化學之外的「門神」:跨界跨了半個俄國|有機化學|物理學家|...

2021-01-09 網易科技

若要問歷史上最偉大的物理學家有哪些,足以引發一場華山論劍。化學界的口水戰可能不至於那麼激烈。光憑一張元素周期表,門捷列夫就可坐擁「門神」地位。

2019月2月迎來了化學元素周期表的150歲生日,也是俄國化學家的185歲誕辰。

聯合國將2019年定為「國際化學元素周期表年」,並評價道:「元素周期表是科學史上最卓著的發現之一,刻畫出的不僅是化學的本質,也是物理學和生物學的本質。」

門捷列夫於1897年

元素周期表給世間留下了許多令人津津樂道的傳奇,比如門捷列夫將當時所知的63種元素寫在卡片上,日夜「玩牌」悟道;比如門捷列夫寤寐思服,終於夢見所有元素一一落在相應的位置,組成一張表格;比如法國化學家德布瓦博德蘭在1875年發現了門捷列夫在周期表中預言的鎵元素,只是密度並不符合。門捷列夫去信要求他重新提純,而後測量果如原先的預言。

門捷列夫的第一版元素周期表

不過,「門神」之所以成為「門神」,僅僅玩轉化學是不夠的。門捷列夫在72年的人生中(1834年-1907年),撰寫了500多篇著作,涵蓋化學、物理、地球物理、工業技術、社會經濟等多個領域,跨界程度堪比其祖國的疆土。

如果要歸納門捷列夫的成功法門,最恰當的可能是一句中文俗語:「自己動手,豐衣足食」。

在德國留學時,門捷列夫不滿足於導師實驗室的儀器精度,一介窮學生自掏腰包在家中搭建器材,並設計出了門捷列夫比重瓶等新裝備;

從德國「海歸」後,門捷列夫窮困潦倒,身兼多份私教,同時在4個月內寫成了俄國歷史上第一部《有機化學》手冊,暢銷一時;

甚至,門捷列夫之所以歸納出元素周期表,也是因為需要教授並不熟悉的無機化學課程,他決定自己編寫一本新的系統性教材,亦即後來的傳世名著《化學原理》。

無怪乎「門神」能跨界大殺四方。無論是早年際遇還是國家命運,他一生頗多坎坷,但可謂鞠躬盡瘁,遇山開山,逢水搭橋,行至腦力窮處,坐看大千世界。

能源

在門捷列夫的時代,石油的主要用途仍是照明和民用燃料,尚未上升到「工業血液」的地位。他以富有前瞻性的眼光,參與了俄羅斯近代石油工業的發展。

1861年,28歲的門捷列夫兼職校對德文版《技術百科全書》的翻譯工作,由此萌生出對工業的興趣。他在次年幫助俄國富翁科科雷夫改進了高加索一家煉油廠的工藝,大大提高產量。

1876年,包括石油行業在內的俄國經濟出現危機。門捷列夫被政府聘為顧問,兩度考察巴庫的煉油廠,提出了利用重油的新方法。他留下了名言:「石油不是燃料。直接燒石油,就像在廚房爐灶裡燒支票一樣。」

在門捷列夫的幫助下,俄國建立了第一座從重質油大規模煉製潤滑油的工廠,不久,石油潤滑油開始全方位取代動植物油脂。

去完高加索,他前往美國賓夕法尼亞州考察,詳盡調研了最新工藝和油稅制度,總結成《論北美賓夕法尼亞與高加索的石油工業》一文。

俄國政府採納了門捷列夫的建議,取消煤油和石油消費稅的建議,建設輸油管道,停止從美國進口煤油。國內石油行業漸漸復甦。

1888年,門捷列夫三度前往頓涅茨克考察煤礦和工廠,提議出臺新的信貸和租賃政策、優惠的運輸稅、為工廠免稅10年。

門捷列夫也在理論上做出了貢獻,猜測石油是由鐵碳化合物和水在地下深處高壓中相互作用形成的,突破了有機物和無機物的界限。

酒精

1861年,由於編寫了百科全書中的《酒精度量學》一章,門捷列夫還被財政部聘為酒精技術委員會的專家,徵求精確測量乙醇溶液濃度的新方法和新裝置,以改革酒稅。他用幾次立方蒸餾得到了極純的乙醇,詳盡研究了溶液體積和密度隨溫度和水乙醇比的變化,提煉出精準而複雜的公式作為工業標準。

