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“不務正業”的化學家:門捷列夫

2022-10-07由 勤學悟道 發表于 歷史

想必大家都知道元素週期表,我們最早接觸元素週期表是在新華字典裡,每一本新華字典背後都有一張元素週期表,而元素週期表最早的發明者是俄國著名化學家門捷列夫。

門捷列夫出生於1834年2月7日,1907年2月2日因心肌梗塞病逝。門捷列夫對現代化學的發展有非常突出的貢獻,尤其元素週期表是無機化學的基礎,到今天仍然對我們研究化學有非常重要的指導意義。

門捷列夫不僅僅是一位化學家,他一生只是花了十分之一的時間研究化學,門捷列夫興趣非常廣泛,對數學、物理、氣象都有濃厚的興趣。還喜歡探險,北極的一條海底隧道就是用他名字命名的,他對文學和繪畫也有非常濃厚的興趣。

門捷列夫甚至是一位經濟學家,給俄國沙皇提了很多國民經濟發展方面的建議,促進了國家經濟的發展。而他這輩子唯一的遺憾就是曾經與諾貝爾化學獎擦肩而過。

“不務正業”的化學家:門捷列夫

門捷列夫

早年生活悽苦

門捷列夫1834年2月7日出生於俄國西伯利亞首府託博爾斯克,父親是一位中學校長。在他出生後幾個月,父親突然雙目失明瞭,沒過多久就被迫退休,失去了校長的職務。可是門捷列夫有16個兄弟姐妹,他在家裡17個孩子中排行14。

父親微薄的退休金難以維持這個大家庭的生計,生活的重擔都落在了母親身上,那時,他舅舅在附近的村子裡經營一家小玻璃廠,因此全家搬到那裡投靠舅舅。

童年的門捷列夫就是在舅舅的玻璃廠里長大的,工人們熔鍊加工玻璃的場景,讓小門捷列夫對化學產生了濃厚的興趣。1841年秋,7歲的門捷列夫和十幾歲的哥哥一起考進了市中學,成為當地轟動一時的“神童”。

但是苦難和不幸似乎一直跟隨著他,父親在門捷列夫13歲的時候去世。沒過多久母親和舅舅辛苦操持的玻璃廠也在一場大火中化為灰燼。母親不得以只好將成年的女兒出嫁,讓兩個兒子參加工作。

1849年春,由於門捷列夫天資聰慧,數學和科學成績優異,15歲就中學畢業,因為沒到規定的畢業年紀,老師不得不在畢業證明上把他的年齡改成16歲。母親一心想讓這個聰明的小兒子上大學,變賣了所有家當,帶著門捷列夫從西伯利亞坐著馬車千里迢迢趕到莫斯科去求學。

到了莫斯科後求知若渴的門捷列夫卻傻了眼,莫斯科的大學只招收在莫斯科地區讀中學的考生。無奈之下一家又輾轉到了聖彼得堡,儘管聖彼得堡大學的政策跟莫斯科一樣,但在父親的一位朋友的幫助下,終於被聖彼得堡高等師範學校錄取,就讀於數學和自然科學系。聖彼得堡高等師範學校也是門捷列夫父親的母校。

但是這個家庭的不幸還遠遠沒有結束,在聖彼得堡剛安頓下來,母親和舅舅就相繼病故了。失去經濟支柱的他,只能在緊張地學習之餘撰寫科學簡評,以此得到少量稿費來維持生計。

1855年門捷列夫以優異的成績畢業並拿到了高階教師資格證,然而命運似乎特別喜歡折磨他,畢業之際門捷列夫被診斷出感染了肺結核,醫生告訴他只能活六個月,在那個連結核桿菌都尚未被發現的年代,肺結核可以說是絕症。

但是門捷列夫抱著“我覺得自己還可以搶救一下”的想法,跑到了克里米亞半島養病。或許是克里米亞溫暖潮溼的氣候,竟然讓門捷列夫的結核病痊癒了。也有人說門捷列夫的肺結核是誤診。

1857年他返回聖彼得堡,並被聖彼得堡大學破格任命為講師,之後被評為副教授。雖然這時收入仍然微薄,但是門捷列夫終於告別了悽苦的早年生活。

“不務正業”的化學家:門捷列夫

少年門捷列夫

國民經濟專家:門捷列夫

1859到1861的兩年間門捷列夫得到了公派出國深造的機會,他先後在巴黎、慕尼黑和海德堡等地的多所大學學習,也讓他能跟隨很多著名的科學家學習,其中就有物理學家古斯塔夫•基爾霍夫。

留學結束後,門捷列夫返回聖彼得堡。但那時時局已經開始動盪,聖彼得堡大學也被迫停課,沒有了收入的門捷列夫生活又開始變得窘迫。他不得不到好幾個高中兼職講課,每週上20多小時的課,還要當家教、寫文章、做翻譯。

