門捷列夫與諾貝爾化學獎

孟海燕+李寶玉

摘要：學習化學應該建立元素觀。門捷列夫最早發現元素周期律并排出第一張化學元素周期表?；陂T捷列夫的貢獻，迎來了物理化學發展史上的第二個春天。門捷列夫具有寬厚無私的個人魅力和淵博的化學知識，他富有遠見地預測一些元素的存在和糾正當時科學界的一些謬見。他的成就是毋庸置疑的，曾獲得1905年和1906年兩屆諾貝爾化學獎提名。

關鍵詞：元素觀；門捷列夫；元素周期表；諾貝爾化學獎；科學史料

文章編號：1005–6629（2017）5–0094–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

在人教版初三《化學（下冊）》[1]的結束語中寫道：“為此，我們應該理解和感謝化學。”這里的“此”，是指化學幫我們樹立了“元素觀”和“微粒觀”。只要學過化學的人提到化學，絕大多數最先想到的是那張具有100多種元素的周期表，然后想到的是最早發現元素周期律和排出第一張元素周期表的門捷列夫。從事物理專業的人，如果說請他們列舉一位他們崇拜的化學家，很多人會把門捷列夫放在首位。著名化學家傅鷹說：“化學給人知識，化學史給人智慧?！被谝陨显颍P者每次在教高一化學時，下學期總會要求學生讀《門捷列夫傳》，并寫讀后感。經常有一些學生提出這樣的問題——既然門捷列夫如此功勛卓著，為什么沒有獲得諾貝爾化學獎呢？當屠呦呦作為第一位中國本土科學家獲得2015年諾貝爾生理醫學獎時，學生更關注科學研究的貢獻大小與是否獲諾貝爾科學獎的相關性。于是，筆者遍尋化學史相關資料，對門捷列夫為什么沒有獲得諾貝爾化學獎進行了細致的研究和論證。

事實上，門捷列夫因發現元素周期表，曾很接近諾貝爾化學獎。1905年和1906年，他都獲得了諾貝爾化學獎提名[2]，但最終都未獲獎，原因是評審委員會中的一名委員認為，門捷列夫的貢獻太過陳舊，而且元素周期表已經眾所周知，所以不應給門捷列夫頒獎。門捷列夫于1907年去世，徹底與諾貝爾獎無緣（至今，諾貝爾化學獎未授給過不在世的科學家）。

1 當時門捷列夫的貢獻真的太過陳舊嗎

回顧化學史，有這樣一些標志性的事件[3]：

1789年，拉瓦錫在《化學大綱》中發布第一張元素分類表；1829年，德貝萊納發表了《元素按其相似性來分類的嘗試》，提出三元素組；1859年，杜馬在元素族間尋覓原子量的“公差”，對后來門捷列夫發現元素周期律具有極大的啟迪；1865年，紐蘭茲發現“八音律”。

1869年，門捷列夫發現元素周期律和排出第一張元素周期表；1870～1871年，他大膽預測了類鋁、類硼、類硅三種元素的存在，創排了短式及自然長式周期表；1875年，類鋁（鎵）被發現；1879年，類硼（鈧）被發現；1886年類硅（鍺）被發現；1889年，門捷列夫受英國皇家學會邀請，接受法拉第獎章并發表演講，標志著元素周期律已被世界科學家公認是非常重要的自然定律；1894至1898年，5種惰性氣體的被發現使發展中的周期表更加完整。從1869年門捷列夫排出第一張元素周期表到1900年間，邁耶爾、貝利、巴塞特、湯姆生等科學家嘗試排布并發表過其他形式的周期表。歷史發展至此，似乎元素周期律和周期表經歷了30多年，已經開始陳舊了。而第一次諾貝爾化學獎于1901年頒發給了荷蘭化學家范特霍夫，因為他發現了溶液中的化學動力學法則和滲透壓規律。

然而，有關元素周期律和周期表的歷史還在續寫神奇。

神奇之一在于新元素的繼續發現。1898年，居里夫婦發現了早在1889年門捷列夫就詳細預言過的類碲（釙）；之后，錒（1899年）、氡（1900年）、銪（1901年）、镥（1907年）等陸續被發現；瓦爾克在1900年最先發表了經他改革的長式周期表；維爾納（1905年）、愛默生（1911年）等隨著新元素的增加陸續設計出了新的元素周期表；至今，還有很多科學家在從事周期表的延伸和完善研究。

