門捷列夫到底夢(mèng)到了什么?

當(dāng)我們學(xué)習(xí)化學(xué)這門學(xué)科的時(shí)候，認(rèn)識(shí)元素周期表都是一門必修課。面對(duì)元素周期表，我們可能會(huì)好奇門捷列夫是如何想出這樣一種元素排布的方式，可以囊括當(dāng)時(shí)已知的元素并能預(yù)測(cè)尚未發(fā)現(xiàn)的元素；也可能驚訝于組成大千世界的化學(xué)元素竟然能以如此簡(jiǎn)潔而有序的方式進(jìn)行呈現(xiàn)。但我們可能并不知道，在這背后隱藏著2500年來(lái)人類開拓化學(xué)研究的道路從而認(rèn)識(shí)世界本質(zhì)的故事。

英國(guó)作家保羅·斯特拉森的作品《門捷列夫之夢(mèng)：從煉金術(shù)到元素周期表》雖然以門捷列夫?yàn)轭}，但并非通篇介紹門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期表的故事，實(shí)際上有關(guān)門捷列夫的內(nèi)容在書中只占很小的篇幅。斯特拉森以門捷列夫和元素周期表為引子，回顧了化學(xué)發(fā)展史上的重要時(shí)刻，介紹了波義耳、拉瓦錫這些科學(xué)先驅(qū)如何點(diǎn)亮化學(xué)前進(jìn)的道路。當(dāng)然，他在書中也介紹了很多今日已經(jīng)默默無(wú)聞的人物，例如接下來(lái)的文字所介紹的卡爾·舍勒，他們同樣對(duì)化學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了不可估量的影響。

瑞典化學(xué)家卡爾·舍勒發(fā)現(xiàn)磷是骨骼的組成部分，并發(fā)明了一種更簡(jiǎn)單、更易于接受的提取方法。很快，磷就被用于制造最早的火柴。1855年，瑞典制造商J.E.倫德斯特羅姆獲得了安全火柴的專利，這迅速為他帶來(lái)了一筆財(cái)富。然而，這一切對(duì)于舍勒來(lái)說(shuō)都來(lái)得太晚了，因?yàn)樗诎雮€(gè)多世紀(jì)前就已去世，年僅40多歲。

▲卡爾·舍勒

舍勒或許是有史以來(lái)最不幸的科學(xué)發(fā)現(xiàn)者。在他相對(duì)較短的一生中，他所發(fā)現(xiàn)的元素超過(guò)了歷史上任何一位科學(xué)家。然而，在他發(fā)現(xiàn)的所有7種元素中，他的貢獻(xiàn)要么被掩蓋，要么遭到質(zhì)疑，要么被忽視。

舍勒似乎并不介意。他為人謙遜，作為一位藥劑師，他的技藝無(wú)人能及。1742年，他出生在施特拉爾松德，這座城市位于現(xiàn)今德國(guó)的東北海岸。18世紀(jì)早期，這里仍然屬于瑞典的波美拉尼亞地區(qū)，是一個(gè)世紀(jì)前在三十年戰(zhàn)爭(zhēng)中被征服的領(lǐng)土。盡管他有著德國(guó)姓氏，但舍勒認(rèn)為自己是瑞典人，并用瑞典語(yǔ)撰寫科學(xué)論文。

舍勒在十一個(gè)孩子中排行第七。由于沒(méi)有錢供他上學(xué)，14歲時(shí)他就成了一名藥劑師學(xué)徒。這個(gè)選擇后來(lái)證明頗具遠(yuǎn)見(jiàn)。舍勒對(duì)化學(xué)原料有著近乎癡迷的興趣，這使他能牢記每一種物質(zhì)的性質(zhì)，而且在判斷化學(xué)元素構(gòu)成方面具有無(wú)與倫比的直覺(jué)。舍勒很快引起了人們的注意，并最終在首都斯德哥爾摩獲得了一份藥劑師助理的職位。這聽起來(lái)可能微不足道，但在1775年，32歲的他被選為瑞典科學(xué)院院士——這是有史以來(lái)第一位（也是最后一位）獲得這一崇高榮譽(yù)的藥劑師助理。