除了薪水,門捷列夫還有意外的收穫。他一直以來都對液體和溶液的基本物化性質很感興趣。在研究酒精的過程中,他可以從精準繪製的圖像中讀出清晰的化合物組分,即乙醇與水分子的摩爾比。

這後來成了他的博士論文題目:《論酒精和水的化合物》。再加上門捷列夫在死前擔任的職位是俄國計量所所長,許多人便附會出了一個廣為流傳的說法:門捷列夫規定伏特加的「黃金比例」是38度,後來為計稅方便而改成40度。

其實,門捷列夫在博士論文中討論的酒精濃度超過70%,未有一句提及伏特加。他擔任計量所所長期間的主要貢獻是統一度量衡,引入了國際公制。

貿易

每逢危急存亡之秋,門捷列夫的身影總是十分活躍。俄土戰爭(1877-1878年)後,俄國經濟瀕臨破產。1882年,一場專門的工業和貿易大會在莫斯科舉行,號召商界獻計獻策。

門捷列夫在會上一人做了7場演講,涵蓋鑄鐵、石油、燃料、鹽、煤、皮革、亞麻、棉花、紙張、羊毛、絲綢、機械化等國民經濟核心議題。

1889年,門捷列夫成為貿易和製造業委員會的成員。他一開始只參與制定硫磺等化學品的關稅,但他很快意識到,關稅是一個整體性問題。門捷列夫試圖在一種框架內安排所有可能的關稅,寫成了700頁巨著《用關稅解釋俄國工業的發展》,提倡貿易保護主義,大受業內好評。這個框架被稱為「門捷列夫關稅體系」,直接導致了1893年至1894年俄國與歐洲的貿易戰,強有力地刺激了俄國國內的工業化進程。

農業、教育、藝術

當然,門捷列夫不僅是敏銳的觀察者和高產的寫手,他對 「副業」往往傾注了諸多實踐和心血。

門捷列夫關注農業。剛在聖彼得堡大學獲得穩定教職,他便在附近的鄉村購置新屋,自建實驗室和試驗田。他欣賞李比希的現代農業化學理念,鼓勵使用磷肥和其他礦物肥料。在其後兩年間,試驗田的土壤質量和農作物產量確實提高了。

事實上,1869年元素周期表正式在俄羅斯化學學會上首發時,門捷列夫本人是缺席的。當時他正在考察奶酪發酵業,委託他人在發布會上代為演講。

門捷列夫關注教育。1871年,他參與開設了第一批接收女生的課程,並親自講課。此外,他發表了關於高中改革的文章,以期將其納入終身教育軌制。

門捷列夫關注藝術。1871年至1873年,他為一批著名畫家開設了有關顏料和顏色的化學講座,並加入攝影師俱樂部,助力俄羅斯藝術的傳播。

門捷列夫第二任妻子波波娃

1877年,門捷列夫對19歲的美術生波波娃一見鍾情,頂著教會的壓力離婚再娶。

門捷列夫甚至有製作行李箱的愛好,其中的獨家秘方是一種特製膠水。傳說他一次在聖彼得堡當地的市場採購材料,旁邊一位顧客詢問店主這位先生是誰,店主答道:「你不知道嗎?他是個很有名的做行李箱的師傅,門捷列夫。」

以太

當然,勇往直前的「門神」也不是沒走進過死胡同,那就是「以太」。這是一條歷史悠久的死胡同,許多偉大的西方科學家都曾到此一遊。古希臘的亞里斯多德認為除了「水、火、氣、土」四行之外,天空的最上層還有一種最基本的元素以太。17世紀的笛卡爾則認為物體之間的力是通過以太傳遞的。

門捷列夫版的元素周期表依據原子的質量而排列,隨著質量增加呈現出周期性的變化。門捷列夫由此相信這一規律的根基是一種質量極小但不為零的元素,很可能和傳遞萬有引力的以太是同一個東西。

