辛勤工作的晚年3

把科學視為生命

門捷列夫雖然由於種種原因不能進行科學研究了,但是他沒有放棄對科學的熱愛,他密切地關注著各國的科學家在物理、化學王國裏收獲的一個個激動人心的碩果。

在門捷列夫研製成元素周期表的最初,曾經有這樣那樣的問題困惑著他,如為什麼元素性質會隨著原子量的遞增而周期性的變化?為什麼原子量上一些很小的變動會引起元素性質上的極大變動?

當時門捷列夫認為努力揭示出決定元素所有性質的質量的本質是什麼,便能引導科學直接走向目標,為此他一直致力於研究質量和引力的本質。

同時,門捷列夫覺得弄清原子的複雜結構和元素相互轉化的規律,似乎也能解釋上述的問題,但是他沒有為此進行深入地研究。

19世紀末,X射線、放射性、電子等一係列新發現,重新把原子的複雜結構和可轉化性的問題提到議事日程上來時。

先是,德國物理學家倫琴發現了“X”射線。

然後,法國物理學家貝可勒爾,發現了物質的放射現象。

接著,英國物理學家湯姆遜測定了電荷和質量的比值,並把這種粒子稱為電子,在此基礎上又提出了原子結構的假說.這種假說是對“原子是物質可分的最小微粒”學說的強烈挑戰。

再然後,居裏夫婦發現了一種能自發地射出很強的射線元素——“鐳”。

接著,英國物理學家盧瑟福又發現鐳的射線分成三部分,並分別命名為α、β、γ射線。

這所有的一切都讓門捷列夫目瞪口呆,“不,這不可能,原子是物質可分的最小微粒,它不能夠再向下分解了,元素之間怎麼能夠轉換呢?這簡直是天方夜譚。”

門捷列夫也把這些學說視為異端。他說:“隻有去利用周期律這有力的武器,而不必去求對它的內在實質的解釋,就像不知萬有引力的原因,仍可利用萬有引力定律一樣。”

他還建議化學家們,“最好還是把自己的研究限製在不變元素的研究裏。”

這個六十多歲的老人,曾經多年來一直篤信牛頓定律的權威性,一直致力於把物理和化學結合起來,即把元素的化學性質和它的物理性質聯合起來。這種想法促成了他對元素周期律所做的貢獻。

然而,科學上的任何理論都是一步步地向真理逼近,而不是真理本身。

科學真的不會為任何人停下它的腳步,當年站在科學前沿的門捷列夫居然也像他的老師對他一樣,對現在的後生晚輩的研究予以否定。難道他真的老了嗎?

門捷列夫引以為榮的元素周期表,在這個時候也受到了很大的衝擊。

1894年,英國物理學家雷利用兩種不同的方法製取氮氣,測定出來的氮氣密度並不相同,兩者相差0.0064克/升。雷利在百思不得其解的情況下,隻好在1892年9月29日的《自然》周刊上,公開征求答案。

化學家拉姆塞欣然與雷利合作,他們除去了空氣中的氧氣、氮氣、二氧化碳和水蒸氣,最後殘留的未知氣體的體積為原來空氣體積的1/80。通過對未知氣體進行光譜分析,確認它是一種新元素。這種新元素後來被命名為氬。

後來,拉姆塞和雷利得到了克魯克斯英和歐爾任斯基波的幫助,獲得了一定量的液態空氣,他們利用液態空氣產生的低溫將氬氣液化,測得氬氣是單原子分子,分子量為40。

法國科學家布瓦博德朗聽到氬發現的消息以後,不久即預言這種新元素應隸屬於希有氣體的元素族,他認為族中各種元素在當時雖尚未發現,但這些元素的原子量應為:20.0945、36.40±0.08、84.01±0.20、132.71±0.15,並預言其中第一和第二兩個元素應較其它各元素的存在量豐富。

實際上早在1868年,有一位法國天文學家嚴森法去印度觀測日食的時候,就首先在太陽色球中觀察到一條黃線D3,這和早已知道的鈉光譜的D1和D2兩條線不相同。

同時,英國的天文學家洛克耶英也觀測到太陽全食時的這條線,嚴森法和洛克耶都知道了這條黃顏色的線D3。當時就有天文學家認為這條線隻有太陽才有,並且還認為是一種金屬元素。所以就把這個元素取名為helium。