不久之后，舍勒搬到了瑞典中部的湖邊小鎮(zhèn)雪平。當(dāng)?shù)匾晃凰巹熑ナ篮螅瑢⑺幍炅艚o了他的遺孀薩拉·波爾。舍勒買下了這家店，并建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室以繼續(xù)他的實(shí)驗(yàn)。他絲毫不被雪平沉悶乏味的單調(diào)生活所困擾，專心埋頭工作，而薩拉·波爾和他的妹妹則負(fù)責(zé)料理家務(wù)和打理藥店。偶有知名的瑞典和外國(guó)化學(xué)家會(huì)前來(lái)拜訪，這總是能引起當(dāng)?shù)鼐用竦闹T多猜疑。盡管柏林、斯德哥爾摩和倫敦的教授聘書接連寄來(lái)，但都被他置之不理。這位卓越的藥劑師并不想淪為茫茫教授中的普通一員。

多年來(lái)，舍勒一直飽受嚴(yán)重風(fēng)濕病和一系列其他疾病的折磨。這些疾病幾乎可以肯定是由他的實(shí)驗(yàn)操作導(dǎo)致的。舍勒?qǐng)?jiān)信，必須親自分析他所分離和發(fā)現(xiàn)的許多物質(zhì)的性質(zhì)。他的實(shí)驗(yàn)記錄甚至包括對(duì)氰化氫味道的準(zhǔn)確描述，這種劇毒物質(zhì)即使是少量吸入或通過(guò)皮膚吸收，也會(huì)導(dǎo)致可怕而痛苦的死亡。這些實(shí)驗(yàn)記錄還表明，他也可能在用味覺(jué)和嗅覺(jué)判斷硫化氫特性時(shí)中了毒，這種氣體具有惡臭氣味和致命毒性，可以說(shuō)是臭鼬和響尾蛇的結(jié)合體。

這也許是化學(xué)探索史上最激動(dòng)人心的時(shí)期。擺脫了煉金術(shù)的束縛后，18世紀(jì)的化學(xué)家們終于能夠探索一門全新科學(xué)的無(wú)限可能。未被發(fā)現(xiàn)的元素觸手可及，就像鋼琴鍵盤上的琴鍵一樣。他們既能彈奏其中一些基本的音符，也能演奏出某些復(fù)雜的和弦。但當(dāng)他們的手在鍵盤上摸索時(shí)，第一次逐漸意識(shí)到更大范圍音域存在的可能性。在他那個(gè)時(shí)代，舍勒將這一可能性擴(kuò)展到了前所未有的程度。他不僅確定了一系列動(dòng)物、植物和無(wú)機(jī)酸，還發(fā)現(xiàn)并鑒定了多種重要化合物的成分。

堅(jiān)韌的舍勒挺了過(guò)來(lái)，使他能夠?qū)⒆⒁饬D(zhuǎn)向元素研究。1770年，他成為第一位制備出氯氣的化學(xué)家。任何去過(guò)游泳池的人都能體會(huì)到，即便是稀釋后的氯氣也會(huì)讓人眼睛發(fā)酸，并且氣味刺鼻，舍勒僅靠自己一人進(jìn)行了這種氣體的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生的影響可想而知。遺憾的是，這一次舍勒引以為傲的化學(xué)直覺(jué)卻出現(xiàn)了偏差。他沒(méi)有認(rèn)識(shí)到氯是一種元素，反而堅(jiān)信自己制得的氣體是空氣中某種成分的化合物。直到三十年后，英國(guó)化學(xué)家漢弗里·戴維（礦工安全燈的發(fā)明者）才意識(shí)到這種氣體是一種元素。事實(shí)上，正是戴維根據(jù)其淺綠色外觀首次將其命名為“氯”（chlorine，源自希臘語(yǔ)，意思是“淺綠色”）。

▲漢弗里·戴維

這位英國(guó)人戴維逐漸成為舍勒科研路上的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，并且在鋇的發(fā)現(xiàn)上再次超過(guò)了舍勒。舍勒率先完成了關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)工作，成功分離出氫氧化鋇。三十年后，戴維通過(guò)進(jìn)一步研究，分離出銀白色的金屬鋇（barium，源自希臘語(yǔ)barys，意思是“重的”）。如今，鋇被用于制造合金，用于吸收真空管中的雜質(zhì)。