之後他接到了一份德文技術書籍的翻譯編輯工作,在這個過程中,他對工業技術產生了濃厚的興趣,沒過多久他從一名翻譯和校對員變成了作者,親自編寫了《技術百科全書》中的一部分內容,包括澱粉、製糖、酒精和玻璃工藝等,他還幫助優化了木材乾餾生產和煉油廠的工藝流程。

經過奮鬥,1865年門捷列夫的經濟狀況有所改善,他在莫斯科郊區買了一幢鄉間的房子 ,在這裡他搭建了自己的實驗室和花園,這期間他對農業和農業化學產生了興趣,開始在自己的試驗田和農場裡實踐自己各種關於現代農業化學的想法。

門捷列夫還在俄國自由經濟學會做了一系列農業問題的講座,自己也加入了學會,並得到學會的資助進行化學肥料實驗。在隨後的兩年裡,他成功地改善了土壤質量也提高了莊稼收成,對於農業經濟的熱衷,甚至一度超過了對化學的熱情。

1869年3月6日,俄國化學學會在彼得堡大學召開一次重要的學術會議,因為門捷列夫要在這次會議上首次公佈他關於元素週期律的研究成果,但他卻沒有出席,放了所有人的鴿子,而是請他的學生門舒特金代勞宣讀這一重大發現。

門捷列夫在這麼重大的時刻沒有出現的原因卻讓人捧腹,因為他要忙著去考察乳酪作坊,但可惜的是,他的農業實驗並沒有得到廣泛關注,後來也沒有得到繼續支援。

隨著元素週期表的公佈後,尤其是之後門捷列夫預測的元素被逐一發現後,他名聲大噪,蜚聲海外,1876年當選聖彼得堡科學院通訊院士。

“不務正業”的化學家:門捷列夫

1869版元素週期表

之後成為技術專家的門捷列夫接到了越來越多官方和企業的邀請。同年門捷列夫作為沙俄官方石油工業委員會的專家顧問,到大洋彼岸的美國考察煉油廠,瞭解了石油工業和現代收稅體系。

回國後,在門捷列夫的建議下,官方取消了對煤油和石油的徵稅,使得沙皇俄國的石油工業得到復甦和振興。

19世紀80年代,俄土戰爭結束後,俄國國家經濟處於崩潰邊緣,沙皇亞歷山大二世也被反對者刺殺。沙皇的兒子亞歷山大三世繼承了皇位,為了穩定政局,重振經濟,1882年他在莫斯科召開了全國工業貿易大會,呼籲全國精英獻計獻策。

48歲的門捷列夫臨危受命,一連做了七場報告,內容涵蓋了鑄鐵、石油、燃料、食鹽、煤炭、皮革、亞麻、棉花、造紙、羊毛、絲綢和農業工業機械化等國民經濟關鍵問題,憑一己之力為俄國制定了一系列經濟發展計劃。

1886年,門捷列夫兩度赴高加索地區考察巴庫的油田,並提出了更有效利用重油的新方法。門捷列夫很早就認識到石油作為精細化工品原料的重要性,曾指出:“石油不僅僅只是燃料,更是重要的化工原料”。

兩年後,門捷列夫三次考察了頓涅茨克盆地的煤田,並向官方提出了一些重要的經濟決定建議,包括新的信用和租賃政策,取消煤田十年稅收以及降低運輸稅等政策,有相當一部分被官方採納執行。

此後不久,俄國就停止了從大洋對岸進口煤油,俄國的國內煤礦開採效率大幅提高,整個國家的工業也慢慢恢復了活力。

自1889年起,門捷列夫開始擔任俄國貿易和製造業委員會的委員,最初他只是幫助委員會解決一些具體問題,比如硫磺等化學品的保護性關稅定稅等,但是很快門捷列夫就意識到整個俄國關稅問題的嚴重性。

他嘗試把所有的關稅體系化和規範化,制定了達700頁之巨的“門捷列夫關稅”稅則。沙皇採納了門捷列夫的稅收和經濟改革措施,比如貿易保護體系、國有化問題以及穩定金盧布的概念,強有力的推動了沙俄的工業化程序。

亞歷山大三世在位期間,是俄羅斯工業化的時代,取得了非凡的經濟成就,煤炭開採量增長110%,石油開採量增長1468%,鍊鋼工業增長159%,生鐵鍛造業增長487%。同時俄國的小麥和糧食產量達到了世界糧食總產量的15%,而黑麥產量更是達到了全世界總產量的55%。黃金儲備量增加了210%,國家財政增加了9倍,而同時期英國的生產總值只增長了2。5倍、法國2。6倍,這其中門捷列夫可以說是居功至偉。