神奇之二在于發端于19、20世紀之交的物理學革命，使化學叩開并邁進原子的神秘大門，從而進入揭示元素周期律本質原因的新階段。

1897年，湯姆生發現電子；1907年，密立根精確測定電子的質量；1911年，盧瑟福提出有核的原子模型；1913年，莫斯萊從研究X射線入手，提出原子序數，發現其順序竟與周期表中元素排列次序不謀而合；1920年，查德威克測定了原子核電荷，恰好等于原子序數。至此，元素周期律發展成為：元素的性質隨原子序數而周期性改變。莫斯萊的發現，使元素周期律有了更嚴密、更科學的基礎。

1913年，玻爾提出新的原子結構模型；1923年，德布羅意提出“物質波”；1925年前后，四個量子數的提出，使人們進一步認識到隨核電荷數遞增，各元素價電子構型呈現周期性，這才是元素周期律的本質。

所以，縱觀門捷列夫發現元素周期律和排出第一張元素周期表前后的100多年科學史，在20世紀初，很難說門捷列夫的貢獻太過陳舊了，那時，他的貢獻正在物理化學發展史上迎來第二個春天。

2 對門捷列夫成就的一些質疑

有人質疑門捷列夫的成就，不過是前人成果的總結而已，也許別的科學家更應該有優先權。在1880年左右，邁爾就決定從門捷列夫的發現中把他認為是他的那部分分出來。面對這種關于優先權的爭論，門捷列夫是很寬厚的。他認為：“偉大的發現既不能被偷走，也不可能被剽竊?？梢员煌底叩氖敲總€人力所能及的東西，而偉大的發現，這是只有為數不多的人才能勝任的重擔[4]?！被陂T捷列夫的觀點，我們可以理解克德羅夫院士解釋門捷列夫的立場的文字了：“根據對該發現的態度能立即發現誰是真正的作者。因為真正的作者首先關心的不是炫耀自己和為自己的優先權大喊大叫，而是關心他的發現能否被其他科學家承認為真理，從而在科學上確立自己的地位。”邁爾許多年后也公開承認他是沒有勇氣像門捷列夫那樣自信地提出有遠見的推測的！

門捷列夫由于具有淵博的化學知識，才能做出如此大膽的推測，才能推測尚未發現的元素的性質和糾正許多涉及很少被研究的元素的謬見。1869年至1871年，他糾正了11種元素的相對原子量并在周期表中改變了20種元素的位置。但是，他起初被人質疑的原因恰恰正是因為這是一種理論推測。當門捷列夫建造好了周期律這座大廈后，1872年開始停止了相關的實驗嘗試。因為他驚人地感受到：“下一個30年對看清周期律的本質是沒有結果的；單體和復合體的周期性變化服從于某種高級的規律，這種規律的本質，另有原因，現在還沒有辦法理解，它很可能隱藏在原子和粒子內部力學的基本原理之中。”他能繞過那個世紀還不了解的微觀世界的規律，創立了第一張周期表，使之成為了解50年后出現的“原子內部力學”的鑰匙。這恰恰是門捷列夫的偉大貢獻。科學不僅是由公認的準確的結論的總和構成的，而且還是一系列假說構成的。這些假說在于解釋、表示和引起尚未確切了解的關系和現象。

3 1905年和1906年的諾貝爾化學獎歸屬

從1905年的諾貝爾化學獎評獎開始，評獎委員會開始考慮授給有重大意義的舊研究。但究竟多陳舊的重大發現可以納入考慮，存在爭議。

1905年和1906年的諾貝爾化學獎門捷列夫均獲得提名，然而，最后花落誰家呢？

1905年諾貝爾化學獎項提名了三人——貝耶爾、莫瓦桑、門捷列夫。最后授予德國有機化學巨人貝耶爾，因為他在靛藍、有機染料和芳香族化合物研究方面的杰出貢獻[5]。最早風靡全球的牛仔褲所用的染料正是靛藍。他的諸多研究都在人們日常生活中扮演著重要角色，人們身上的穿著有了更多的色彩，化妝品的種類也變得多種多樣。1905年頒獎時他因病未能出席頒獎典禮。他于1917年去世，享年82歲。

