彼得堡大學的一個實驗室里,一位中年教授著迷地擺弄著一些卡片。卡片上面寫著化學元素的名稱、原子量以及主要性質,看上去零亂散落,毫無規律。中年教授卻如癡如醉地擺弄了幾個月。他不停地將卡片橫橫豎豎地排列起來,并依此畫了一張整齊的圖表。看著這張圖表,這位教授緊鎖的眉頭終于舒展開了,臉上不禁露出成功的喜悅。
人生長路奔跑不止
1834年2月8日,門捷列夫出生在西伯利亞托博爾斯克市一個普通的知識分子家庭。父親因患眼疾雙目失明,提前退休。母親聰明能干,挑起全家生活的重擔,并通過科學管理,讓一家瀕臨倒閉的小型玻璃廠起死回生。母親的剛強干練給小門捷列夫以終身影響。
1841年,門捷列夫進入托博爾斯克中學,在數學和物理方面表現出卓越的理解力和記憶力。1847年,父親病故,接著,姐姐離開人世。一年后,玻璃廠在一場大火中被燒毀。但這些并沒有讓門捷列夫變得消沉,1849年,他以優異的成績中學畢業。為讓兒子繼續深造,母親變賣全部家產,送他到彼得堡中央師范學院數學物理自然科學系求學。
在大學里,化學教授伏斯克列森斯基給予門捷列夫很深的影響,因此,門捷列夫選擇化學為終身事業。1854年,他寫出第一篇化學論文《芬蘭褐簾石的化學分析》。次年5月,門捷列夫以第一名的優異成績大學畢業,并榮膺一枚金質獎章。8月,他在南部小城菲羅波爾的一所中學任教,開始了在化學研究道路上的奔跑人生。
1856年5月,門捷列夫完成碩士論文《論比容》,通過答辯,獲得物理化學碩士學位。3天后,他又在任教資格答辯中順利闖關,并被批準為彼得堡大學化學教研室的副教授。
1859年初,門捷列夫獲準出國進修兩年。1861年回國后,他編寫了第一本用俄文出版的《有機化學》教科書。并于1865年順利通過博士論文答辯,取得博士學位。同年秋,門捷列夫被評為教授。
隨后,門捷列夫經過艱苦卓絕的努力,在探索元素周期律方面取得舉世矚目的成功,躋身世界一流科學家的行列。
1907年2月2日清晨,門捷列夫手中握著寫字的筆,在書桌前永遠睡著了。
尋找元素規律
1868年,門捷列夫在彼得堡大學教授無機化學,因找不到合適的教材,于是決心自己編寫一本能夠反映現代化學發展水平的教科書。誰也沒有想到這件事竟成了門捷列夫探索元素周期律的緣起。
為了寫好這本書,他仔細地研究了當時所發現的63種元素。一方面,還有28種元素尚未發現:另一方面,已發現的63種元素中有11種的原子量測定得很不準確。正是這兩個原因,門捷列夫遇到了極大的困難。
“創造”是科學的生命。門捷列夫大膽創造,想出了用卡片的好辦法。首先,他把卡片分成三個一組,可結果并不理想。接著他又把卡片排成一橫行,還是沒有理想的結果。他排呀、擺呀,把金屬元素排在一起,不行,把非金屬元素排在一起也不行簡單地橫擺不行,縱排也不行!究竟怎樣排列才好呢?
后來,門捷列夫按照原子量遞增的順序,把所有的元素排成幾行,再把各行中性質相似的元素上下相對起來。門捷列夫突破陳規,運用修正原子量和未知元素空位的方法,使各種元素之間的聯系終于清楚地表現出來了。
他驚喜地看到:元素排成了縱橫交錯的行列,每一縱行,元素的性質隨著原子量的增加從上到下逐漸變化,每一橫行,元素性質都隨著原子量的增大而呈現出有規律的變化。門捷列夫非常興奮,他堅信自己發現了自然界中最偉大的規律。他把這個發現發表在《化學年鑒》上,卻招來了很多人的反對,他們認為,周期表只是根據形式主義的原則而編制的。門捷列夫堅信自己發現的正確性,他大膽地預言了一些尚未發現的元素,并為它們留下空位。他在金屬鋅和非金屬砷之間留下兩個空位,分別把這兩種未發現的元素命名為類鋁和類硅,在鈣和鈦之間留下一個空位,命名為類硼。
1875年9月,法國化學家勒科克·布瓦博德朗宣布發現了一種原子量為59.72、比重為4.7的新元素鎵。門捷列夫得知后,立刻給他寫了封信:“鎵就是我預言的類鋁。它的原子量約為68,比重約為5.9~6.0,請你們再研究研究。”布瓦博德朗于是把鎵提純后再測,果然,鎵的比重為5.94!布瓦博德朗激動異常,對門捷列夫的元素周期表心悅誠服。
這件事情在科學界引起了強烈的反響。歐洲的數十個實驗室都在緊張地工作,千百個科學家渴望獲得這些不尋常的新元素。不久,門捷列夫預言的類硼和類硅被發現。三種新元素的發現,確立了元素周期表的權威地位,奠定了現代無機化學的基礎。
多領域顯露才華
不僅在化學領域,在物理學、氣象學領域,甚至經濟學領域,門捷列夫也頗有建樹。
在留學期間,門捷列夫就著手關于液體和氣體的實驗研究。他巧妙地利用液體的毛細管現象,測定化合物分子內聚力大小,獲得成功。隨后,門捷列夫在實驗中又發現,將插有毛細管的液體加熱,毛細管液體明顯地下降了。他由此得出著名的結論:分子內聚力是可以通過加熱逐漸減弱的,當內聚力等于零時,液體就成為沒有內聚力的形態——氣體,即變為蒸氣。
對于當時頗讓科學家傷腦筋的“永久性氣體”。門捷列夫明確指出:“當氣體的溫度高于臨界溫度時,無論施加多大壓力,都不能使它變為液體……如果把氧氣、氮氣、氫氣等氣體冷卻到臨界溫度以下,就有希望液化成功。”科學家遵照門捷列夫所指出的方法,果然取得了各種液態氣體。
門捷列夫在經濟學領域也表現了卓越的才華。1863年,門捷列夫應邀到一家大型石油工廠進行考察。經過詳細考察和縝密思考,門捷列夫指出了工廠經營的弊病,提出了扭虧增盈的建設性方略。工廠在采納了他的建議后,奇跡般地恢復生機。1893年門捷列夫升任俄國度量衡檢定總局局長。在他的出色領導下,這個局只用了6年時間,就使度量衡精確到先進國家需要15~20年才能達到的水平。