門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期表之前的硬核人生
1869年2月的一個夜晚，門捷列夫經(jīng)歷了那個名垂青史的夢境：當(dāng)時世上為人所知的63種化學(xué)元素紛紛落在相應(yīng)的格子里，組成了一張表。
它們依照原子質(zhì)量排列，隨著質(zhì)量的增加呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化。門捷列夫在醒來后立馬在紙上依樣畫葫蘆，只做了一處必要的修改。他發(fā)覺這種循環(huán)往復(fù)的變化與三角函數(shù)的跌宕起伏很相像，于是借用了函數(shù)周期的概念，將這張表格命名為——元素周期表。
這是科學(xué)史上最著名的夢境之一，瑰麗程度或許不如同時代的德國化學(xué)家凱庫勒夢見一條首尾相接的蛇，由此破解了苯的六角環(huán)形結(jié)構(gòu)，但重要性卻更甚之。聯(lián)合國將2019年定為“國際化學(xué)元素周期表年”，并評價道：“元素周期表是科學(xué)史上最卓著的發(fā)現(xiàn)之一，刻畫出的不僅是化學(xué)的本質(zhì)，也是物理學(xué)和生物學(xué)的本質(zhì)?！?/p>
這張附在幾乎每一本化學(xué)教材背后的彩色表格，相比起150年前門捷列夫從夢中拓下的版本，自然有了諸多改動和進(jìn)步，然而，150年前的初心卻得以貫之：從史料來看，當(dāng)年那名圣彼得堡大學(xué)的年輕化學(xué)教授，之所以想要歸納總結(jié)出元素的規(guī)律，主要是為了備課。
只是，在門捷列夫的時代，起碼有4名西歐化學(xué)家和1名美國化學(xué)家嘗試過相同的事情，但都只能整理到二三十個元素就難以為繼。為什么是門捷列夫成功了？在1869年2月那個寒冷的俄國冬夜之前，哪些伏筆已經(jīng)在人生中埋下，最終借著墨菲斯的力量顯現(xiàn)，給予念念不忘的問題一個爆發(fā)式的回響？
（一）幼年失怙，門母三遷
1834年，也是一個寒冷的2月，門捷列夫出生在西伯利亞的托博爾斯克一個東正教家庭。該地曾為俄羅斯民族在烏拉爾山脈以東建立的第二座城市，西伯利亞的首府，但在門捷列夫所在的時代，托博爾斯克已經(jīng)日漸衰落，最終會因錯過西伯利亞大鐵道而徹底沉寂。
門捷列夫的父親伊萬從事中學(xué)教育工作，母親瑪利亞來自當(dāng)?shù)刂纳藤Z世家?，斃麃喌淖娓竸?chuàng)辦了西伯利亞地區(qū)第一家玻璃廠和印刷廠，這可能算是門捷列夫的一點“化學(xué)基因”。這對夫妻共孕育了17個子女，門捷列夫最幼。他出生以后，家境日益窘迫，父親因白內(nèi)障手術(shù)失敗，失明繼而失業(yè)，母親不得不重拾祖上的玻璃生意，經(jīng)營并不順利。13歲那年，門捷列夫的父親去世，母親的玻璃廠付之一炬。
不過，幼年失怙并沒有影響到他的學(xué)業(yè)?，斃麃喒膭钏澳托牡貙ふ疑袷ズ涂茖W(xué)的真諦”。早慧的化學(xué)家6歲入學(xué)，數(shù)學(xué)和科學(xué)成績很好，文學(xué)方面平平。他在15歲中學(xué)畢業(yè)，早于規(guī)定年限，老師們不得不在他的結(jié)業(yè)證明上改成16歲。
事實上，在門捷列夫接下去近20年的人生里，超越時代的天賦將屢屢為成規(guī)所縛。在以后的多個淺灘上，他再也沒能如此輕易過關(guān)。很快，他就在莫斯科遭遇了第一次重大的挫折。望子成龍的瑪利亞把門捷列夫千里迢迢送去求學(xué)，卻因“學(xué)區(qū)”規(guī)定而被莫斯科大學(xué)拒絕。次年，門捷列夫一家搬到了當(dāng)時的首都圣彼得堡，再次因“學(xué)區(qū)”被圣彼得堡大學(xué)拒絕。