1906年諾貝爾化學獎的競爭繼續在門捷列夫和莫瓦桑之間展開，即“元素周期表”與“氟單質的制取和電解爐”的競爭。起初，整個瑞典皇家評審委員會只有1人贊同莫瓦桑，門捷列夫贏得了多數票。但支持莫瓦桑的那位委員克拉松非常能言善辯。他堅持：（1）門捷列夫并沒有預言到惰性氣體的發現，在周期表里并沒有給它們留出位置。（2）門捷列夫的研究是在把元素按原子量遞增排序的基礎上，而康尼扎羅在第一次國際化學大會上闡明了什么是原子、分子、原子量和分子量[6]，所以應該兩人分享諾貝爾化學獎。但康尼扎羅當年并沒獲得提名，因而，門捷列夫也不應該被評獎。他推薦莫瓦桑的評語是這樣的：“莫瓦桑與同時代的能原創出重大的科學觀點的化學家相比，具有更好的實驗技能?！苯裉炜磥?，這句推薦語恰恰道出了莫瓦桑的劣勢和門捷列夫的優勢。而在當時，實驗科學比理論研究有更高的地位。隨著克拉松的堅持，諾貝爾化學獎評審小組只好交由其上一級瑞典皇家科學院投票。隨著諾獎揭曉日的臨近，1906年10月27日，瑞典皇家科學院的化學家們最終投票是莫瓦桑得5票，而門捷列夫得4票，門捷列夫以一票之差敗北?！坝腥税堰@一天叫做瑞典皇家科學院威望的最低點。門捷列夫成了千年化學史上像帕拉塞爾蘇斯一樣的犧牲品”[7]。

最終，法國化學家莫瓦桑，因其成功制備劇毒單質氟和電解爐的發明，獲得了1906年的諾貝爾化學獎。從氟的天然化合物螢石在文獻中第一次被記載，到1886年莫瓦桑成功制得單質氟，前后共經歷了200余年，這在化學史上是不多見的。莫瓦桑填補了化學史上的空白，他在實驗中差點因為氟化物中毒而喪命。1907年2月，他在巴黎去世，享年55歲。

4 結語

通過以上對科學史的細致對比研究可以得出，1905和1906年的諾貝爾化學獎沒有授給門捷列夫，是因為他的貢獻過于陳舊的說法，是站不住腳的，是不符合史實的；元素周期表為眾所周知，恰恰說明其貢獻之大。1905年，拿貝耶爾和門捷列夫相比，顯然貝耶爾在有機領域的成就大于門捷列夫的元素周期表，這是在化學領域無可爭議的。如果站在1913年莫斯萊關于原子序數的發現之后再審視門捷列夫的成就，相信人們會更加認可其足以被評諾貝爾化學獎，盡管莫瓦桑的貢獻也不小。只可惜門捷列夫于1907年去世了，永遠地失去了被評諾貝爾化學獎的機會。

由此可見，科學家貢獻的大小，絕不可以是以一時的諾貝爾評獎來估量。被評上的科學家貢獻肯定不小，但沒被評上的科學家依然可能貢獻很大。我們要學會客觀地評價科學家的貢獻，客觀地看待其是否獲獎。于我們自己做事而言，就是應該踏實做事，看淡名利。

有一位科學家曾意味深長地說：“周期律無論過去、現在乃至將來都是化學、物理學、地質學以及其他科學領域成千上萬種創造發明的指路明燈?！?/p>

為紀念門捷列夫發現元素周期律的偉大功績，科學界將1955年發現的第101號元素命名為“鍆”！鍆最相鄰的元素是為紀念諾貝爾的第102號元素锘。

元素周期律，與達爾文的演化論和普朗克的量子論，被視為科學上最偉大的整合歸納工作之一。英國劍橋大學的J. Emsley博士對化學元素周期表的評價是：“只要有化學研究，就會有元素周期表。即便有一天與宇宙中的其他文明進行對話，我們確信不同文明形式都可以識別的是一排列有序的元素周期表。[8]”

其實，爭論門捷列夫是否應該獲得諾貝爾化學獎的過程，是深入研究一百多年化學史的過程，是用發展的眼光分析科學史的過程，是理解科學的暫時性和實證性，追求科學的精確性和合理性的過程，是體會科學本質的過程。這個主題的討論，在高中化學教學中有非常突出的實踐意義！

參考文獻：

[1]王晶主編.義務教育課程標準實驗教科書·化學（下）（九年級）[M].北京：人民教育出版社，2015：113.

[2]敬文.發明與創新[J].中學時代，2013，（2）：4～7.

[3]張學方，王少亭.元素周期律與周期表的研究[M].北京：北京教育出版社，1998：31～53.

[4] [俄]斯米爾諾夫著.徐桃林譯.門捷列夫傳[M].北京：海燕出版社，2004：139.

[5]郭豫斌.諾貝爾化學獎明星故事[M].西安：陜西人民出版社，2009：9～42.

[6]陳德軍.門捷列夫[M].北京：中國少年兒童出版社，2005：74.

[7] Erling Norrby. The Periodic Table and A Missed Nobel Prize（E-Version）. New Jersey： World Scientific Press， 2016： 1820.

[8]黃曉.體現科學本質的科學教學——基于HPS的視角[M].北京：人民出版社，2014：182，191.