前幾回說到化學家們為發現新元素真是廢寢忘食,絞盡腦汁。他們在元素王國這片陌生的土地上東奔西突,左砍右殺,各人祭起自己的法寶,八仙過海各顯神通。那戴維用的是一把電斧,東劈西砍發現了鉀、鈉等幾種元素;那本生、基爾霍夫用的是一柄光劍,一路刺開去找見了銫和銣;瑞利和拉姆賽則使的一把牛耳尖刀,專愛一層一層地剝竹筍,這就是分餾法,他們終於發現了氦、氖、氬、氪、氙等惰性氣體。到此,化學家們已將所能使的各種化學、物理方法都已用盡。十九世紀中期,元素已發現到了第六十三種,又是山窮水盡再無路了。而且就是已發現的這六十三種元素也夠使化學家們眼花繚亂的。你看:有那硬的,一刀剁下不傷分毫;有那軟的,指甲掐去如碰豆腐;有那性格沉穩的,任怎樣擺弄也不去與別人結合;有那脾氣暴躁的,放在空氣中就冒火。更有那一物多變的,如磷,有紅、有黃;如碘,有時棕色,有時紫色。就是一塊燦爛的黃金,當把它打成極薄的箔片時竟會變成藍綠色,而且還透明呢。現在不要說再去發現新元素了,就是先把這六十三種分分類、排排隊也無從下手。這化學,真是剛從泥潭裏拔出來,又在森林裏迷了路,不知如何是好。
門捷列夫
再說化學界因為那些難以捉摸的元素正鬧得亂哄哄的,莫衷一是。1869年3月,俄羅斯化學會專門邀集各方專家進行了一次學術討論。學者們有的帶著論文,有的帶著樣品,有的帶著自己設計的儀器當場實驗,各抒己見,好不熱鬧。而那個門捷列夫隻身空手,裹一件黑色外衣,蓄著一把小胡子,靜坐在桌子的一角,三天來不言不語,隻是瞪著一雙大眼睛看,豎起耳朵聽,有時皺著眉頭想。這天眼看會議日程將完,主持人躬身說道:“門捷列夫先生,不知你可有什麽高見?”隻見門捷列夫也不答話,起身走到桌子的中央,右手從口袋裏抽了出來,隨即就聽唰啦一聲,一副紙牌甩在了桌麵上,在場的人無不大吃一驚。門捷列夫愛玩紙牌,化學界的朋友也都略有所聞,但總不至於鬧到這步田地,到這個嚴肅的場合來開玩笑。在座的有一位長者壽眉雙垂,銀須齊胸,他叫齊寧,是門捷列夫的老師,過去很賞識門捷列夫的才華,推薦他來校任教,今天他見學生這樣開玩笑心中早已不快。
隻見門捷列夫將那一把亂紛紛的牌捏在手中,三兩下便已整好,並一一亮給大家看。這時人們才發現這副牌並不是普通的撲克,每張牌上寫著一種元素的名稱、性質、原子量等,共有六十三張,代表著當時已發現的六十三種元素。更怪的是,這副牌中有紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色。門捷列夫真不愧為一個玩紙牌的老手,他用拇指和食指輕輕一撚,紙牌由紅到紫便成一排,再一撚又是一排。這樣前排靠著後排,整整齊齊,竟在桌上列成了一個牌陣。要是豎看就是紅、橙、黃……分別各成一列。
門捷列夫將這個牌陣擺好,叫大家看個明白,然後用手一攪,滿桌隻見花花綠綠,橫七豎八,不過是一堆五彩亂紙片。他說:“這混亂的一團,就是我們最感頭疼的元素世界,實際上這些元素之間有兩條暗線將它們穿在一起。第一,就是原子量。盡管不同元素有時會有相似的某種特性,盡管同一元素不同情況下又會表現出不同的顏色、形狀,但有一點它們卻永不會變,就是各自有自己特有的、互不重複的原子量。因此,我們可以根據原子量的大小將它們排成一條長蛇。”
隻見門捷列夫雙手像變魔術一樣將那副紙牌在桌上變來變去,口中念念有詞講著每一個元素的性質,滾瓜爛熟,如數家珍。他放下紅牌又拿起綠牌,說了第一族又說第二族,周圍的人直聽得目瞪口呆,他們這些在實驗室鑽了幾十年,手上也不知被燒起多少傷疤,掉了幾層皮的專家、教授,想不到一個青年人玩玩紙牌就能得出這番道理,要說不服氣吧,好像有理,要說真是這樣,又哪能這樣容易。
這時突然有人說道:“先生,我看你那幾張牌也未必就能將元素規律演示清楚。你看六年前發現的新元素銦,原子量是75.4,應排在砷和硒之間,可是這樣一來砷無法和它相似的磷在一族裏,硒也被擠出了硫那一族,豈不是擾得四鄰不安?這還算什麽規律?”
