第四章學生化學發現的啟迪1
1.鉀與鈉的發現
19世紀初，伏特發明了電池後，各國化學家紛紛利用電池進行分解各種物質的實驗研究。其中有一位年輕的英國化學家漢夫裏·戴維(Humphry Davy，1778～1829，英國化學家)正在進行苛性堿的電解實驗。
戴維於1778年12月17日生於康沃爾郡彭讚斯，1795～1798年，給一位藥劑師當學徒，其間讀了A.-L.拉瓦錫的《化學原理》，從此對化學產生了濃厚的興趣。1798～1801年，在布裏斯托爾任氣體研究所的實驗室管理員。1801年開始在英國皇家學院講授化學。1802年任化學教授和皇家學會會誌助理編輯。1803年當選為英國皇家學會會員。
他所進行的苛性堿的電解實驗，在當時也是絕無僅有的了，因為人們向來以為苛性堿是不可再分解的簡單物質，幾乎所有化學家都毫無疑問地把它當成了化學元素。可是，戴維卻有另外一種衝破傳統的想法。他推想，堿有幾種化學性質，跟一些已知的成分複雜的物質很相似，所以，它很可能也是化合物。於是，他先選用苛性鉀進行電解實驗。然而幾次實驗都失敗了，苛性鉀原封不動，呈現出的都是水被分解成氫和氧的現象。不過，戴維沒有因此而喪失信心。他不斷改進實驗。既然水總在裏麵搗亂，幹脆就用無水苛性鉀吧!他按著這一思想又幹了起來。果然，奇異的現象出現了。
一天，戴維讓助手埃德蒙得把苛性鉀水溶液換成無水苛性鉀，並給無水苛性鉀加熱，然後開始對熔融的無水苛性鉀電解……
“它會不會分解呢?”戴維把白金導線接觸熔融了的苛性鉀表麵時，心裏在想。“現在沒有水了，匙子裏隻有苛性鉀一種東西。如果它不是一種元素，那麼它馬上就會露出原形……可是如果電流不能通過熔融的堿呢?”正在他反複思索之時，電流通過去了。“喂!”戴維聲音都變了，“埃德蒙得，到這兒來!苛性鉀分解了!”助手用手遮著眼睛，往儀器前湊。而戴維自己卻差點把鼻子碰到白金匙子上。原來，由於電流的作用，熔融的苛性鉀不僅通過電流，發生顯著的變化，而且在白金導線跟苛性鉀接觸的地方，還出現了一些小小的火舌，淡紫色的火焰，非常美麗，隻要電路不斷，火焰不會熄滅；電流一停，火焰也就立刻熄滅。埃德蒙得莫名其妙地看著教授，說：“這是怎麼回事?”“埃德蒙得，這意味著，咱們已經把這種假元素給揭穿了。”戴維自信地說，“電流已經把苛性鉀所含的某種未知物質，分離出來。導線旁邊發著淡紫色火焰的就是它。”這是一種什麼樣的物質呢?怎樣才能收集到這種神秘的物質呢?戴維再次陷入思索之中……
1807年10月的一個早晨，薄霧蒙蒙。戴維吃完早飯，匆匆走向實驗室。幾天來，他一直在想，第一次沒有把苛性鉀分解成功是因為水；第二次，又沒有成功，可能是因為那熔融的堿熱到了發赤的地步，溫度太高了。於是又想出了第三個辦法，讓苛性鉀從空氣裏稍微吸收一點濕氣試試。按著這一想法，他和助手埃德蒙得又開始了新的實驗……
電流果然通過去了。那固體的堿塊，立即開始從上下兩個方向熔化。戴維見此情景，臉色漸漸蒼白了。他站在試驗台旁邊，緊張得幾乎停止了呼吸。這時，堿塊同金屬接觸的地方正在熔化，發出細微的噝噝聲。突然，啪的一聲爆響，像爆竹般從熔融的堿上麵傳出。戴維用胳膊肘使勁推了一推他的助手，迅速把頭俯到試驗台上。“埃德蒙得……埃德蒙得……”他喃喃地說，“你看啊，埃德蒙得!”熔融的苛性鉀上麵沸騰得越來越厲害，下麵的白金片上有些極小的珠子從熔融了的苛性鉀裏滾出來。它們跟水銀珠一樣活動，一樣帶有銀白的光澤，可是它們和水銀可大不相同。它們中間有的剛一滾出來，就啪的一聲裂開，爆發出一股美麗悅目的淡紫色火焰而消失得無影無蹤；有的雖然僥幸得以保全，在空氣中卻很快就變暗，蒙上一層白膜。原來堿的組成中含有某種金屬!而且在這以前，誰也不知道世界上有這麼一種金屬……戴維認清了這一點，突然離開座位，在實驗室裏如醉如狂似地跳起舞來……
又經過幾次驗證後，他終於肯定了自己的新發現。他大膽地把苛性鉀從元素名單上抹掉，換上了一個當時還沒有人知道的新元素。這次真的是一種元素了，他給它取名叫“鍋灰素”，譯成中文就是“鉀”。
分解了苛性鉀以後，戴維立即著手分解另一種堿——苛性鈉，並很快獲得成功。他為這種從苛性鈉中分離出來的新的金屬元素，取名為“蘇打素”，譯成中文即是“鈉”。
鉀和鈉的性質有很多相似之處，隻不過，鈉的金屬活動性比鉀略微差一點兒。鈉是黃色的火焰，鉀是淡紫色的火焰。所以當時人們都說：“戴維發現了雙胞胎元素!”
