柯羿南：门捷列夫是一个什么样的人？

柯羿南：门捷列夫是一个什么样的人？

德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫1834 年2 月 8 日 - 1907 年 2 月 2 日是一位俄国化学家，因制定元素周期律和创建元素周期表而闻名。他不仅使用周期律来校正一些已知元素当时公认的性质，如铀的价数和原子量，还预测了三种尚未发现的元素（锗、镓和钪）的性质。

早期生活

门捷列夫出生于西伯利亚托博尔斯克附近的 Verkhnie Aremzyani 村。父亲是伊万·帕夫洛维奇·门捷列夫（1783-1847），母亲是玛丽亚·德米特里耶夫娜·门捷列耶娃（娘家姓科尔尼利耶娃）（1793-1850）。[ 3 ] [ 4 ]伊万曾在坦波夫和萨拉托夫中学担任校长以及美术、政治和哲学老师。[ 5 ]伊万的父亲巴维尔·马克西莫维奇·索科洛夫是来自特维尔地区的俄罗斯东正教牧师。[ 6 ]根据当时牧师的传统，巴维尔的孩子们在就读神学院时会被赋予新的姓氏，[ 7 ]伊万则以当地地主的名字为姓氏门捷列夫。[ 8 ]

玛丽亚·科尔尼利耶娃来自托博尔斯克一个著名的商人家庭，该家庭是西伯利亚第一家印刷厂的创始人，其祖先可以追溯到雅科夫·科尔尼利耶夫，他于 17 世纪从波萨德人变成富商。[ 9 ] [ 10 ] 1889 年，当地一名图书管理员在托博尔斯克报纸上发表了一篇文章，声称雅科夫是受洗的特列乌特人，这是当时被称为“白卡尔米克人”的一个少数民族。 [ 11 ]由于没有提供任何来源，也没有任何关于雅科夫生平的记录，传记作家通常认为这是一个神话。[ 12 ] [ 13 ] 1908 年，门捷列夫去世后不久，他的一个侄女出版了《家族编年史》。在关于门捷列夫的回忆录中，她讲述了一个“家族传说”，说玛丽亚的祖父娶了“一个吉尔吉斯或鞑靼美女，他非常爱她，以至于当她去世时，他也因悲伤而死”。[ 14 ]然而，这与记载的家族编年史相矛盾，而且这两个传说都没有得到门捷列夫自传、他女儿或妻子的回忆录的支持。[ 4 ] [ 15 ] [ 16 ]然而，一些西方学者仍然认为门捷列夫所谓的“蒙古”、“鞑靼”、“鞑靼人”或简单的“亚洲”血统是事实。[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

门捷列夫在东正教家庭长大，他的母亲鼓励他“耐心地探求神圣和科学的真理”。[ 21 ]他的儿子伊凡后来透露，门捷列夫已经脱离了教会，信奉一种“浪漫化的自然神论”。[ 22 ]

门捷列夫是 17 个兄弟姐妹中最小的一个，根据门捷列夫的哥哥帕维尔的说法，其中“只有 14 个活到了受洗”，这意味着其他人都在出生后不久去世。[ 5 ]门捷列夫兄弟姐妹的确切人数在不同来源之间有所不同，并且仍然存在一些历史争议。[ 23 ] [ c ]不幸的是，对于这个家庭的经济状况来说，他的父亲失明了，失去了教职。他的母亲被迫工作，重新开办了家族废弃的玻璃厂。13 岁时，父亲去世，母亲的工厂被大火烧毁，门捷列夫进入托博尔斯克的文理中学学习。

1849 年，母亲带着门捷列夫从西伯利亚穿越俄罗斯来到莫斯科，希望能让他考上莫斯科大学。[ 8 ]莫斯科的大学没有录取他。母子俩继续前往圣彼得堡，来到父亲的母校。贫困的门捷列夫一家搬到了圣彼得堡。1850年，门捷列夫进入了圣彼得堡国立师范学院。毕业后，他患上了肺结核，不得不于 1855 年搬到黑海北岸的克里米亚半岛。在那里，他成为辛菲罗波尔第一文理学院的理科硕士。1857 年，他完全康复后返回了圣彼得堡。

1859 年至 1861 年间，他在海德堡研究液体的毛细现象和分光镜的工作原理。 1861 年下半年，他出版了一本名为《有机化学》的教科书。[ 26 ]这为他赢得了圣彼得堡科学院的杰米多夫奖。[ 26 ]

