,证明元素周期性的学说的正确性的证据,难道还有比这更明显的吗这证据当然不只简单地证明了这个大胆的理论,它还意味着化学视野的进一步开阔,在认识领域 中 迈 进 了一 大 步 。” 面对一个又一个相继出现的奇迹,门捷列夫的心情感到无比的欣慰。在 1889 年的夏天,他接受英国化学会的邀请,参加了“纪念法拉第的学术讲演会”。他在讲演即将结束时说“二十年前我们发现了周期律,并根据它预言了尚未发现的三个元素的性质。那时曾指出过这样性质的元素将来是一定会发现的。但是并没有想到能在我的有生之年就会发现它们。”18941898 年惰性气体的发现,使门捷列夫的元素周 期 系 理 论 又 经 受 了一 次 严 峻 的 考 验 。1 8 9 4 、1 8 9 5 年 英国科学家雷姆赛(Ramscu,1852-1916)发现了元素氩和氦。当时他根据元素周期律,设想这两种元素可能属于新的一族,在自然界中必然还有位于氦和氩之间和在氩之后的元素存在。雷姆赛写道“学习我们的导师门捷列夫的榜样,我要尽一切努力去找寻久已期待和久经推测的氦和氩之间的气态元素的性质和关系,把空格填补 起 来 。”雷 姆 赛 等 在 自 己 的 探 索 中 遵 循 周 期 系 理 论 的正确指导,于 18951898 年又发现了三种新元素氪、氖 和 氙 。雷 姆 赛 的 预 言 同 样 也 被 证 实 了 门 捷 列 夫 本 人尽管在 1869 和 1871 年的周期表中根本没有考虑氦等惰性元素的位置,留出空格。但是他勇于尊重实践,面对惰性元素的发现,他当时指出必须补充元素周期表,可以在周期表上开辟一个走廊。结果在周期表中增添了一个零族,进一步完善了周期系,这也构成了一个新的认 识 循 环 ,并 使 周 期 系 理 论 得 到 了 发 展 。5 得失启示录门捷列夫自发现元素周期律以后,一面使周期系完善化,一面试图阐明元素周期律的原因。当时在门捷列夫面前存在着两条道路,沿着它们前行都有可能揭示周期律的原因一条是努力揭示出决定元素性质的质量(重量、引力)的实质是什么;另一条道路是深入到原子本身结构的秘密中去,并在那里探寻元素性质为什么发生周期性变化的答案。门捷列夫认为第一条道路似乎正确,它能直接导致问题的解决。对第二条道路,他开始时也并没有加以摒弃。门捷列夫倾向选择第一条道路决非偶然。因为当年青的门捷列夫登上化学舞台之际,他所面对的就是要去着手把关于个别元素的全部现有材料加以系统化和从理论上加以概括的重大任务。为此需要确定化学和物理学之间的紧密联系;换句话说,化学需要物理学(力学)给力。因为在那时,物理学尤其是牛顿力学已经取得 辉 煌 的 成 就 ,力 学 的 观 点 广 为 渗 透 到 各 个 领 域 。年青的门捷列夫在他从事科学活动的一开始,就以广泛的物理 力学 观点来阐释化学问题则是很自然的。事实上,在门捷列夫的研究工作和牛顿的万有引力定律之前,的确存在着深刻的内在联系。门捷列夫曾说过“我脑子里老早就有一个钟爱的念头,要运用不朽的牛顿第三定律(这条定律说两个物体间互相作用的力,大小相等,方向相反)来理解化学变化的机制。”不仅如此,他还曾指出,牛顿的定律虽然在运用到大物体(即大尺度范围)方面经受住了千百次考验,但却还没有人用它来解释原子世界中发生的种种现象。而门捷列夫正是第一个尝试把万有引力定律运用到原子世界里去的人。由此可见,牛顿力学的观念在门捷列夫头脑里的影响是相当深的。他认为只有深入到“化学力学”的秘密中去,才能指望理解元素周期律的原因。据此,门捷列夫 指 出 ,首 要 的 任 务 是 必 须 解 答 什 么 是 质 量 的 问 题 ,而不必深入到原子内部结构问题中去。只要这个任务能够解决,不但能揭示元素周期律的原因,同时也能有助于揭示原子内部结构的秘密。化 学 史 话化学教学 2011 年第 5 期 69化 学 史 话 化 学 史 话教学参考门捷列夫这种力求首先研究质量及引力的强烈渴望,很显然是反映了他对化学力学(即把牛顿力学的观点运用于原子世界、阐明化学变化的机制)的自信。而这种建立在牛顿力学即机械论观念上的自信在科学发展的一定阶段也许是合理的,但却是与科学的进步相背离的。以至当物理学的新发现已经冲破牛顿力学范畴、自然科学已经面临着一场伟大革命的时候,门捷列夫还是固守陈见、怀疑以至反对物理学的新发现。他甚至认为“ 承 认 原 子 可 分 解 为‘ 电 子 ’,依 我 看 来 ,这 样 只 会 使事 情 复 杂 化 ,而 丝 毫 也 不 能 澄 清 事 实 ”。( 摘 自 化学 原 理 第 7 版 ,1 9 0 3 年 版 第 8 页 )门捷列夫还特别不相信元素的放射性蜕变的实验事实。