门捷列夫与诺贝尔化学奖

2017-06-15孟海燕李宝玉

化学教学 2017年5期

孟海燕+李宝玉

摘要：学习化学应该建立元素观。门捷列夫最早发现元素周期律并排出第一张化学元素周期表。基于门捷列夫的贡献，迎来了物理化学发展史上的第二个春天。门捷列夫具有宽厚无私的个人魅力和渊博的化学知识，他富有远见地预测一些元素的存在和纠正当时科学界的一些谬见。他的成就是毋庸置疑的，曾获得1905年和1906年两届诺贝尔化学奖提名。

关键词：元素观；门捷列夫；元素周期表；诺贝尔化学奖；科学史料

文章编号：1005–6629（2017）5–0094–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

在人教版初三《化学（下册）》[1]的结束语中写道：“为此，我们应该理解和感谢化学。”这里的“此”，是指化学帮我们树立了“元素观”和“微粒观”。只要学过化学的人提到化学，绝大多数最先想到的是那张具有100多种元素的周期表，然后想到的是最早发现元素周期律和排出第一张元素周期表的门捷列夫。从事物理专业的人，如果说请他们列举一位他们崇拜的化学家，很多人会把门捷列夫放在首位。著名化学家傅鹰说：“化学给人知识，化学史给人智慧。”基于以上原因，笔者每次在教高一化学时，下学期总会要求学生读《门捷列夫传》，并写读后感。经常有一些学生提出这样的问题——既然门捷列夫如此功勋卓著，为什么没有获得诺贝尔化学奖呢？当屠呦呦作为第一位中国本土科学家获得2015年诺贝尔生理医学奖时，学生更关注科学研究的贡献大小与是否获诺贝尔科学奖的相关性。于是，笔者遍寻化学史相关资料，对门捷列夫为什么没有获得诺贝尔化学奖进行了细致的研究和论证。

事实上，门捷列夫因发现元素周期表，曾很接近诺贝尔化学奖。1905年和1906年，他都获得了诺贝尔化学奖提名[2]，但最终都未获奖，原因是评审委员会中的一名委员认为，门捷列夫的贡献太过陈旧，而且元素周期表已经众所周知，所以不应给门捷列夫颁奖。门捷列夫于1907年去世，彻底与诺贝尔奖无缘（至今，诺贝尔化学奖未授给过不在世的科学家）。

1 当时门捷列夫的贡献真的太过陈旧吗

回顾化学史，有这样一些标志性的事件[3]：

1789年，拉瓦锡在《化学大纲》中发布第一张元素分类表；1829年，德贝莱纳发表了《元素按其相似性来分类的尝试》，提出三元素组；1859年，杜马在元素族间寻觅原子量的“公差”，对后来门捷列夫发现元素周期律具有极大的启迪；1865年，纽兰兹发现“八音律”。

1869年，門捷列夫发现元素周期律和排出第一张元素周期表；1870～1871年，他大胆预测了类铝、类硼、类硅三种元素的存在，创排了短式及自然长式周期表；1875年，类铝（镓）被发现；1879年，类硼（钪）被发现；1886年类硅（锗）被发现；1889年，门捷列夫受英国皇家学会邀请，接受法拉第奖章并发表演讲，标志着元素周期律已被世界科学家公认是非常重要的自然定律；1894至1898年，5种惰性气体的被发现使发展中的周期表更加完整。从1869年门捷列夫排出第一张元素周期表到1900年间，迈耶尔、贝利、巴塞特、汤姆生等科学家尝试排布并发表过其他形式的周期表。历史发展至此，似乎元素周期律和周期表经历了30多年，已经开始陈旧了。而第一次诺贝尔化学奖于1901年颁发给了荷兰化学家范特霍夫，因为他发现了溶液中的化学动力学法则和渗透压规律。

然而，有关元素周期律和周期表的历史还在续写神奇。

神奇之一在于新元素的继续发现。1898年，居里夫妇发现了早在1889年门捷列夫就详细预言过的类碲（钋）；之后，锕（1899年）、氡（1900年）、铕（1901年）、镥（1907年）等陆续被发现；瓦尔克在1900年最先发表了经他改革的长式周期表；维尔纳（1905年）、爱默生（1911年）等随着新元素的增加陆续设计出了新的元素周期表；至今，还有很多科学家在从事周期表的延伸和完善研究。