前後經過了二十多年, 人們才知道這種元素地球上也有,並且是非金屬。中文譯成氦的時候,已經是20世紀了。

從1895年4月起,拉姆塞跟特拉弗斯合作,證實了氦元素也是一種希有氣體。

拉姆塞在發現了氬和氦後,研究了它們的性質,測定了它們的原子量。接著他考慮它們在元素周期表中的位置。

按照原子量的大小,氦應當排在氫和鋰之間,但是應當把它歸在哪一類呢?在當時除了氬以外,它跟以前發現的任何一種別的元素都不相似。

拉姆塞在給雷利的信中寫道:“你可曾想到,在周期表第一行最末的地方,還有空位留給氣體元素這一件事嗎?”他建議在化學元素周期表中列入一類新的化學元素,暫時讓氦和氬做這一類元素的代表;後來就稱為零族元素。

拉姆塞和特拉弗斯把大部分液態空氣沸騰離去後所遺留的殘餘物貯存起來,就用紅熱的銅和鎂將殘留的氧氣和氮氣除去,他們檢查留下的氣體,觀察它的光譜。

隻見一條黃色明線,略帶綠色,還有一條光輝的綠線,這線也絕不和氬、氦、汞或氫等氣體的譜線位置相重合。

他們兩人在1898年5月30日發現了這個新氣體,命名為氪,含有“隱藏”之意。這新氣體在周期表上的位置恰居溴和銣兩元素之間。

在周期表上,氪雖然無疑地是零族中的新元素,但並非他們所希望的那個元素。他們所渴望尋得的,應該是出現於氬中的揮發性更強的那部分。

於是他們繼續尋找這較輕的氣體,用減壓下沸騰的液態空氣圍繞氬,使氬液化,然後再使其凝固,又使氬揮發掉,再收集其最先逸出的部分。

這一部分氣體有複雜的光譜,拉姆塞在筆記本上這樣寫道:“這是最輕的一部分。它具有極壯麗的光譜,帶著許多條紅線,許多淡綠線,還有幾條紫線。黃線非常鮮明,在高度真空下,依舊顯著,而且呈現著磷光。”

特拉弗斯說過,他們在真空管中檢驗氣體揮發性最強的一部分時,早已深信,他們已發現了另一種新氣體,所以他說:

“由管中發出的深紅色強光,已敘述了它自己的身世,凡看過這種景象的人,是永遠不會忘記的。過去兩年的努力以及在全部研究完成以前所必須克服的一切困難,都算不了什麼了。這個未經前人發現的新氣體,是以戲劇般的姿態出現的。至於這種氣體的實際光譜如何,目前尚無關緊要,因為就我們所看到的,世界上還沒有別的東西能比它發出更強烈的光來。”

這就是1898年6月所發現的氣體,也是現在大家知道的“霓虹”——氖。

1898年7月,由於獲得了新式空氣液化機的幫助,拉姆塞和特拉弗斯製備了大量氪和氖,把氪反複地分次萃取,從其中又分出一種新的氣體,取名氙,含有“陌生人”的意思。若是把它封藏在空管裏,通電後即顯示出美麗的藍色強光。

再接著談一下氡。氡是一種具有天然放射性的希有氣體。它是鐳、釷和錒這些放射性元素在蛻變過程中的產物。因此,它隻是在這些元素發現後才有可能被發現。

早在1900年,居裏夫婦在研究鐳化合物的時候,就曾發現鐳的化合物放置在空氣中後,空氣本身也變成具有放射性了。到1903年,德國的紀塞爾,和德比爾納又從錒中發現一種射氣,於是,它們就分別被稱為釷射氣、鐳射氣和錒射氣。

到1903年,拉姆塞對釷射氣、鐳射氣和錒射氣進行了初步探索。到1908年,經過拉姆塞等人辛勤而努力的勞動,確定鐳射氣本身是一種新元素。他們把它稱為niton,原意是“發光”的意思,因為它在黑暗中能夠發光,並且能使某些鋅鹽也發光。

