周期律。科学发现的历史和本质

周期律。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

在科学发展史上，有许多重大发现为人所知。但其中很少有人能与世界上最伟大的化学家门捷列夫的成就相比。尽管距离发现他的定律已经过去了很多年，但没有人能说何时才能完全理解著名的“门捷列夫定律”的全部内容。

据他自己说德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫，周期律的发现得益于“到 60 年代末关于稀有元素的新信息的积累，这些信息打开了它们与其他元素之间的多方面关系”。可以列出许多其他数据来补充元素及其性质的相似性的想法：同构的研究，价概念的引入，确定原子质量的新方法的发展，对原子质量的讨论普劳特假设等。事实上，早在五六十年代，就有十几个值得注意的尝试来寻找一个元素系统。

在一些作品中，越来越多地出现了关于需要对化学元素进行分类的想法。因此，在 A. Berenfeld 的工作中，表明稀有元素的研究非常重要：“......它们越来越多地填补已知......自然体之间的空白，并有助于形成连续的一系列这些机构，其中任何元素都有其特定的位置。”

在这方面特别有趣的是 N. Alyshevsky (1865) 的论文，他写道：“最近，随着化学材料的丰富，将事实系统化和分组的愿望越来越突破。现代化学家已经得出的结论是，许多化学元素的外部物理性质非常不同，化学功能非常相似，甚至彼此相同。再一次：“如果……在无机化学中为所有尚未分散的、化学上不可分割的物体建立自然基团，那么这些反应的研究将得到最大程度的促进，同时也有可能得出这些结论，建立以前只属于有机化学领域的规律。

N. Alyshevsky 本人根据元素在其自然组中的位置比较了一些性质。

但如果说那个时代的知识水平客观上决定了科学解决问题的可能性，那么就取决于科学家的知识水平和他的世界观，才能把这种可能性变成现实。门捷列夫成功做到这一点并非巧合。

德米特里·门捷列夫 (1834-1907) 出生在托博尔斯克的托博尔斯克省体育馆主任和公立学校受托人伊万·帕夫洛维奇·门捷列夫 (Ivan Pavlovich Mendeleev) 和玛丽亚·德米特里耶夫娜·门捷列娃 (Maria Dmitrievna Mendeleeva) 家庭。他是由他的母亲抚养长大的，因为这位未来化学家的父亲在他儿子出生后不久就失明了。

1841 年秋，米佳进入托博尔斯克体育馆。他被录取到头等舱，条件是他在那里待了两年，直到他八岁。

门捷列夫家族遭遇不幸。 1847 年秋天，他的父亲去世了，三个月后，他的妹妹阿波利纳里亚也去世了。 1849年春，米佳从中学毕业，玛丽亚·德米特里耶夫娜变卖了财产，带着孩子先去了莫斯科，然后又去了圣彼得堡。她希望她最小的儿子能上大学。

仅在母亲的要求下，9 年 1850 月 XNUMX 日，德米特里在圣彼得堡的主教育学院物理和数学学院就读。

1854 年，门捷列夫的第一部科学著作《来自芬兰的正铁矿的化学分析》出版，次年他从研究所毕业。 1855年XNUMX月，学术委员会授予门捷列夫“高级教师”称号，并授予他金质奖章。医生建议他改变不健康的彼得堡气候并向南移动。

在敖德萨，门捷列夫被任命为黎塞留中学体育馆的数学、物理和自然科学教师。他在硕士论文上投入了大量时间，从杰拉德的一元论角度考虑“比容”问题，完全拒绝贝采利乌斯的二元论。这项工作展示了门捷列夫惊人的概括能力和广泛的化学知识。

同年秋天，门捷列夫出色地完成了论文答辩，成功阅读了导论讲座“硅酸盐化合物的结构”，并于 1857 年初成为圣彼得堡大学的助理教授。

1859年被派往国外。门捷列夫在德国呆了两年，在那里他组织了自己的实验室。 1861年XNUMX月末，门捷列夫抵达圣彼得堡。在学年中期找到一份教学工作是不可能的。他决定写一本有机化学教科书。即将出版的教科书，以及瓦格纳的《化学技术》的翻译，使门捷列夫名声大噪。

1年1864月XNUMX日，门捷列夫被任命为圣彼得堡大学有机化学助理教授。在担任此职位的同时，门捷列夫还获得了圣彼得堡理工学院的教授职位。现在对家庭物质支持的担忧减少了，门捷列夫开始写他的博士论文。

论文答辩于 31 年 1865 月 XNUMX 日举行。两个月后，门捷列夫被任命为圣彼得堡大学技术化学系特聘教授，XNUMX月晋升为普通教授。

当时迫切需要编写一本反映当前化学科学发展水平的无机化学新教材。这个想法抓住了门捷列夫。与此同时，他开始为教科书的第二版收集材料，其中包括对化学元素的描述。

门捷列夫仔细研究了元素及其化合物的性质描述。但是它们应该按什么顺序执行呢？元素的排列没有系统。然后科学家制作了纸板卡片。在每张卡片上，他输入了元素的名称、原子量、化合物的化学式和基本性质。渐渐地，篮子里装满了卡片，里面有当时已知的所有元素的信息。然而，很长一段时间，什么都没有发生。他们说科学家在梦中看到了元素周期表，只剩下写下来并证实了它。