“門母”三遷，送門捷列夫走出西伯利亞千里求學(xué)最終，在伊萬一位昔日同窗的幫助下，1850年夏天，門捷列夫進(jìn)入了父親的母校圣彼得堡師范學(xué)院。他在入學(xué)考試中表現(xiàn)一般，但還是拿到了獎學(xué)金，前提是必須畢業(yè)后在中學(xué)執(zhí)教。門捷列夫的這一段求學(xué)經(jīng)歷被死亡的陰影籠罩。
1850年，瑪利亞去世；1851年，富有的舅舅去世；1852年，姐姐麗莎去世；1853年，門捷列夫開始咳血，醫(yī)生給他判了肺結(jié)核的死刑。但門捷列夫康復(fù)了，甚至還回校趕上了考試。盡管為健康所累，他的成績一直在穩(wěn)步提高，從入學(xué)時在28名學(xué)生中排名25位，到畢業(yè)時已然名列前茅。
他學(xué)習(xí)的課題異常雜博，“中國的初等教育”、“圣彼得堡地區(qū)的嚙齒動物”、“熱量對動物分布的影響”、“古植物”、“本影無機(jī)分析”，并未看出明顯的偏好。但值得注意的是，門捷列夫發(fā)表的第一篇論文關(guān)于礦物分析，用德語寫作。這項研究的指導(dǎo)者沃斯克列森斯基是俄國科學(xué)史上響當(dāng)當(dāng)?shù)娜宋?。沃斯克列森斯基是有機(jī)化學(xué)泰斗馮·李比希男爵的學(xué)生，后來被譽(yù)為“俄羅斯化學(xué)之父”。
“俄羅斯化學(xué)之父”沃斯克列森斯基(1808年-1880年）這是化學(xué)在門捷列夫的生命中畫下的第一筆重彩。礦物分析，顯然與分子的稱重與原子的種類息息相關(guān)。
（二）編外教員，德國求學(xué)
出于健康方面的考慮，門捷列夫本科畢業(yè)后拒絕了在師范學(xué)院繼續(xù)深造的機(jī)會，計劃前往氣候更溫和的南方城市敖德薩，那里有一座很棒的圖書館。然而，由于一些檔案錯誤，他被意外送到了小城市辛菲羅波爾，近距離目睹了克里米亞戰(zhàn)爭。那里已近烽火前線，醫(yī)院人滿為患。唯一值得慶幸的是，門捷列夫在那里遇到了一位著名的外科醫(yī)生，診斷出他并未患上肺結(jié)核。
1856年5月，他幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)回到圣彼得堡，想要申請出國留學(xué)。在此前的幾個月里，他教授數(shù)學(xué)和自然科學(xué)之余準(zhǔn)備好了關(guān)于同構(gòu)體的碩士論文。然而，師范學(xué)院已經(jīng)關(guān)停。1856年10月，他在圣彼得堡大學(xué)用一篇《論硅化合物的結(jié)構(gòu)》完成了碩士答辯。此時，門捷列夫22歲。
由于當(dāng)時高校編制的稀缺，基本上是“一個蘿卜一個坑”，門捷列夫在隨后的兩年內(nèi)擔(dān)任大學(xué)的編外教員，開始了漫長的“轉(zhuǎn)正”奮斗。
他開授化學(xué)理論、化學(xué)史和有機(jī)化學(xué)方面的研討課，并指導(dǎo)本科生的實驗研究。因薪資微薄且不固定，門捷列夫時常為教育部的期刊撰稿，并接私教的活。在此期間他曾短暫地訂婚，但隨后遭遇悔婚。1859年的春天，編外教員門捷列夫終于出國留學(xué)，拿到了為期22個月的獎學(xué)金。他并沒有立即選定一個地方，而是花了數(shù)月游歷西歐。