“先生,莫急。我看那銦的原子量很可懷疑,它的性質和鋁相似,按我推算它的原子量應是113.1(後來測得是114.82),它本來就不應該擠在砷後麵,應排到鎘與錫之間去,這樣大家不都相安無事了嗎?”
門捷列夫一見是老師發了脾氣,忙將紙牌收攏,畢恭畢敬地解釋道:“不是我不做實驗,是前人,戴維、本生、基爾霍夫他們已經做了夠多的實驗,發現了這麽多元素,我們該從理論上做一點兒思考了。開普勒當年從他的老師第穀手中接過七百顆恒星的觀察資料,並沒有按照師囑再去觀察第一千顆,他做了理論思考,終於發現了能解釋眾星運行的三定律。勒維烈之前有多少人在觀察尋找天王星外的新星,他並沒有把主要精力放在實地觀察,而是做了理論推算,一下就準確地找見了海王星。在研究元素的過程中人們使用的武器夠多了,有光,有電,有分餾法,這些都不夠了,現在需要理論,化學該有自己強大的理論武器問世了。”
地殼內所含各種元素的質量分數
“你這是什麽理論?像是說夢,像是小孩玩積木。你何不按字母順序去排元素周期呢?那樣不是更省事,更整齊嗎?”這齊寧老頭越說越激動,一邊說一邊就收拾皮包離去,別人見狀也都紛紛站起,這場討論不了了之。
再說門捷列夫回到家裏後還是繼續推著這副紙牌,遇有哪個地方的順序接連不上時,他就斷定一定還有什麽新元素未被發現,暫時補上一張空牌,再根據它所在的族起一個“類鋁”或者“類硼”等樣的名字。他這樣一口氣預言了十一種未知元素,那副紙牌也已是七十四張。自從那天在會上碰了釘子,他閉門謝客。每日起來獨自玩一會兒紙牌,翻幾本新到的雜誌,便叫助手安東拿過酒瓶自斟自酌,倒也悠閑,這樣一連過了幾年。忽一日他正品酒翻書,突然大叫一聲,將酒杯扔出老遠。安東不知出了什麽事,急忙推門進來。門捷列夫一下撲上去,雙手搖著安東的肩膀喊道:“我們勝利了,他們這回要投降了,有人已經證實了我的預言!”
再說門捷列夫見有人發現了新元素,喜得酒杯也扔了,牌也不玩了。但過一會兒他發現布瓦博德朗的測量並不準確,立即提筆寫了一封很自信的短信:
先生,您發現的镓,就是我五年前預言的“類鋁”,隻是它的比重應該是5.9,而您卻測得是4.7,請您再做一次實驗,我想大概是您的新物質還不太純的緣故吧。
這布瓦博德朗在巴黎正為自己的新發現所陶醉,不想突然收到這樣一封信。全世界就隻有他擁有這麽一點兒镓,這個俄國人由哪裏得到的數據呢?他半信半疑立即將新積累的共十五分之一克镓拿來再仔細測算一次。天啊,果然是5.94!這個法國人立即給彼得堡回了一信:
尊敬的門捷列夫先生,首先祝賀您的勝利。我能說什麽呢?這次實驗,連同我的發現都不過是您的元素周期表的一個小注解。這是您的元素周期律的偉大之處的最好證明!