神奇之二在于发端于19、20世纪之交的物理学革命，使化学叩开并迈进原子的神秘大门，从而进入揭示元素周期律本质原因的新阶段。

1897年，汤姆生发现电子；1907年，密立根精确测定电子的质量；1911年，卢瑟福提出有核的原子模型；1913年，莫斯莱从研究X射线入手，提出原子序数，发现其顺序竟与周期表中元素排列次序不谋而合；1920年，查德威克测定了原子核电荷，恰好等于原子序数。至此，元素周期律发展成为：元素的性质随原子序数而周期性改变。莫斯莱的发现，使元素周期律有了更严密、更科学的基础。

1913年，玻尔提出新的原子结构模型；1923年，德布罗意提出“物质波”；1925年前后，四个量子数的提出，使人们进一步认识到随核电荷数递增，各元素价电子构型呈现周期性，这才是元素周期律的本质。

所以，纵观门捷列夫发现元素周期律和排出第一张元素周期表前后的100多年科学史，在20世纪初，很难说门捷列夫的贡献太过陈旧了，那时，他的贡献正在物理化学发展史上迎来第二个春天。

2 对门捷列夫成就的一些质疑

有人质疑门捷列夫的成就，不过是前人成果的总结而已，也许别的科学家更应该有优先权。在1880年左右，迈尔就决定从门捷列夫的发现中把他认为是他的那部分分出来。面对这种关于优先权的争论，门捷列夫是很宽厚的。他认为：“伟大的发现既不能被偷走，也不可能被剽窃。可以被偷走的是每个人力所能及的东西，而伟大的发现，这是只有为数不多的人才能胜任的重担[4]。”基于门捷列夫的观点，我们可以理解克德罗夫院士解释门捷列夫的立场的文字了：“根据对该发现的态度能立即发现谁是真正的作者。因为真正的作者首先关心的不是炫耀自己和为自己的优先权大喊大叫，而是关心他的发现能否被其他科学家承认为真理，从而在科学上确立自己的地位。”迈尔许多年后也公开承认他是没有勇气像门捷列夫那样自信地提出有远见的推测的！

门捷列夫由于具有渊博的化学知识，才能做出如此大胆的推测，才能推测尚未发现的元素的性质和纠正许多涉及很少被研究的元素的谬见。1869年至1871年，他纠正了11种元素的相对原子量并在周期表中改变了20种元素的位置。但是，他起初被人质疑的原因恰恰正是因为这是一种理论推测。当门捷列夫建造好了周期律这座大厦后，1872年开始停止了相关的实验尝试。因为他惊人地感受到：“下一个30年对看清周期律的本质是没有结果的；单体和复合体的周期性变化服从于某种高级的规律，这种规律的本质，另有原因，现在还没有办法理解，它很可能隐藏在原子和粒子内部力学的基本原理之中。”他能绕过那个世纪还不了解的微观世界的规律，创立了第一张周期表，使之成为了解50年后出现的“原子内部力学”的钥匙。这恰恰是门捷列夫的伟大贡献。科学不仅是由公认的准确的结论的总和构成的，而且还是一系列假说构成的。这些假说在于解释、表示和引起尚未确切了解的关系和现象。

3 1905年和1906年的诺贝尔化学奖归属

从1905年的诺贝尔化学奖评奖开始，评奖委员会开始考虑授给有重大意义的旧研究。但究竟多陈旧的重大发现可以纳入考虑，存在争议。

1905年和1906年的诺贝尔化学奖门捷列夫均获得提名，然而，最后花落谁家呢？

1905年诺贝尔化学奖项提名了三人——贝耶尔、莫瓦桑、门捷列夫。最后授予德国有机化学巨人贝耶尔，因为他在靛蓝、有机染料和芳香族化合物研究方面的杰出贡献[5]。最早风靡全球的牛仔裤所用的染料正是靛蓝。他的诸多研究都在人们日常生活中扮演着重要角色，人们身上的穿着有了更多的色彩，化妆品的种类也变得多种多样。1905年颁奖时他因病未能出席颁奖典礼。他于1917年去世，享年82岁。