門捷列夫(最左)1895年9月於艾菲爾鐵塔

為此,他向軍事部申請大量經費,購置最好的氣泵,以研究極端高壓下的氣體彈性。在實驗過程中,他再次發揮自己動手的精神,發明了門捷列夫差示氣壓計等新裝備,以實現超高精密度的測量。這一研究檢驗了理想氣體狀態方程,並推廣為現行的版本pV = nRT。

在同一時期,許多人把以太附會為靈媒,坊間流傳著許多「神跡」,即人可以通過精神力量隔空移物,包括巴甫洛夫在內的許多科學家都曾把靈媒當作嚴肅的課題研究。1875年,門捷列夫通過在桌面下安置靈敏的壓力計來檢驗神跡,最終證明都只是一些詭計。

1876年,門捷列夫終於承認以太這條路走不通,叫停了項目,招致贊助商的不滿。

飛行

不過,追尋以太的過程並非全無收穫,除了理想氣體狀態方程,門捷列夫點燃了對氣象學和航空的熱情,後來擴展到流體力學甚至船舶製造學。

他認為這些不同的領域背後有著同一個核心問題:阻力。1882年,他在《論液體和空氣飛行阻力》中總結了相關的研究成果。

1887年,53歲的門捷列夫坐著自己參與設計建造的氣球,一個人上升到3000米高空。在那裡他沒有找到以太,但見證了一次日全食。

門捷列夫的空中之旅

也正是在這一年,門捷列夫發表了《水溶液密度的研究》,通過分析233種化合物的溶液在不同溫度下的密度與濃度,他在連續的曲線上找到極端點,來證明水合物的形成。在前言裡,門捷列夫用這本書來紀念自己的母親:

「這項研究是她最小的兒子獻上的思念。她以身作則,以愛糾錯,並用生命中最後一點力氣把他帶離西伯利亞,獻給科學。

她臨終時說道:不要耽於幻想,不要紙上談兵,要耐心地追求神聖和科學的真理。她懂得言辭何其詭辯,所知何其淺薄,要用科學而非暴力,愛心輔以信心,消除一切迷信、不實和謬誤,代之以尚待發現的真相、未來發展的自由、普世的福利,以及內在的幸福。德米特裡·門捷列夫謹遵她的遺言。」

門捷列夫母親瑪利亞的畫像

退休後的門捷列夫在海軍部的委託下開始研製無煙火藥。1892年,他通過改良硝化纖維成功發明「焦珂羅酊」,建議以此全面替代俄國現有的火藥。然而,由於成本問題和一些利益糾葛,該方案被軍方棄之不用。