1862 年 4 月 4 日，他与 Feozva Nikitichna Leshcheva 订婚，并于 1862 年 4 月 27 日在圣彼得堡尼古拉耶夫工程学院的教堂（他在那里任教）结婚。 [ 27 ]

门捷列夫分别于1864年和1865年成为圣彼得堡理工学院和圣彼得堡国立大学的教授。1865 年，他凭借论文《论水与酒精的结合》获得理学博士学位。1867 年，他在圣彼得堡大学获得终身教职，并开始教授无机化学，接替沃斯克列先斯基担任该职位；[ 26 ]到 1871 年，他已将圣彼得堡变成了国际公认的化学研究中心。

1863 年，已知元素有 56 种，大约每年发现一种新元素。其他科学家此前已确定了元素的周期性。约翰·纽兰兹 (John Newlands)描述了八度定律，根据相对原子量在 1864 年记录了元素的周期性，并于 1865 年发表。他的提议发现了锗等新元素的可能性。这一概念受到批评，他的创新直到 1887 年才得到化学家协会的认可。另一个提出元素周期表的人是洛塔尔·迈耶，他于 1864 年发表了一篇论文，描述了 28 种按价数分类的元素，但没有预测新元素。

1867 年当上老师后，门捷列夫撰写了《化学原理》（俄语：Основы химии，罗马化：  Osnovy khimii），成为当时的权威教科书。该书分两卷于 1868 年至 1870 年间出版，门捷列夫在准备课程教科书时撰写了这本书。[ 26 ]正是在这时，他有了最重要的发现。[ 26 ]当他尝试根据元素的化学性质对其进行分类时，他注意到了一些模式，这些模式使他推测出了自己的元素周期表；他声称自己在梦中设想了元素的完整排列：[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]

我在梦中看到一张表格，所有元素都按要求摆放在合适的位置。醒来后，我立即把它写在一张纸上，只有一处似乎需要后来修改。

— 门捷列夫，引自伊诺斯特兰泽夫[ 33 ] [ 34 ]

他不知道 19 世纪 60 年代早期正在进行的元素周期表研究，因此制作了下表：

35.5 类 K 39 钙40

80 溴 铊 85 88 号

我127 铯133 巴137

门捷列夫按照这种模式添加其他元素，开发出了他自己的扩展版元素周期表。[ 35 ] [ 36 ] 1869 年 3 月 6 日，他向俄罗斯化学学会做了一个正式报告，题为《元素原子量性质之间的依赖关系》，其中根据原子量（现称为相对原子质量）和价数来描述元素。[ 37 ] [ 38 ]他在报告中指出：

如果按照原子量排列元素，它们会表现出明显的周期性特性。

化学性质相似的元素要么具有相似的原子量（例如，Pt，Ir，Os），要么其原子量有规律地增加（例如，K，Rb，Cs）。

元素组中元素按其原子量顺序排列与它们所谓的价数相对应，并且在某种程度上也与它们独特的化学性质相对应；正如在 Li、Be、B、C、N、O 和 F 等系列中明显的那样。

分布最广的元素原子量较小。

原子量的大小决定了元素的性质，正如分子的大小决定了化合物的性质一样。

我们必须期待发现许多尚未发现的元素——例如，两种类似于铝和硅的元素，其原子量在 65 到 75 之间。

有时，元素的原子量可以通过了解其相邻元素的原子量来修正。因此，碲的原子量必须介于 123 和 126 之间，不能是 128。（碲的原子量是 127.6，门捷列夫认为原子量必须随着周期内的位置而增加，这是错误的。）

根据元素的原子量可以预测其某些特性。

门捷列夫在一份俄文期刊上发表了他所写的元素周期表，并预测了几种新元素将使该表更加完整。仅仅几个月后，迈耶在一份德文期刊上发表了一份几乎一模一样的元素周期表。[ 39 ] [ 40 ]门捷列夫以准确预测他所称的锗、镓和钪的性质而闻名。[ 41 ] [ 42 ]

门捷列夫还提出了一些已知元素性质的改变。在他之前，铀的价数应该是 3，原子量约为 120。门捷列夫意识到这些值不适合他的元素周期表，于是将价数和原子量翻倍，分别变为 6 和 240（接近现代的 238）。[ 43 ]