行至巴黎，他相識了提出“最大功原理”的熱化學(xué)家貝賽洛特、制備烷烴的有機(jī)化學(xué)家武慈和提出燃燒定氮法的杜馬斯；行至慕尼黑，他與“祖師”李比希相談甚歡；行至海德堡，他遇到了本生電池、愛倫美燒瓶和基爾霍夫定律的冠名者。他留在了海德堡，原因很簡單：老鄉(xiāng)多。在那個年代，海德堡大約有10%的學(xué)生來自俄國，構(gòu)成了龐大的僑民社區(qū)。
（三）自制器材，發(fā)現(xiàn)沸點
在內(nèi)卡河畔的德國南部小鎮(zhèn)，門捷列夫終于有了穩(wěn)定的朋友圈：創(chuàng)作俄羅斯詩歌歌劇《伊戈爾王子》的博羅丁、解剖青蛙提出大腦反射的謝切諾夫，還有俄國近代化學(xué)的奠基人之一齊寧。很顯然，被俄國當(dāng)時嚴(yán)格的高校編制逼成留學(xué)生的偉大化學(xué)家不止門捷列夫一位。就在門捷列夫在國內(nèi)打“零工”的同時，齊寧曾給一戶做軍火生意的瑞典移民當(dāng)過家庭教師。那戶人家姓諾貝爾。
在海德堡，門捷列夫投靠在“本生電池”、“本生燈”的發(fā)明人門下。本生因?qū)嶒灡ㄊチ擞已郏岢隽吮环Q為“化學(xué)家眼睛”的光譜分析法。門捷列夫?qū)Ρ旧膶嶒炇覘l件并不滿意。
他在自己的公寓里自建實驗室，從結(jié)識的化學(xué)大師們手中購得精準(zhǔn)的溫度計等設(shè)備。其中一種實驗器材是他自己設(shè)計的，如今被命名為門捷列夫比重瓶，可以精確地測量液體的密度。他由此發(fā)現(xiàn)了氣體和液體隨著溫度和壓力轉(zhuǎn)化的奧秘，提出只要降至“絕對沸點”（現(xiàn)在稱為“臨界溫度”），一切氣體皆可液化。這是門捷列夫獨立作出的第一項重要發(fā)現(xiàn)。1860年9月3日是一個事后看起來非常關(guān)鍵的節(jié)點。
當(dāng)時，海德堡附近的卡爾斯魯厄舉辦了首屆國際化學(xué)大會，包括凱庫勒、拜耳在內(nèi)的140名著名歐洲化學(xué)家出席。來自意大利的坎尼扎羅號召用阿伏伽德羅發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一原子量、分子量的概念，解決紛爭已久的分歧。
26歲的門捷列夫旁聽了這場演講。他敏銳地嗅到了一個新的時代即將來臨，并在《俄羅斯日報》上發(fā)文報告了這場會議的成果。在大一統(tǒng)的前夜，化學(xué)帝國急需一部真正的憲法。
（四）養(yǎng)家糊口，瘋狂兼職
1861年，門捷列夫延長留學(xué)的請求未獲俄國外交部通過。當(dāng)他回到圣彼得堡時，古老的帝國正在醞釀風(fēng)云變革，亞歷山大二世下詔廢除了農(nóng)奴制。
年輕的化學(xué)家雖然也關(guān)注著學(xué)生運動，但更為迫在眉睫的是柴米油鹽的窘迫。圣彼得堡大學(xué)因首都的政治局勢關(guān)停，他失去了那個編外的職位。門捷列夫那段時間終日饑腸轆轆，修補(bǔ)衣物都要賒賬。他接下了所有能接的活，同時教化學(xué)、物理、地理，在幾個高中之間來回跑。
稿費自然也是一門生財之道。門捷列夫很快開啟了著作等數(shù)身、本本皆傳世的高產(chǎn)人生?；貒蠡瞬坏?個月時間，門捷列夫完成了俄國歷史上第一本《有機(jī)化學(xué)》。該書不僅是前人資料的匯編，還加入了新的知識點。
例如，他在書中首次提出了極限理論，認(rèn)為甲烷CH4的碳?xì)浔仁撬刑細(xì)浠衔镏凶罡叩?。這本500頁的手冊十分暢銷，首版迅速售罄。更妙的是，在齊寧和沃斯克列森斯基的支持下，它在次年拿下了德米多夫?qū)懽鳘劇＿@兩位，在門捷列夫生命中多次扮演伯樂和貴人。