他认为铀原子内集中了大量的能,应该具有特殊性质,至于从铀会不断放出氦(α射线)和其他元素却是 难 于 置 信 的 。他 一 直 把 这 种 放 射 现 象 仅 仅 看 成 某 些元素的性质,认为某些元素能够有这种性质,如同铁可以具有磁性一样。至此,门捷列夫完全摒弃了探索周期律本质的第二条道路,从而也失去了进一步去科学探求元素周期律本质的机会。门捷列夫不仅自己怀疑这些新发现,而且还号召化学家们把自己的活动限制在不变元素的研究里,只去利用周期律而不必去追求其内在实质的解释,“就象不知道万有引力的原因还是可以利用万有定律一样,化学上发 现 的 那 些 定 律 ,尽 管 还 没 有 求 得 解 释 ,也 可 以 用 来 达到 化 学 上 的 目 的 。”他 在 1 8 8 4 年 这 样 说 过 以 后 ,就 再 也没有改变过自己的观点。总之,促使门捷列夫怀疑以至反对物理学新发现的一个重要原因,是由于他没有克服因承袭牛顿力学而带来的机械论观点。这是一种历史的局限性在当代化学家身上的表现。还需要指出的是,门捷列夫对自然规律的理解存在着片面性。这是他止步周期律原因揭秘之门的另一个 重 要 原 因 。他 曾 十 分 自 信 地 断 言元 素 周 期 律 是 个 自然规律,而“自然界的规律是没有例外的,它们和文法上的规则不同的地方就在这里。”但是,面对现实他又不得不承认,元素性质随原子量的递增而发生周期性变化的规律,在某些情况下是可以违反的、也就是说是可以有例外的。 例如钴镍、碲碘等例外情况)门捷列夫曾经年复一年地等待化学家们给镍和碘作增大原子量,或给钴和碲作减小原子量的修正。但是,他的希望落了空,这个历史事实表明,门捷列夫不懂得这样一个自然界辩证发展的道理自然规律固然是根本不能取消的,但是这些规律借以实现的形式在不同的历史条件下是能够发生变化的。既然发现元素周期律这个自然规律有例外,说明人们对这个自然规律的认识有局限,还需深化。 元素周期律的发现,说明各种化学元素、各种不同的原子之间并不是彼此孤立,而是有着深刻的内在联系的。这预示着人们的认识将要深入到物质的更深层次原子结构里去。而对原子结构的研究,反过来必然会加深对元素周期律本质原因的认识,科学发展的历史进程完全证实了这一点。1913 年英国物理学家莫塞莱(Moseley)通过 X 射线的研究揭露了原子序数是原子的核电荷这一本质,改变了元素周期律的叙述形式“化学元素的性质是它们原子序数(而不再是原子量)的周期性函数”。这是人们对元素周期律的一个重要的认识发展过程,并且它把元素周期系理论放在更正确更科学的本质基础之上。但是,人们的认识并未就此止步,继电子的发现和元素放射性的发现之后,逐步发展起来了原子电子层结构理论和原子核结构理论,使人们能够更深入地理解到周期律的本质原因化学元素的周期性决定于原子电层结构的周期性。元素周期律及元素周期系理论仍然还是人们在科学实践中总结出来的不断发展着的一个经验规律。至此,人们开始认识到原子的内部,认识到了周期律和周期系的本质、整体和内部联系了。这是人们在元素认识上的一个伟大飞跃。科学发展的历史进程充分证明,这是一条探索和 揭 示 元 素 周 期 律 本 质 原 因 的 正 确 道 路 。但 遗 憾 的 是 ,门捷列夫在晚年忽视、怀疑以至最终摒弃了这一条道路。抚今追昔,面对门捷列夫在元素周期律发现及其本质探索道路上的得失,使我们不无感慨对科学真理的探索是永无止境的,一个著名的化学家无论他取得多大的勋业,作出多大的贡献,都被深深打上了那个时代的印记。如果要超越时代的局限,那就需要更新的视野,需要一种超越自我的心态和勇气。但这谈何容易我们不能苛求历史上的化学家,门捷列夫也不例外。事实上早在 20 世纪 50 年代,苏联学者扎布罗茨基就曾指出“如果说门捷列夫在创作道路的开始,要求以广泛的物理观点来解释化学问题,那么晚年在解决广泛的物理问题上他开始捍卫的仅只是化学观点。因此这种与科学发展中的进步趋向背道而驰的企图没有得到成功是很自然的”。参考文献[1] 盛根玉,吴敬华.门捷列夫方法论初探 [J]. 华东师范大学学报(自 然 科 学 版),1 9 8 1(1).[2] 袁翰青,应礼文 .化学重要史实 [M]. 北京人民教育出版社,1 9 8 9 3 1 7 3 2 8 .[3][ 苏 ] 扎布罗茨基 . 门捷列夫的世界观 [M]. 香港三联书店,1959159.

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