对于他预测的三种元素，他使用了 eka、dvi 和 tri（梵语一、二、三）作为前缀。门捷列夫对一些目前接受的原子量提出质疑（当时只能以相对较低的精度测量），指出它们与他的周期律所建议的原子量不符。他指出碲的原子量比碘大，但他将它们按正确的顺序排列，错误地预测当时接受的原子量有问题。他对将已知的镧系元素放在哪里感到困惑，并预测表中还有另一行，即锕系元素，它们是原子量最重的元素之一。一些人认为门捷列夫预测会有更多元素而不以为然，但当 1875 年和 1886 年分别发现 Ga（镓）和 Ge（锗）时，证明他是正确的，它们完美地填补了两个缺失的位置。[ 44 ]

通过使用梵语前缀来命名“缺失”的元素，门捷列夫可能记录了自己对古印度梵语语法学家的贡献，这些语法学家根据他们对语音二维模式的发现（以波第尼梵语语法中的湿婆经为例）创建了语言理论。门捷列夫是梵学家奥托·冯·博特林克的朋友和同事，后者当时正在准备第二版关于波第尼的著作[ 45 ] ，门捷列夫希望用他的命名法向波第尼致敬。 [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]

门捷列夫绘制的原始草稿几年后被发现，并以《元素试探性体系》为名发表。[ 49 ]

德米特里·门捷列夫经常被称为元素周期表之父。他把自己的表或矩阵称为“元素周期表”。[ 50 ]

晚年

1890 年的德米特里·门捷列夫

德米特里·门捷列夫的第二任妻子安娜

1876 年，他迷恋上安娜·伊万诺娃·波波娃并开始追求她。1881年，他向她求婚并威胁说，如果她拒绝，他就会自杀。1882 年初，他与波波娃结婚一个月后（4 月 2 日）[ 51 ] ，他与列谢娃离婚。即使离婚后，门捷列夫在技术上仍然是重婚者，俄罗斯东正教要求至少七年才能合法再婚。他的离婚和随之而来的争议导致他未能进入俄罗斯科学院（尽管当时他已享有国际声誉）。他与第二任妻子所生的女儿柳博芙成为了著名俄罗斯诗人亚历山大·勃洛克的妻子。他的其他孩子包括儿子弗拉基米尔（一名水手，参加了尼古拉二世著名的东方之旅）和女儿奥尔加（与第一任妻子费奥兹娃所生），以及儿子伊万和一对双胞胎。

尽管门捷列夫受到了欧洲各地科学组织的广泛荣誉，包括 1882 年伦敦皇家学会授予他的戴维奖章（后来该学会又于 1905 年授予他科普利奖章），[ 52 ]但他还是于 1890 年 8 月 17 日从圣彼得堡大学辞职。1892年，他当选为皇家学会外籍院士（ForMemRS），[ 1 ] 1893 年，他被任命为计量局局长，并一直担任该职位直至去世。[ 52 ]

门捷列夫还研究了石油的成分，并帮助建立了俄罗斯第一家炼油厂。他认识到石油作为石化产品原料的重要性。他曾说过，燃烧石油作为燃料“就像用钞票点燃厨房炉灶”。[ 53 ]

门捷列夫、阿尔弗雷德·沃纳、阿道夫·冯·拜耳等著名化学家

1905 年，门捷列夫当选为瑞典皇家科学院院士。次年，诺贝尔化学委员会建议瑞典文学院将1906 年度诺贝尔化学奖授予门捷列夫，以表彰他发现元素周期表。他还当选为美国哲学学会国际会员。[ 54 ]瑞典文学院化学部支持这一建议。瑞典文学院本应批准委员会的选择，就像它几乎在每一次活动中所做的那样。出乎意料的是，在瑞典文学院的全体会议上，诺贝尔委员会的反对者彼得·克拉森 ( Peter Klason ) 提名他所青睐的亨利·莫瓦桑 (Henri Moissan)为候选人。斯万特·阿伦尼乌斯虽然不是诺贝尔化学奖委员会成员，但在科学院中却有很大的影响力，他也极力主张拒绝门捷列夫，认为周期表太古老，不应在 1906 年承认它的发现。据同时代人说，阿伦尼乌斯是因门捷列夫批评阿伦尼乌斯的解离理论而对他怀恨在心。经过激烈的争论，科学院大多数成员以一票之差选择了莫瓦桑。[ 55 ] 1907 年提名门捷列夫的尝试再次因阿伦尼乌斯的坚决反对而受挫。[ 56 ]

1907 年，门捷列夫在圣彼得堡因流感去世，享年 72 岁，距他 73 岁生日仅差 6 天。他对医生说的最后一句话是：“医生，你有科学，我有信仰”，这可能是儒勒·凡尔纳的名言。[ 57 ]