門捷列夫終于能喘一口氣，他用獎金還清了債務(wù)，還成家了?，F(xiàn)在來看，他與首任妻子列且娃的婚姻更多是由姐姐“催婚”而促成，似乎并無太多感情。15年后，43歲的門捷列夫?qū)⒂龅?9歲的藝術(shù)生波波娃，一見鐘情，并在第二次婚禮受教會阻撓時一度想過自殺。
（五）博士畢業(yè)，轉(zhuǎn)正教授
寫完《有機(jī)化學(xué)》之后，門捷列夫接下了翻譯德文《技術(shù)百科全書》的校對工作，并心血來潮主筆了幾個章節(jié)。他在出版界獲得了驚人的聲譽(yù)，身無博士學(xué)位，竟被圣彼得堡應(yīng)用技術(shù)學(xué)院聘為教授。值得一提的是，該校當(dāng)時的校長是著名作曲家柴可夫斯基的父親。
由于編寫了百科全書中的《酒精度量學(xué)》一章，門捷列夫還被財政部聘為酒精技術(shù)委員會的專家，征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(zhǔn)而復(fù)雜的公式作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。除了薪水，門捷列夫還有意外的收獲。他一直以來都對液體和溶液的基本物化性質(zhì)很感興趣。
在研究酒精的過程中，他可以從精準(zhǔn)繪制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。這后來成了他的博士論文題目：《論酒精和水的化合物》。1865年1月31日，門捷列夫成了門捷列夫博士。
這個十分接地氣的論題在嗜酒國度留下了一些以訛傳訛的傳奇，比如說伏特加的40個酒精度是由門捷列夫研究出的“黃金比例”。1865年初還發(fā)生了一件大事，門捷列夫“轉(zhuǎn)正”了。通過教授資格考試后，他成為了圣彼得堡大學(xué)的技術(shù)化學(xué)教授，并在同年秋天入住大學(xué)公寓。
在那里，他將畫出最初一版元素周期表。1867年，沃斯克列森斯基搬離圣彼得堡，把一個純化學(xué)教授的空缺留給了門捷列夫。繼承教職的同時，門捷列夫也要繼承前輩兼老朋友的教學(xué)任務(wù)：無機(jī)化學(xué)課。這對他來說是個相對陌生的領(lǐng)域，他決定自己動手編寫一本全新的教材。這本劃時代的著作，分上下兩卷，在門捷列夫生前改過8版，死后修至第13版，如今仍是化學(xué)專業(yè)大一新生的入門讀物。書名叫做《化學(xué)原理》。
不過，當(dāng)時正在認(rèn)真?zhèn)湔n的化學(xué)家尚無從預(yù)知這本教材的生命力，而是深感頭疼：當(dāng)時世界上已知的化學(xué)元素共有63種，《化學(xué)原理》的上卷只整理了氫H、氧O、氮N、碳C等8種常見元素，如何將剩下的55種元素全部塞進(jìn)下卷？
從堿金屬鋰Li、鈉Na、鉀K、銣Rb到鹵族元素氟F、氯Cl、溴Br、碘J（編注：碘的化學(xué)符號后來定為I）再到堿土金屬鎂Mg、鈣Ca、鍶Sr、鋇Ba，元素的化學(xué)性質(zhì)依據(jù)什么樣的規(guī)律發(fā)生變化？化學(xué)究竟在圍繞怎樣的憲法運作，才構(gòu)成了人類所見所用所生產(chǎn)的物質(zhì)世界？寫完《化學(xué)原理》上卷后的一個冬夜，門捷列夫經(jīng)歷了那個名垂青史的夢境。
本文整理自網(wǎng)絡(luò)及澎湃新聞。
掃描二維碼推送至手機(jī)訪問。
版權(quán)聲明：本文由財神資訊-領(lǐng)先的體育資訊互動媒體轉(zhuǎn)載發(fā)布，如需刪除請聯(lián)系。
