苑文其详

190.化学元素周期表150年纪念

2019-04-09

我对于化学所知不多,所拥有的知识大概都源于初中。我对于化学反应方程式的计算更是知之甚少,差不多已经全部还给老师了。不过我记忆犹新,在我第一次拿到化学课本的时候,我看到封面上的那个化学元素周期表,就感觉到非常的有趣,像奇迹一般。

化学元素周期表上有数字,这个数字不但代表各种元素排列的数目,还清楚的写出这些数字里面代表它所包含的原子数量。这是一件非常特别的事情,为什么呢?因为化学元素周期表就象是一个架构一样,让我们在从事科学的发展中,一直不断的找寻新的元素,然后填充周期表里面的漏洞。

我在学校教科学哲学。我们在科学哲学当中最喜欢问一个问题,科学家所从事的工作,到底是科学发明,还是科学发现。这个发明与发现之间有很重要的差别。发明讲的是原来并不存在而无中生有存在的,所以这个叫发明。发现讲的是这个世界的东西,本来就已经存在了,而透过人本身运用科学的方法延伸了我们的感官,延伸了我们的直觉,延伸了我们的认知能力,让我们能够发现这里面的元素,规则等。而现在大家已经逐步达成了共识,在科学里我们所做的事情,大部分都是以发现为主。

科学发现当中,最经典的案例就是化学元素周期表。为什么周期表有这么伟大的贡献呢?因为它已经形成了一个等待我们去发现,所有各式各样元素的结构。在这个结构当中,我们可以弥补它的空缺之处。

所以从1869年到现在2019年,150年当中,化学元素周期表是科学的一个里程碑,也是科学发明中非常关键的一个因素。我在整个化学发展的历史当中,谈谈两位重要的人物。

第一位是法国的贵族,拉瓦锡。拉瓦锡是法国贵族,但是很遗憾的在1789年法国大革命之后的5年,也就是1794年,拉瓦锡被抓到了,并且被判了死刑,上了断头台。为什么拉瓦锡在化学的发展历史中这么重要呢?

主要的原因就是拉瓦西跟他的夫人把从法国帝国中所得到的各式各样的好处、金钱、利益,并没有拿来吃喝玩乐,而是建立了在18世纪,最重要的化学实验室。拉瓦锡利用这个实验室以非常精确的衡量方式,发觉所谓的“燃素理论”是错的。什么是“燃素理论”呢?

然素理论说,燃烧的时候,有一个元素叫燃素,它经过燃烧会消失,所以燃烧的现象就等于是燃素消失的现象。拉瓦锡证明燃素理论是错误的,真正的理论是因为烧过的东西重量会增加,那是因为氧气的关系,主要是因为他发现了氧气会助燃,增加了事物的重量,也因为这个情况,所以拉瓦锡改写了我们平常对于燃烧的认知。

拉瓦锡同时还发现在化学反应中,应用了物质不灭的定律,让我们可以了解到无论是反应前或者反应后,它们所包含的原子量数都是固定的。拉瓦锡的贡献,为现代的化学铺下了非常重要的道路。

不过到了1869年的时候,俄国有一位科学家叫门捷列夫,他针对于化学元素周期表的发现作了非常重要的贡献。门捷列夫原来在德国求学,后来回到了俄国圣彼得堡大学任教。

在圣彼得堡大学任教的过程中,他的造型非常特别,因为他的胡子很长,头发很长,据说他一年只用剪羊毛的剪子剪这么一次,所以胡子长不在话下,不过最伟大的是他在1869年的2月14号,也就是星期五。

谈到这个日期前,我们要先强调一下门捷列夫当时使用的历法是儒略历,而不是我们今天在世界上所用的格列高利历。所以在当时的2月14日,也就是是我们现在用的历法的2月26号,2月17日起,这四天当中,他突然有了一种想法。这个想法让他日以继夜的工作了整整4天后,产生一连串的梦幻跟现实之间的比较。突然他发觉,所有他在玩的游戏中,每一个卡片所填进去的数值跟次序,可以变成一个结构。并且在他的实验当中,他当时的实验是针对于卤素以及强碱做实验。他发现所有的元素,都有这一种按照数目排列的规律。

所以在1869年的2月17日之后的两个礼拜,他发表了一篇文章,有初步的化学元素周期表的概念。这个化学元素周期表当中,一开始并没有很多人接受,因为其中包含了非常多的缺失和漏洞,但是门捷列夫有一个强烈的信心,认为的这些漏洞,其实都是可以由还没有发现的元素补充起来的。

当时门捷列夫已经确定了有63种元素,而我们现在已经有将近120多种元素是被确定的。所以这个发现,逐渐的让化学变成一门发展非常快速的科学,而在150年后的今天,我们聊聊化学也增加一下我们对于科学的认知。