類似的遺憾在鉬的發(fā)現(xiàn)上重演，這種金屬后來(lái)成為步槍槍管所用鋼材的一種重要成分。舍勒先是得到了一種物質(zhì)，他確信其中含有一種新元素，并推測(cè)這種元素可以在高溫條件下被分離出來(lái)。但由于沒(méi)有熔爐，他把這種物質(zhì)交給了他的朋友，年輕的化學(xué)家彼得·海基爾姆，他現(xiàn)在被認(rèn)為是發(fā)現(xiàn)鉬的人。大約在同一時(shí)期，舍勒還成功地將制取錳的方法傳授給了他的朋友、礦物學(xué)家約翰·甘恩。（英語(yǔ)中的“錳”是manganese，錯(cuò)誤地取自拉丁語(yǔ)magnes，意思是“磁鐵”，被認(rèn)為具有分解水的特性。）

從這些發(fā)現(xiàn)可以看出，這些年來(lái)，瑞典正在發(fā)展出一個(gè)先進(jìn)而有能力的化學(xué)家群體。這些先驅(qū)者將在化學(xué)的發(fā)展中發(fā)揮重要作用。瑞典在科學(xué)領(lǐng)域做出了全方位的貢獻(xiàn)。這一時(shí)期，林奈奠定了現(xiàn)代植物學(xué)的基礎(chǔ)；攝爾修斯確立了溫度計(jì)的刻度；在福特之前的兩個(gè)世紀(jì)，發(fā)明家波爾赫姆就構(gòu)想出了裝配線工廠。這一切都發(fā)生在一個(gè)僅有200萬(wàn)人口、位于歐洲邊陲的國(guó)家。瑞典對(duì)這一時(shí)期科學(xué)革命的貢獻(xiàn)不遜于任何其他國(guó)家。18世紀(jì)堪稱瑞典的黃金時(shí)代。到這一時(shí)期末，隨著工業(yè)革命在歐洲蔓延，瑞典供應(yīng)了全球三分之一以上的生鐵。瑞典東印度公司的貿(mào)易航線遠(yuǎn)達(dá)日本；而著名神秘主義作家斯維登堡也不甘示弱，創(chuàng)作了多部著作，生動(dòng)翔實(shí)地描繪了他游歷天堂和地獄的經(jīng)歷。就連國(guó)王古斯塔夫三世也參與創(chuàng)作了一部歌劇（他后來(lái)在斯德哥爾摩歌劇院被槍殺，不過(guò)這與對(duì)該劇的評(píng)價(jià)毫無(wú)關(guān)系）。

與此同時(shí)，在雪平省的偏遠(yuǎn)地區(qū)，舍勒繼續(xù)著他那費(fèi)力不討好的化學(xué)元素研究。此時(shí)瑞典的化學(xué)成就開始引起國(guó)際關(guān)注。兩位西班牙學(xué)生——唐·何塞和唐·福斯托·德埃爾胡亞爾兄弟，前來(lái)拜訪舍勒。在會(huì)面中，舍勒解釋了他是如何從白鎢礦（這種礦物后來(lái)以他的名字命名）中獲得一種他稱之為“鎢酸”的物質(zhì)。大約一年后，德埃爾胡亞爾兄弟成功地從這種物質(zhì)中分離出了鎢元素，在瑞典語(yǔ)中，“鎢”的意思是“重石”。這種元素日后將被用于制造燈絲。德埃爾胡亞爾兄弟后來(lái)移居美洲，唐·福斯托在那里擔(dān)任墨西哥礦業(yè)總監(jiān)。