喜歡文藝的門捷列夫

門捷列夫不僅對科學感興趣,更是一位藝術家,每逢星期三,門捷列夫都會邀請俄國著名畫家列賓等人到家作客,談論藝術和繪畫。

化學家門捷列夫家裡充滿著藝術氣息,除了掛著化學元素週期表外,還掛著不少名家的繪畫作品。門捷列夫的妻子安娜非常擅長繪畫,受妻子的影響門捷列夫也酷愛繪畫。

正因為安娜擅長繪畫,他們家的“週三聚會”除了科學家還有很多藝術家。安娜曾回憶:“這裡可以聽到一切的藝術新聞,藝術商店送來藝術出版物給星期三聚會審閱。有時藝術家們也會在這裡展覽自己的新作。

“不務正業”的化學家:門捷列夫

門捷列夫和妻子

門捷列夫所創造的這種氣氛,到處呈現著高尚的知識趣味,而沒有低階的趣味和誹謗,使星期三變得格外有趣而愉快。”

門捷列夫曾為畫家庫莫茲的作品《第聶伯河之夜》寫過一篇評論《在庫莫茲的畫前面》。後來列賓還為門捷列夫畫了一幅肖像畫 《德米特里門捷列夫的肖像》。

“不務正業”的化學家:門捷列夫

門捷列夫肖像

某種程度上說,元素週期表是門捷列夫描繪世間萬物的一幅畫,他不僅僅揭示了原子排列的規律,也巧妙地展現了各種物質的性質和關係,18個縱行對應14個元素族,7個橫行又對應7個週期,金屬居左,非金屬居右,整個排列完美地將物質的規律用一種巧妙的藝術形式展現出來,這或許和他對藝術的喜愛是分不開的。

門捷列夫和伏特加酒的傳說

一直以來很多人認為伏特加是門捷列夫發明的,但其實在他之前伏特加已經存在了幾百年。現在更為流行的一種說法是,門捷列夫確定了40%酒精度是伏特加的最佳度數,並把這一數值作為國家標準規範化了。

這個說法不僅常常出現在電視上和文學作品中,甚至還被2011年出版的一本研究專著《伏特加的歷史》所採信。門捷列夫的博士論文題目是《論乙醇和水的結合》,只不過門捷列夫主要研究的是不同比例下乙醇水溶液的密度和熱膨脹情況,完全沒有涉及40%酒精度和伏特加口感的問題。

與諾貝爾獎擦肩而過

在後世看來,門捷列夫最大的遺憾莫過於兩次和諾貝爾獎擦肩而過。

1904年的諾貝爾化學獎和物理學獎都與惰性氣體的發現相關,而這些發現又和元素週期律密不可分,為了表彰門捷列夫在基礎化學研究領域的重大發現,他獲得了1905年的諾貝爾化學獎提名,但是當年的化學獎卻頒發給了有機化學家阿道夫·馮·貝耶爾。

1906年,門捷列夫再次獲得提名,並且在評選委員會的投票中以4比1的絕對優勢勝出,但是擁有最終決定權的瑞典皇家科學院否定了投票結果,並增加了四名投票委員,重新組織了投票委員會。

新的投票委員會最終以5比4選出了以製備氟單質著稱的法國化學家亨利•莫瓦桑,門捷列夫再次錯過了諾貝爾化學獎。1907年門捷列夫因病去世,按照諾貝爾獎不頒發給已故科學家的規則,因此門捷列夫也就沒有機會再獲得諾貝爾獎的殊榮。

現在一般認為門捷列夫未能獲獎的原因是斯萬特•阿倫尼烏斯的反對。門捷列夫一直質疑並強烈反對阿倫尼烏斯提出的電解質電離理論,而阿倫尼烏斯正是憑著該理論獲得1903年諾貝爾化學獎的。

阿倫尼烏斯作為瑞典皇家科學院的重要成員,很有可能利用自己的身份和地位阻止門捷列夫得獎。當然這種反對也許是出於學術上的考慮,阿倫尼烏斯可能認為元素週期律理論過於陳舊。

雖然這有些令人遺憾,或許門捷列夫本人也不在意是否能拿到諾貝爾獎,然而門捷列夫在化學和其他學科的開創性貢獻和成就,可能也不是一個諾獎能概括的。或許並不是他錯過了諾貝爾獎,而是諾貝爾獎錯過了他吧!

但是,門捷列夫在人類科學史上的卓越貢獻是無法讓後世忘記的,第101號元素“鍆”就是用他的名字命名的,月球上還有一座以門捷列夫命名的環形山,2019年聯合國為了紀念門捷列夫首次公開發表元素週期律的150週年,特地把這年設立為“元素週期表年”。

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