沒過幾天,齊寧也親自登門。這回他手裏提著酒瓶,一進門就開朗地喊道:“年輕人你贏了,我們俄國人贏了,讓我們一起來痛飲一杯!”
門捷列夫驚人的預言、準確的周期表一時間轟動了法國、瑞典、德國,轟動了全歐洲。各國科學院紛紛請他去訪問,爭先恐後地向他授予學位、學銜。他預言的十一種未知元素後來都一個個被人找到,乖乖地到他的周期表裏排隊站位去了。特別是後來找齊了的氦、氖、氬、氪、氙、氡,又給周期表增加了新的一族。元素世界一目了然,周期表真可謂天衣無縫了。它像一幅大地圖,隻要我們一展開,萬裏河山就盡收眼底。以後人們對化學的研究就全靠這幅指南圖了。
元素周期律的發現,最典型地說明了實踐產生理論,理論指導實踐,並又進一步在實踐中檢驗真理。各位讀者已隨著我們這本書從古代科學走入近代科學,現在大致可以看出一點兒科學發現軌跡。當人們對世界還一無所知時,便有如屈原、泰勒斯、畢達哥拉斯、德謨克裏特這些先知從宏觀的哲學的角度提出世界是什麽。然後就是一批實驗科學家一點一點兒去探尋,試想第穀觀星、伽利略研究運動、戴維找元素、法拉第找電和磁,就如探險家深山探寶一樣,沒有任何目標,全靠辛苦去找。但是在實踐一段後,各學科相繼都產生了理論,並且在實驗物理學家、化學家之後出現了理論物理學家、化學家,這就分別是開普勒的三定律、牛頓的萬有引力、麥克斯韋的電磁理論和門捷列夫的元素周期律等等。有了這些理論的指導,科學家手裏就有了一張“藏寶圖”,以後的探寶活動就不那麽盲目了。勒維烈坐在家裏就推算出海王星,門捷列夫坐在家裏就推算出十幾個未知元素,然後再由天文台,由實驗室一一證實,理論顯示出多麽強大的指導作用。
卻說門捷列夫發現周期律後,當時有人真的以為他是在喝酒、玩牌就發現了周期律。有一天,彼得堡的一位小報記者上門采訪說:“門捷列夫先生,您是不是承認您是一位天才?”
“什麽是天才?終身努力,便成天才!”
“可是我聽說您是在一個晚上做了一個夢,夢見您桌子上的牌變成一條蛇,這蛇又彎成幾折,醒來後就製出了周期表。”
門捷列夫哈哈大笑,笑得胡子都在顫抖,答道:“您要知道,這個問題我大約想了有二十年,而您卻以為坐著不動,五個戈比一行、五個戈比一行地寫,就寫出來了,事情哪有這樣簡單。”
門捷列夫本來就是學院裏有名的教授,發現周期律後他更受學生的歡迎了,每天慕名來聽課的人擠得連教室的走廊上也插不進一隻腳。這天,像往常一樣,門捷列夫又來上課,照樣是滿堂屏氣凝神,鴉雀無聲。一會兒講課結束,學生們歡呼雀躍,掌聲雷動。可是門捷列夫卻將講義合上,示意學生們靜下來,走到講台的前沿。他沉默了片刻,像要說什麽,卻又說不出,眼裏含著憤怒,還閃著一點兒淚光,最後隻說了一句:“對不起,同學們,這是我給大家上的最後一堂課。希望你們今後認真讀書,各自珍重。再見!”
門捷列夫為何突然罷課,請聽下回分解。