不過,門捷列夫參與的另一個海軍項目——世界上第一艘極地破冰船Yermak號,倒是在1898年成功下海。

世界上第一艘極地破冰船Yermak號

1906年,門捷列夫獲得諾貝爾化學獎提名。由於一部分評委認為「難以評價元素周期表在理論上由誰發現」,門捷列夫以一票之差輸給了製備出單質氟的法國化學家莫瓦桑。

此時,門捷列夫與剛輸掉日俄戰爭的帝國一樣垂垂老矣。

次年,門捷列夫病逝於聖彼得堡,享年72歲。第101號元素「鍆」,把俄國化學家的名字永遠刻在了元素周期表上。

相關焦點

  • 元素周期表150歲|化學之外的「門神」:跨界跨了半個俄國
    若要問歷史上最偉大的物理學家有哪些,足以引發一場華山論劍。化學界的口水戰可能不至於那麼激烈。光憑一張元素周期表,門捷列夫就可坐擁「門神」地位。2019月2月迎來了化學元素周期表的150歲生日,也是俄國化學家的185歲誕辰。
  • 精油化學丨基礎有機化學與精油化學
    基礎有機化學 自然界中存在眾多的元素,其中碳元素對世界尤為重要,碳元素是所有已知生命的化學基礎,我們通常說的有機化學就是研究碳原子的科學,所以有機化學又被稱為碳化合物的化學,是化學中極重要的一個分支。
  • 化學能幹嘛?經典化學之有機化學篇
    「有機化學」這個詞是永斯·貝採利烏斯發明的,它是研究有機化合物及有機物質的結構、性質、反應的學科,是化學中極重要的一個分支。有機化學研究的對象是以不同形式包含碳原子的物質,又稱為碳化合物的化學。其實在此之前,含碳化合物被稱為有機化合物是因為以往的化學家們認為含碳物質一定要由生物(有機體)才能製造。
  • 夢中取得的科學發現——有機化學的興起
    19世紀中葉,隨著有機合成的快速發展,有機化合物的數量也急劇膨脹。然而,化學家們注意到有機化合物如此繁多而構成有機化合物的元素卻只有碳、氫、氧、氮等屈指可數的幾種。這引起了他們的思考:這幾種元素以什麼方式構成這麼多性質迥異的化合物?
  • 英語老師跨界直播用上化學方程式
    電子版首頁 > 第A10版:看天下 上一篇  下一篇 英語老師跨界直播用上化學方程式 本人稱目前是江南大學一名旁聽生 正準備考精細化工專業研究生
  • 有機氟化學又添新磚
    原標題:有機氟化學又添新磚 氟元素就像磚瓦,用它可以搭成各式各樣的房子。對研究人員來說,這個成天打交道的小元素不僅寄託著他們的個人理想,還承載著心中的強國夢。 氟化學界的變化和元素周期表老九——氟一樣活躍。 「在所有元素中,氟元素的原子半徑很小,電負性卻最大。
  • 化學大師的跨界和堅守——紀念Ronald Breslow教授
    今天就讓我們來看一位有機化學大師的堅守,羅納德•布雷斯洛(Ronald Breslow)教授,這位跨界的天才科學家是如何沉澱自己,在數個領域都做出卓越的成績。他出色的工作催生了第一個HDAC抑制劑伏立諾他。我們希望在這股浪潮中,能湧現出更多像布雷斯洛這樣紮實工作的學者和企業家。
  • 諾貝爾化學獎頒出 這次又跨界了
    看起來似乎沒有關聯,但其實他們的發現卻有一個共同的特點,正如諾貝爾官網上所說「他們利用了進化的力量」,並使用相同的原理「遺傳變化和選擇」來開發解決人類化學問題的蛋白質。這位女科學家是個傳奇皇家科學院在宣布今年諾獎化學獎獲獎者後,連線了弗朗西斯·阿諾德教授,這位美國女科學家是諾獎118年歷史上第五位女性化學獎得主。
  • 有機化學小常識
    「有機化學」這一名詞於1806年首次由貝採裡烏斯提出。當時是作為「無機化學」的對立物而命名的。
  • 6歲萌娃已經自學完《無機化學》和《基礎有機化學》了!
    袁萊維。背後是他媽媽給他繪製的元素周期表「我一次碰到這麼小、懂這麼多化學的學生。」因為對化學有如此深厚的興趣,袁萊維引起了這位浙江大學化學系分析測試平臺主任、浙江省化學會競賽委員會主任何巧紅教授的重視。何教授馬上把小朋友推薦給了學軍中學拔尖創新辦公室副主任、金牌教練姚琪老師。姚老師給袁萊維找了一位學軍年輕的化學競賽教練,畢業於北京大學化學與分子工程學院的黃山老師。黃老師「扔」給袁萊維一本《無機化學》,讓他回去看書。
  • 化學主要分支-有機化學的創立與發展