但是，当然，他的发现并非偶然，因为他的活动将理论与实践、现象物理方面的知识、数学直觉和哲学理解有机地结合在一起。此外，门捷列夫能够批判地对待他的前辈和同时代人的工作。他没有用信息过度饱和，可以说，他通过尚未完全形成的概念的棱镜传递了已经收到的数据，并像雕塑家一样，切断了一切多余的东西。

逐渐地，门捷列夫意识到随着原子量的变化，元素的性质也会发生变化。 1869 年 XNUMX 月即将结束。几天后，包含元素表的文章的手稿完成并提交出版。

1 年 1869 月 6 日门捷列夫向印刷厂寄了一份传单，上面写着他的“系统经验——基于原子量和化学相似性的元素”。两周后，他向俄罗斯化学会提交了一篇文章《元素的性质与原子量的关系》。门捷列夫发现的报告是由《俄罗斯化学会杂志》主编N.A.教授作的。 1869 年 XNUMX 月 XNUMX 日，门舒特金在学会会议上。门捷列夫本人没有出席会议，因为当时他根据自由经济协会的指示，检查了特维尔省和诺夫哥罗德省的奶酪工厂。

从门捷列夫看到一排排简单的化学元素符号背后体现自然规律的那一天起，其他问题就逐渐淡化了。他放弃了《化学基础》教科书的工作，没有从事研究。表格中元素的分布对他来说似乎并不完美。在他看来，很多情况下原子量没有被准确确定，因此有些元素没有落入与其性质相对应的位置。门捷列夫以周期律为基础，改变了这些元素的原子量，将它们与性质相似的元素看齐。

在李比希出版的《年鉴》上用德文发表的一篇文章中，门捷列夫在“应用周期律来确定尚未发现的元素的性质”一节中占据了很大的位置。他预测并详细描述了科学界仍未知的三种元素的特性——eka-硼、eka-铝和eka-硅。

对于门捷列夫来说，周期律的问题似乎已经解决了。但1875年秋天的一天，当门捷列夫翻阅巴黎科学院的报告时，他的目光落在了勒科克·德·布瓦博德朗关于发现一种新元素的消息上，他将这种元素称为镓。然而，法国研究人员指出镓的比重为4,7，根据门捷列夫的计算，eka铝的比重为5,9。门捷列夫决定写信给这位科学家，指出从他发现的镓的性质来看，这只不过是1869年预测的eka-aluminum。

而且，事实上，对镓比重的更准确测定给出了 5,94 的值。镓的发现在科学家中引起了轰动。 Mendeleev 和 Lecoq de Boisbaudran 的名字立即为全世界所熟知。受到第一次成功的鼓舞，科学家们开始寻找门捷列夫预言的其他尚未发现的元素。在欧洲的几十个实验室里，工作开始沸腾，数百名科学家梦想着非凡的发现。

成功很快就会到来。 1879 年，在乌普萨拉大学（瑞典）工作的拉雷·弗雷德里克·尼尔森教授发现了一种与门捷列夫所描述的 eka-boron 完全对应的新元素。他把它命名为钪。门捷列夫的预言一再证明，真正取得了胜利。关于孟德里夫（Mendeleev）作为欧洲各种大学和学院的名誉会员的报道，很快就开始有报道。

拉姆齐发现的惰性气体族很好地证实了门捷列夫定律，它使得将“零”族（碱金属和准金属之间的边界）包含在系统中成为可能。

门捷列夫本人曾写过关于该定律的“加强者”：“当我在 1871 年写一篇关于应用周期律来确定尚未发现的元素的性质的文章时，我并不认为我会活着证明这一结果的合理性。周期律，但现实的答案不同。我描述了三种元素：eka-硼、eka-铝和eka-硅，自从我非常高兴地看到这三种元素被发现并获得它们的名字以来，不到20年过去了这三个国家发现了含有镓、钪和锗的稀有矿物，并发现了它们：L. de Boisbaudran、Nilsson 和 Winkler，他们发现了它们，就我而言，我认为它们是周期律的真正加强者。如果没有他们，他就不会像现在这样被认可，也不会像我认为拉姆齐是周期律有效性的肯定者一样......“今天很明显，门捷列夫的发现使化学发展了三个路线合并在一起：对各种化学对象（从原子到晶体）之间关系的系统学探索 - “化学元素”的概念将它们联合起来；对元素个性的研究，特别是当时很少使用的稀有元素，这使得揭示元素类比的概念成为可能；研究化合物的性质与组成和结构之间的关系，从而形成了整体周期性学说。

作者：萨明 D.K.

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