门捷列夫发明元素周期表,却因钻石乌龙与诺贝尔奖失之交臂

2024-11-23 21:28 来源: 高考学习网 本文影响了:1240人

我是氢,我最轻,火箭靠我运卫星;我是氦,我无赖,得失电子我最菜;我是锂,密度低,遇水遇酸把泡起;我是铍,耍赖皮,虽是金属难电离......

还记得这则悄然走红的化学元素顺口溜吗?还记得那些年把我们折磨的快疯掉的元素周期表吗?

今年,是化学元素周期表诞生的第150周年,为表庆祝,联合国将2019年定为了“国际化学元素周期表国际年”,并且这样评价:

“元素周期表是科学史上最卓著的发现之一,刻画出的不仅是化学的本质,也是物理学和生物学的本质。”

这一卓越贡献的发现者就是我们熟悉的俄国化学家——门捷列夫。

关于元素周期表,有很多为人津津乐道的传言。据说它的诞生源于门捷列夫的一个梦境,而且最初的周期表并不完整,但门捷列夫却十分笃定的给未知元素留了空位,还推算了这些未知元素的原子量,预言了它们的性质。

单凭这张元素周期表,门捷列夫堪称化学界的“门神”,他还被称为“俄国达芬奇”,如此伟大的科学家,却终身未获诺贝尔奖,最大原因竟与一个人的阻挠有关?是谁“夺走”了门捷列夫的诺贝尔奖?

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元素周期表的诞生契机,竟是为了教材编写

周期表诞生前的35年,门捷列夫的人生是充满坎坷的。

门捷列夫在家排行17,他出生后,家境日益窘迫。13岁时,他的父亲去世,家里更是一度揭不开锅。

但是贫穷并没有限制门捷列夫的学习,他从小便在数学和科学上展露了天赋,本以为能进入梦寐以求的大学,却因为“学区”规定被多所大学拒之门外。

无奈之下,“门母”三迁,最终在昔日同窗的帮助下,门捷列夫终于进入了圣彼得堡师范学院。

然而,好不容易进入大学的门捷列夫却接连收到了噩耗,母亲、舅舅、姐姐相继去世,就连自己也被诊断为肺结核(后又诊断并未患病)。即便这样,入学时成绩平平的门捷列夫到毕业时已名列前茅。

最终,门捷列夫在22岁时硕士毕业,并成为了大学的编外教员。为了生计,他辗转在多所高中授课,同时也开启了写稿子的高产人生。

《有机化学》的出版、德文《技术百科全书》的校对,让他在出版界赢得了很高的赞誉,1865年初,门捷列夫“转正”了,担任了圣彼得堡大学的技术化学教授。

无机化学是他的教学任务,面对这一不太熟悉的领域,门捷列夫做了一个决定——自己动手编写一本全新教材。没错,就是那本现在仍是化学专业大一新生的入门读物——《化学原理》。

当撰写到第二章的时候,门捷列夫需要将已知的化学元素整理成一个特定的表格结构,于是,在《化学原理》上卷完成后的一个冬夜,他经历了那个堪称传奇的梦境。

1869年2月的一个夜晚,门捷列夫经历了那个名垂青史的梦境:

当时世上为人所知的63种化学元素纷纷落在相应的格子里,组成了一张表。它们依照原子质量排列,随着质量的增加呈现出有规律的变化。

门捷列夫在醒来后立马在纸上依样画葫芦,只做了一处必要的修改。他发觉这种循环往复的变化与三角函数的跌宕起伏很相像,于是借用了函数周期的概念,将这张表格命名为——元素周期表。

门捷列夫在绘制化学元素周期表时,极有先见之明地留下空白。他意识到某些元素是缺失的,并且准确预测了缺失元素的性质。后来随着时间的推移,他预言的11种元素也一一被人找寻到。

他天才地发现了元素周期律,却没能因此获得诺贝尔奖。

据解密的档案记载,当时瑞典皇家科学会中有10名委员具有投票资格,其中有4人投给了门捷列夫,1人弃权,而其余5人则投给了另外一名候选人。

第二年,也就是1907年2月2日门捷列夫这位享有世界盛誉的俄国化学家因心肌梗塞与世长辞,那一天距离他的73岁生日只有5天,不少人认为这与他没能获得诺贝尔奖有很大关系。

究竟是谁击败了当时化学界的一代宗师——门捷列夫?他又有着什么更为惊人的贡献?