    維勒由於偶然發現了從無機物合成有機物的方法,而被認為是有機化學研究的先驅。在此之前,人們普遍認為:有機物只能依靠一.種生命力在動物或植物體內產生:人工只能合成無機物而不能合成有機物。維勒的老師貝採利烏斯當時也支持生命力學說,他寫信給維勒,以諷刺的口吻問他能不能在實驗室裡「製造出--個小孩來」。
  • 趣話化學史——有機化學的誕生(二)——有機化學教育家李比希
    就在大化學家貝採裡烏斯提出的「有機化學」理論到德國的化學天才少年維勒的驚世發現期間,又有一位偉大的化學家登上化學史的舞臺,並且把有機化學引入了農業科學當中。他就是著名的有機化學之父李比希。1803年,李比希出生於達姆施塔特,他比另一位之前我們介紹的化學天才維勒小三歲。
  • 有機化學大講堂——醌
    醌的化學性質醌的結構可視為環狀的a,b-不飽和二酮,C=C與C=O共軛,但又沒有芳香性,故它具有C=C與C=O的典型反應。親電加成有機化學大講堂往期筆記↓↓↓     有機化學大講堂——烷烴(Alkane)有機化學大講堂——烯烴 (Alkene)有機化學大講堂——烯烴 (Alkene)有機化學大講堂——滷代烴(一)有機化學大講堂——滷代烴( 二)有機化學大講堂——芳香烴(一)有機化學大講堂——芳香烴(二)有機化學大講堂——醇
  • 在化學中怎樣給有機化合物的化學方程式配平
    無論是中考還是高考,化學是一門主課,在化學中,化學配平佔一定的分值,配不好平,配錯了,都要扣分。那麼該怎麼配平呢。我先向大家介紹這種有機化合物的配平是最簡單的,那麼下面我們就學學。要想學會有機化合物的配平,要先知道什麼是有機化合物。
  • 提出元素周期表的化學家門捷列夫就是19世紀俄國科學家的傑出代表
    19世紀後半期,俄國自然科學取得了舉世矚目的成就,湧現出一批傑出的科學家,提出元素周期表的化學家門捷列夫就是這些科學家的傑出代表1834年2月8日,門捷列夫出生在西伯利亞託博爾斯克市個普通的知識分子家庭。父親因患眼疾雙目失明,提前退休在家母親聰明能幹,挑起全家生活的重擔,並通過科學管理,讓一家瀕臨倒閉的小型玻璃廠起死回生,母親的剛強幹練給小門捷列夫以終身影響。1841年,門捷列夫進入託博爾斯克中學,在數學和物理方面表現出超常的理解力和記憶力。
  • 提出元素周期表的化學家門捷列夫就是19世紀俄國科學家的傑出代表
    19世紀後半期,俄國自然科學取得了舉世矚目的成就,湧現出一批傑出的科學家,提出元素周期表的化學家門捷列夫就是這些科學家的傑出代表。1834年2月8日,門捷列夫出生在西伯利亞託博爾斯克市個普通的知識分子家庭。
  • 有機化學 - 東華大學
    有機化學  (1)專業簡介  有機化學專業於2003年獲得碩士學位授予權。現有教授7名,副教授8名。有機化學專業以生物活性物質和功能材料為主要研究對象,從研究有機合成化學和物理 有機化學著手,發展有機化學的反應、合成、方法和理論。
  • 如何學好高中有機化學
    一、結構決定性質——學習有機化學的法寶結構決定性質,性質反映結構,在有機化學中表現得特別明顯,這不僅表現在化學性質中,同時也體現在物理性質上。因此在有機化學的學習中,要善於利用這個法寶。這樣在有機化學學習時才能觸類旁通,收到事半功倍的效果。從物理性質看,烷烴的熔沸點隨著碳數的增加而增加,狀態也由氣態到液態再到固態。
  • 2019山東專升本有機化學、無機化學答題技巧
    2019年山東專升本還未開始,相信很多考生已經開始備考了,大家都知道藥學專業的專業課考有機化學和無機化學,小編為大家整理了2019山東專升本有機化學、無機化學的答題技巧,是否能夠拿高分主要在於答題的細節處理,以及審題是否細心,希望這些技巧對同學們有所幫助,預祝各位考生成功上岸。
  • 化學知識點:有機化學
    化學知識點:有機化學 2017-01-03 10:19:29 來源:搜狐教育   1.羥基官能團可能發生反應類型:取代、消去、酯化、氧化、縮聚、中和反應  正確,取代(醇、酚、羧酸);消去(醇);酯化(醇、羧酸);氧化(醇、酚);縮聚(醇、酚、羧酸);中和反應(羧酸、酚)  2.最簡式為CH2O的有機物:甲酸甲酯、麥芽糖、纖維素  錯誤,麥芽糖和纖維素都不符合  3.分子式為C5H12O2的二元醇,主鏈碳原子有3個的結構有