兩年後,拉姆塞又和格雷合作,共同測定了它的原子量為222,確定了它在元素周期表中所處的位置,是零族的最後一種氣體。

1923年國際化學會議上決定,由放射性蛻變所產生的氣體物質以“-on”為字尾而命名,即鐳射氣稱為radon;釷射氣稱為toron;錒射氣稱為actinon。由於鐳射氣是這些同位素中最穩定的,因而它成為這一元素的名稱。radon就代替了拉姆塞的niton,我國音譯成氡。它的元素符號是Rn。

氦、氖、氬、氪、氙、氡這6個元素自成一列,被稱為零族元素。這一發現又一次證明了周期律的正確,也使它更加完善。

被門捷列夫認為他完美無缺的元素周期表,被後人進行了進一步的完善。門捷列夫既喜又悲,喜的是自己最寵愛的孩子,能夠更加健全;悲的是,他堅持的“化學研究應當以周期律為依據,而不應該研究那些能夠變來變去的元素”理論,被徹底推翻。

同時他還有著深深的遺憾,作為元素周期律最初的發現者,卻隻能目睹周期律完善的全過程,而不是參與其中。

每當,門捷列夫情緒不穩定的時候,他總是喜歡去涅瓦河邊進行傾訴,這次也不例外。

他望著那奔騰前進的河水,理了理那滿頭的白發,不禁問自己:“米嘉,你是不是真的老了?你的思想跟不上時代的潮流,你的腳步追不上前進的車輪,你是不是該退休了?”

一種悲哀的情緒在門捷列夫的心裏蔓延開來,這時河對岸的一對年輕父子映入了他的眼簾。那孩子的童真,父親的朝氣,讓他仿佛又看見了當初的自己。

“米嘉,這種悲觀不是你的性格,你也曾經年輕過,你也曾經輝煌過,現在的你隻是因為一時的偏執。想當初齊寧老師,也不是和你一樣錯了嗎?但這又何妨,改過來,繼續在正確的道路上前進,你還會有所成就的。”

經過自己打氣,門捷列夫又樹立了信心,他決定繼續自己念念不忘的理想,繼續科學真理的追求。

無論是誰都不能保證永遠是正確的,所以我們也不能苛刻這位化學天才。雖然在這個方麵他是有些陳舊了,但是在他目前所從事的事業上,他依然是佼佼者。而這一點,並不是每個人都能做到的。

辛勤地工作到最後

1899年,已經65歲的門捷列夫不顧身體的不適,長途跋涉到烏拉爾,研究烏拉爾冶鐵工業。

這次去的主要目的是調查那裏的鋼鐵工業為什麼發展遲緩。和門捷列夫同去的還有大學裏的礦物學家、海軍科技實驗室主任的助手及度量衡總局的工作人員等。

門捷列夫發現,雖然沙皇於1861年已經廢除了農奴製度,但是在這個重要的工業區內,農奴製關係的嚴重殘餘還可以在各處都感覺得到。而這,直接導致了鋼鐵工業發展的遲緩。

門捷列夫完成自己的工作後,順便回了趟家鄉托博爾斯克鎮。

當門捷列夫的腳步踏上這塊熟悉的土地時,他的眼淚止不住了流了下來。從他和母親瑪麗姬及姐姐麗莎離開這裏去莫斯科求學,到現在已經整整50年了。

人人都說葉落歸根,年紀大了思鄉之情就會更加濃鬱,門捷列夫也不例外。隨著年齡的增長,故鄉的一草一木總是在他的眼前晃動,如今他終於回來了,他大聲高呼“親愛的故鄉,您的兒子米嘉回來了!”

門捷列夫先去了自己曾經居住過的房屋,那裏為政府改造,早就麵目全非了。但是站在那裏,門捷列夫仿佛還能看見那個眼睛不太好使的父親伊萬,在幫他溫習功課;仿佛還能看見哥哥姐姐們在那裏做作業,而自己乖乖地坐在旁邊。

門捷列夫又來到了他中學時候的母校托博爾斯克中學,他在這裏轉了一遭,驚喜地發現自己幼年的一張照片,竟然被擺在櫥窗裏,而且上麵寫著,“從這裏走出去的俄羅斯最偉大的化學家——德米特裏·伊萬諾維奇·門捷列夫”。