1906年诺贝尔化学奖的竞争继续在门捷列夫和莫瓦桑之间展开，即“元素周期表”与“氟单质的制取和电解炉”的竞争。起初，整个瑞典皇家评审委员会只有1人赞同莫瓦桑，门捷列夫赢得了多数票。但支持莫瓦桑的那位委员克拉松非常能言善辩。他坚持：（1）门捷列夫并没有预言到惰性气体的發现，在周期表里并没有给它们留出位置。（2）门捷列夫的研究是在把元素按原子量递增排序的基础上，而康尼扎罗在第一次国际化学大会上阐明了什么是原子、分子、原子量和分子量[6]，所以应该两人分享诺贝尔化学奖。但康尼扎罗当年并没获得提名，因而，门捷列夫也不应该被评奖。他推荐莫瓦桑的评语是这样的：“莫瓦桑与同时代的能原创出重大的科学观点的化学家相比，具有更好的实验技能。”今天看来，这句推荐语恰恰道出了莫瓦桑的劣势和门捷列夫的优势。而在当时，实验科学比理论研究有更高的地位。随着克拉松的坚持，诺贝尔化学奖评审小组只好交由其上一级瑞典皇家科学院投票。随着诺奖揭晓日的临近，1906年10月27日，瑞典皇家科学院的化学家们最终投票是莫瓦桑得5票，而门捷列夫得4票，门捷列夫以一票之差败北。“有人把这一天叫做瑞典皇家科学院威望的最低点。门捷列夫成了千年化学史上像帕拉塞尔苏斯一样的牺牲品”[7]。

最终，法国化学家莫瓦桑，因其成功制备剧毒单质氟和电解炉的发明，获得了1906年的诺贝尔化学奖。从氟的天然化合物萤石在文献中第一次被记载，到1886年莫瓦桑成功制得单质氟，前后共经历了200余年，这在化学史上是不多见的。莫瓦桑填补了化学史上的空白，他在实验中差点因为氟化物中毒而丧命。1907年2月，他在巴黎去世，享年55岁。

4 结语

通过以上对科学史的细致对比研究可以得出，1905和1906年的诺贝尔化学奖没有授给门捷列夫，是因为他的贡献过于陈旧的说法，是站不住脚的，是不符合史实的；元素周期表为众所周知，恰恰说明其贡献之大。1905年，拿贝耶尔和门捷列夫相比，显然贝耶尔在有机领域的成就大于门捷列夫的元素周期表，这是在化学领域无可争议的。如果站在1913年莫斯莱关于原子序数的发现之后再审视门捷列夫的成就，相信人们会更加认可其足以被评诺贝尔化学奖，尽管莫瓦桑的贡献也不小。只可惜门捷列夫于1907年去世了，永远地失去了被评诺贝尔化学奖的机会。

由此可见，科学家贡献的大小，绝不可以是以一时的诺贝尔评奖来估量。被评上的科学家贡献肯定不小，但没被评上的科学家依然可能贡献很大。我们要学会客观地评价科学家的贡献，客观地看待其是否获奖。于我们自己做事而言，就是应该踏实做事，看淡名利。

有一位科学家曾意味深长地说：“周期律无论过去、现在乃至将来都是化学、物理学、地质学以及其他科学领域成千上万种创造发明的指路明灯。”

为纪念门捷列夫发现元素周期律的伟大功绩，科学界将1955年发现的第101号元素命名为“钔”！钔最相邻的元素是为纪念诺贝尔的第102号元素锘。

元素周期律，与达尔文的演化论和普朗克的量子论，被视为科学上最伟大的整合归纳工作之一。英国剑桥大学的J. Emsley博士对化学元素周期表的评价是：“只要有化学研究，就会有元素周期表。即便有一天与宇宙中的其他文明进行对话，我们确信不同文明形式都可以识别的是一排列有序的元素周期表。[8]”

其实，争论门捷列夫是否应该获得诺贝尔化学奖的过程，是深入研究一百多年化学史的过程，是用发展的眼光分析科学史的过程，是理解科学的暂时性和实证性，追求科学的精确性和合理性的过程，是体会科学本质的过程。这个主题的讨论，在高中化学教学中有非常突出的实践意义！

参考文献：

[1]王晶主编.义务教育课程标准实验教科书·化学（下）（九年级）[M].北京：人民教育出版社，2015：113.

[2]敬文.发明与创新[J].中学时代，2013，（2）：4～7.

[3]张学方，王少亭.元素周期律与周期表的研究[M].北京：北京教育出版社，1998：31～53.

[4] [俄]斯米尔诺夫著.徐桃林译.门捷列夫传[M].北京：海燕出版社，2004：139.

[5]郭豫斌.诺贝尔化学奖明星故事[M].西安：陕西人民出版社，2009：9～42.

[6]陈德军.门捷列夫[M].北京：中国少年儿童出版社，2005：74.