他就是法国化学家莫瓦桑。

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点石成金

莫瓦桑最引以为自豪的“创举”,就是他用石墨制得了世界上第一颗人造金刚石。

1892年他发明了电炉,将实验室化学反应的温度成功地提高到3500摄氏度,想利用它来制造金属碳化物、碳化硅和人造金刚石。

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诺贝尔奖官网上记录

他提出:“利用高温电炉把掺有碳的铁熔化,突然投入冷水中,铁水表面受冷急剧收缩时产生强大的压力,使包裹在其中的碳按着金刚石的结构排列就位,变成金刚石晶体。

他和助手烧了一炉又一炉,一炉又一炉,却只能得到一些淤泥状的石墨。但他坚信自己的思路是对的。终于在1903年,实验室里得到了一小块(0.7mm左右)的钻石。

莫瓦桑欣喜若狂,马上把这个成就上报了法国科学院。由于莫瓦桑是成名已久的著名科学家,法国科学院在没有再次验证的情况下直接向外界宣布这个令人振奋的消息——法国化学家研制出了人造金刚石。

这是真正意义上的“点石成金”啊,全世界为之沸腾。

1906年,“人造钻石”的光环,加上诺奖委员会内部排挤门捷列夫的政治因素,最后以5票对4票、1票弃权的投票结果,诺贝尔化学奖颁给了莫瓦桑。

欧洲的很多科研机构和钻石经销商们,在莫瓦桑生前没办法得到他们想要的秘密,想尽办法从他遗孀那里购得了莫瓦桑关于人造金刚石的实验记录,然而无论怎样进行实验就是得不到他们想要的金刚石。

铁水凝固能够提供的压力,其实远不足以让石墨结晶成为钻石,那么莫瓦桑的“人造钻石”是哪里来的呢?

“人造钻石”之谜

当年莫瓦桑到底有没有成功地合成钻石呢?这一直是个谜。

有传闻说,参与实验的一个年轻助手对无休的单调实验无比厌烦,都快精神崩溃了。他又不敢公然违抗莫瓦桑的命令,为了早日结束噩梦般的实验,便偷偷把过去实验遗留的几颗钻石颗粒混入到样品中,帮助莫瓦桑实现宏伟的理想。

直到20世纪50年代,随着高压研究和高压实验技术的发展,人类才制出第一颗真正意义的“人造钻石”。

当年的诺奖委员会宣称莫瓦桑的获奖原因,是他在氟单质方面的贡献。制备单质氟是化学史上最困难的工作之一,70多年间无数著名化学家先后进行过制备单质氟的尝试,均以失败而告终,一些人甚至因此而中毒死亡。

但如果没有金刚石这回事,很可能莫瓦桑就没机会获奖了,毕竟他从颁奖礼回来没多久就去世了。

而门捷列夫更是比他早18天去世。可惜了他发现元素周期律,并且因此给化学科研带来革命性变化,他的丰功伟绩本可以得到世界上最权威的奖励。

门捷列夫的贡献远不止一张元素周期表

门捷列夫涉猎广泛,除了化学,物理、工业技术、社会经济,甚至农业、艺术、教育,他都有关注和研究。每逢国家经济出现危机,总能看到他活跃的身影。

在门捷列夫的帮助下,俄国建立了第一座从重质油大规模炼制润滑油的工厂,取消石油消费税、建设输油管道等,让俄国石油行业逐渐复苏。其700页巨著《用关税解释俄国工业的发展》也刺激了俄国工业化进程。

门捷列夫参与开设了第一批接收女性的课程,并亲自授课;他还加入摄影师俱乐部,助力俄罗斯艺术的传播。世界上第一艘极地破冰船Yermak号项目中也有他的身影……

在门捷列夫72年的人生中,他所做的贡献远不止一张化学元素周期表。

今年是这位俄国化学家的185岁诞辰,虽然终身未获诺贝尔奖,但门捷列夫对科学事业的贡献足以成为我们心中的“无冕之王”,就像元素周期表上的第101号元素“钔”一样,他将被后人永远铭记。

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