戴維的科研成就很多。1800年研究電解，從理論上解釋了電解過程，指出與電極具有相反電荷的帶電質點能按相對親和力的大小排列成一係列，這實際上是現代電化學的基礎；1802年開創了農業化學；繼1807年用電解法離析出金屬鉀和鈉之後，他在1808年又分離出金屬鈣、鍶、鋇和鎂，他對堿金屬的詳細研究，為拉瓦錫所指出的“所有堿都含有氧”，提供了證明；推翻了拉瓦錫關於所有酸中都含有氧的觀點，提出所有酸含有氫而不是氧。此外，他對氯、碘及其化合物、金剛石、鉑的催化作用等方麵也都做了卓有成果的研究。
戴維的一生與榮譽相伴，他在1805年獲科普利獎章，1807年因在皇家學會演講“論電的化學作用”，獲拿破侖的3000法郎獎金，這是獎給當年最重要的電學研究項目的獎金，1813年當選為法國科學院通訊院士，1816年獲倫福德獎章，1827年獲皇家獎章。1820年戴維出任英國皇家學會會員主席。1829年5月29日他卒於瑞士日內瓦。
2.元素周期率的發現
化學的迷宮
18世紀中葉到19世紀中葉，那是一個化學元素大發現的年代，由於電解法、光譜分析等新方法的運用，新元素被人們一個個找出來，平均每兩年半就有一個新元素被發現。到1869年，人們已經發現了63種元素。
那時候，最令化學家們激動的事莫過於發現新元素了。可是，誰也說不清，世界上究竟有多少元素，又應當怎樣去尋找新元素，人們隻是在盲目地摸索著。
更令化學家們傷腦筋的是，隨著新發現元素的增多，隨著人們對這些元素性質了解的增多，人們反而被眼前這紛繁複雜的化學世界給搞糊塗了。
你看，63種元素的性質是那樣的不同，有的是氣體，有的是液體，有的是固體；有的重，有的輕；有的軟，有的硬；有的有味，有的無味；有的放在空氣中自己就會燃燒，有的存放幾千年也不會起變化；有的遇水就爆炸，有的放在水中煮三天三夜也紋絲不動……這63種元素每一種又能和其他物質反應生成幾十種、幾百種甚至上千種化合物。
盡管人們對每一種元素都已有了相當詳盡的了解，能測出每一種元素的原子量、比重、沸點、熔點，知道它們和氧如何反應，和氫如何反應，和酸，堿生成什麼，甚至能測出反應時能生成多少熱……大學教授們對這些元素和它們的化合物的性質能講上幾個星期、幾個月。可是這些枝枝節節講得越多，人們就越是不得要領，仿佛被引進了一個沒有頭緒的化學迷宮之中。難道世界上化學物質就是這樣偶然地、雜亂無章地湊到一起的嗎?各種元素之間有沒有什麼內在的聯係?有沒有一個統一的規律支配它們呢?
許多化學家們早就不滿意這種混亂無序的狀態了，他們開始思索和尋求這一連串問題的答案。
給元素分類
很早就有人根據元素外觀，將元素分成了金屬和非金屬兩大類。不過，這種分類方法實在太籠統了，對搞清元素之間的關係沒有什麼幫助。
1828年，德國科學家德貝萊納發現，化學元素中，有好幾組元素，每三種元素之間性質相似，而且中間元素的原子量大約是兩端元素原子量的平均值。比如鉀、鈉、鋰，氯、溴、碘，鈣、鍶、鋇等。他一共發現5組這樣的元素，起名為三元素組。
可是當時已經發現的元素有54種，其他元素之間又有什麼關係呢?而且整個元素之間有無規律可循呢?三元素組都回答不了。不過，這是人類首次根據元素的性質和原子量對於元素進行分類的嚐試。
後來，又有好多化學家加入到給元素分類的隊伍中來了，到了19世紀中葉，提出的元素分類方法已不下50種。
美國人庫克把元素分成6係，英國人歐德林把元素分成13類，德國人邁爾發表了6元素表……但這些分類都隻得到了局部的結論。
第一個把元素作為整體考慮的是法國人尚古多。1862年，他繪製了螺旋圖：把所有元素都按照原子量的大小標記在繞著圓柱體上升的螺旋線上，結果性質相似的元素落在了同一條母線上，也就是說，他實際上已發現了元素變化具有某種周期性。
1865年，英國青年科學家紐蘭茲又提出了八音律。他發現按照原子量遞增的順序給元素排隊，從任意一種元素算起，第八種元素的性質幾乎重複著第一種元素的性質，就好像音樂中的八度音一樣，他把這稱作八音律。他按照八音律關係排成的元素表，前兩個直行幾乎相應於現代元素周期表中的第二、三周期。
這些早期的分類工作並沒有得到人們的理解和重視，甚至還遭到非難和嘲笑。
尚古多先後把他的“螺旋圖”和三篇論文寄到巴黎科學院，卻石沉大海，根本沒有人理睬他。一直到20多年後，門捷列夫的元素周期律已經發現，他的螺旋圖才被重新找出來正式出版，就這樣，非常可惜，他的發現未能夠在曆史上起到應有的作用。
紐蘭茲在英國化學會上宣讀他的八音律時，遭到了許多人的嘲笑。一位教授譏諷地說：“紐蘭茲先生，您是否把元素按照它們的第一個字母排列，或許那樣更符合八音律吧?”他的話引起人們一陣訕笑。在諷刺打擊下，紐蘭茲退卻了，他放棄了對這一理論的探索工作，專心致誌搞他的製糖工藝去了。