舍勒最重要的工作是在氣體領(lǐng)域，這一領(lǐng)域后來(lái)被證明對(duì)化學(xué)的下一個(gè)重大進(jìn)展至關(guān)重要。舍勒成功地證明空氣包含兩種不同的成分，其中只有一種能支持燃燒。他將其中一種命名為“火空氣”，另一種命名為“變質(zhì)空氣”。他成功地從后者中分離出氮元素，但他不知道蘇格蘭化學(xué)家丹尼爾·盧瑟福（小說(shuō)家沃爾特·斯科特的叔叔）4年前就已經(jīng)完成了這項(xiàng)工作。不過(guò)，舍勒最偉大的成就是發(fā)現(xiàn)了“火空氣”，也就是氧氣。正如我們現(xiàn)在所知，這種元素在許多最重要的自然化學(xué)反應(yīng)中扮演著主要角色，它是打開化學(xué)未來(lái)大門的關(guān)鍵元素。1772年，舍勒首先通過(guò)加熱氧化汞制得“火空氣”——氧化汞容易分解成汞和氧氣。他在他唯一出版的著作《火與空氣的實(shí)驗(yàn)》中記述了這個(gè)實(shí)驗(yàn)。然而，由于出版商的一系列失誤（這些都不是舍勒的過(guò)錯(cuò)），這部著作推遲到1777年才最終面世。此時(shí)，英國(guó)化學(xué)家約瑟夫·普里斯特利已經(jīng)發(fā)表了對(duì)同一實(shí)驗(yàn)的描述，因此搶先獲得了這一最重要元素發(fā)現(xiàn)的榮譽(yù)。

▲約瑟夫·普里斯特利

舍勒毫不氣餒地繼續(xù)他細(xì)致入微的研究，取得了許多遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于時(shí)代的原創(chuàng)性成果。其中最具代表性的是他發(fā)現(xiàn)了光對(duì)含銀化合物的作用。半個(gè)世紀(jì)后，法國(guó)藝術(shù)家和發(fā)明家路易·達(dá)蓋爾利用這一效應(yīng)發(fā)展了攝影術(shù)（photography，字面意思是“用光書寫”）。

然而，長(zhǎng)期從事化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析最終損害了舍勒的健康。1786年，40多歲的他患上了重病，癥狀表明是汞中毒。在病床上，他與寡婦薩拉·波爾結(jié)婚，以確保她能重新繼承藥房，沒(méi)幾天他就去世了。舍勒曾與歐洲各地的頂尖科學(xué)家廣泛通信，他在學(xué)術(shù)交流中展現(xiàn)的慷慨精神或許永遠(yuǎn)無(wú)法被完全認(rèn)知。就像他的諸多發(fā)現(xiàn)一樣，他對(duì)化學(xué)發(fā)展的影響似乎注定被歷史所忽視。

（本文摘編自《門捷列夫之夢(mèng)：從煉金術(shù)到元素周期表》第八章“從未見(jiàn)過(guò)的東西”，配圖和標(biāo)題為編者所加）

書名：《門捷列夫之夢(mèng)：從煉金術(shù)到元素周期表》

?♂? 作者：[英]保羅·斯特拉森 翻譯：王加祥

內(nèi)容簡(jiǎn)介

化學(xué)究竟是什么？這是個(gè)跨越千年的漫長(zhǎng)故事。從古希臘哲學(xué)家第一次思考世界由什么構(gòu)成，到中世紀(jì)煉金術(shù)士對(duì)“點(diǎn)石成金”的執(zhí)念……化學(xué)，這門古老的學(xué)科在哲學(xué)思辨和神秘主義的迷霧中艱難萌發(fā)。人們渴望理解自然的構(gòu)成，掌握改變物質(zhì)的力量，而這些知識(shí)往往來(lái)自泥濘、火焰和煙霧。

在這里，你將會(huì)認(rèn)識(shí)一群充滿熱情，甚至有點(diǎn)瘋狂的化學(xué)家。他們中有像帕拉塞爾蘇斯這樣特立獨(dú)行的江湖醫(yī)生，也有像波義耳、拉瓦錫這樣奠定現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)的科學(xué)先驅(qū)。你會(huì)看到他們的奇思妙想和不懈探索，他們的成功與謬誤。故事的高潮，無(wú)疑是俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫的靈光一閃——元素周期表不僅優(yōu)雅地歸納了已知元素，更以驚人的準(zhǔn)確度預(yù)言了未知世界，為化學(xué)世界帶來(lái)了前所未有的清晰秩序。

本書并非門捷列夫的個(gè)人傳記，也不僅僅是一部線性的化學(xué)編年史。我們將跟隨作者穿梭于歷史長(zhǎng)河，探索夢(mèng)想如何實(shí)現(xiàn)，目睹人類智慧如何創(chuàng)造奇跡。