其他成就

伊万·克拉姆斯科伊 (Ivan Kramskoi )创作的德米特里·门捷列夫肖像(1878)

门捷列夫对科学做出了其他重要贡献。俄罗斯化学家和科学史学家列夫·楚加耶夫将他描述为

“一位天才的化学家，一流的物理学家，在流体力学、气象学、地质学、某些化学技术分支（例如炸药、石油和燃料）以及其他与化学和物理学相邻的学科领域成果丰硕，化学工业和工业领域的资深专家，经济学领域的一位独到的思想家[...]” [ 58 ]

门捷列夫是 1868 年成立俄罗斯化学学会 [ ru ]的创始人之一。他致力于贸易保护主义和农业的理论与实践研究。

在尝试从化学角度对以太进行概念化时，他提出假设，认为存在两种原子量比氢小的惰性化学元素。[ 52 ]他认为，这两种拟议元素中，较轻的那种是无所不在、无处不在的气体，而稍重的那种则是拟议元素——钔。

门捷列夫对溶液等不确定化合物的性质的确定进行了大量的研究，并做出了重要贡献。

门捷列夫奖章

在物理化学的另一个部门，他研究了液体受热膨胀的问题，设计出了与盖-吕萨克气体膨胀均匀定律类似的公式。1861 年，他预先提出了托马斯·安德鲁斯关于气体临界温度的概念，即将物质的绝对沸点定义为内聚力和汽化热变为零、液体变为蒸汽的温度，与压强和体积无关。[ 52 ]

门捷列夫因将公制引入俄罗斯帝国而受到赞誉。[ 59 ]

他发明了焦棉胶，一种以硝化纤维素为基础的无烟火药。这项工作是由俄罗斯海军委托进行的，但俄罗斯海军并未采用。1892 年，门捷列夫组织了该火药的生产。

门捷列夫研究了石油的起源，他得出的结论是，碳氢化合物是非生物成因的，形成于地球深处——参见非生物成因石油起源。他写道：“需要注意的重要事实是，石油诞生于地球深处，只有在那里我们才能寻找它的起源。” [ 60 ]

化学以外的活动

从 19 世纪 70 年代开始，他除了化学之外，还广泛出版书籍，研究俄国工业的各个方面以及农业生产力的技术问题。他探索人口问题，赞助对北冰洋的研究，试图衡量化学肥料的功效，并推动商船的发展。[ 61 ]他特别积极地推动俄国石油工业的发展，并与宾夕法尼亚州更先进的工业进行了详细的比较。[ 62 ]虽然他没有很好的经济学基础，但他在欧洲旅行期间观察了工业，并于 1891 年帮助说服财政部征收临时关税，以促进俄国新兴工业的发展。[ 63 ]

1890 年，他因与教育部官员就大学生待遇问题发生争执而辞去了圣彼得堡大学的教授职务。[ 64 ] 1892 年，他被任命为俄国中央度量衡局局长，并带头制定了基本原型和测量程序的标准化。他建立了一套检查系统，并将公制引入俄国。[ 65 ] [ 66 ]

他反对唯灵论的科学主张，认为形而上学的唯心论不过是无知的迷信。他哀叹唯灵论在俄罗斯文化中被广泛接受，并给科学研究带来了负面影响。[ 67 ]

伏特加神话

一个非常流行的故事是，门捷列夫制定了 40% 浓度的伏特加酒。例如，俄罗斯标准伏特加酒的广告是：“1894 年，全俄罗斯最伟大的科学家德米特里·门捷列夫接到命令，为俄罗斯伏特加酒制定皇家质量标准，‘俄罗斯标准’就此诞生” [ 68 ]其他人则引用“1894 年，由门捷列夫领导的皇家政府委员会批准了俄罗斯伏特加酒的最高质量”。[ 69 ]

事实上，40% 的标准早在 1843 年就由俄国政府引入，当时门捷列夫只有 9 岁。[ 69 ]的确，门捷列夫在 1892 年成为圣彼得堡度量衡档案馆馆长，并于次年将其发展为政府机构，但该机构负责标准化俄国贸易重量和测量仪器，而不是制定任何生产质量标准。此外，门捷列夫 1865 年的博士论文题为《论酒精和水的结合》，但论文只讨论了浓度超过 70% 的医用酒精，他从未写过任何关于伏特加的文章。