科学蒙难集 1106-第19章
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第十七章 从“痴人说梦”到天才预言
——元素周期律发现的前前后后
化学元素周期律的发现，是19世纪自然科学的重大成就之一。它不仅给自然科 学特别是化学的发展以巨大的影响，而且对辩证唯物认义自然观的确立和发展也起 到了不可低估的作用。但是，在这一规律发现的前前后后，却经历了艰难而曲折的 斗争，其中，自然科学家们表现出的追求真理，坚持真理，不惧冷嘲热讽、舆论非 难和权威压抑的科学精神，给后人留下了极为深刻的教益和启示。
（一）
19世纪的头十年，是化学发展史上令人瞩目的十年。在这短短的时间里，新发 现的元素竟达14种之多。它们比18世纪以前人类全部认识的元素三分之一还多。
这些新元素的发现， 一方面使1789年拉瓦锡（Lavoisier，1743－1794）提出 的四类（即气、非金属、金属、土质）元素分类法受到了严重的冲击而瓦解，同时， 又在化学家面前提出了一系列新的问题。
自然界里究竟有多少种元素？未知元素的寻找有无规律可循？新元素的性质是 怎样的？其性质能否预测？
所有这些问题都集中在一个焦点上：元素之间有无内在的必然联系，是什么样 的联系？
正是这个问题迫使人们对已知元素不得不进行深入的重新认识。
1829年，德国的化学家贝莱纳（J。W。Dobereiner，1780－1849）首先敏锐地 察觉到已知元素所表露的这种内在关系的端倪：某三种化学性质相近的元素，如氯， 溴，碘，不仅在颜色、化学活性等方面可以看出有定性规律变化，而且其原子量之 间也有一定理的关系，即：中间元素的原子量为另两种元素原子量的算术平均值。 这种情况，他一共找到了五组，他将其称之为“三元素族”。
尽管他找到的规律仅能说明局部，而且使人感到偶然性的成份更大，但是，这 种从事物本身来说明事物，寻求联系，由定性到定量的过渡却代表了本质上正确的 新方向，开了寻找元素间规律的先河。
在此之后，长达40年的时间里，这方面的探索工作一直没有停止过，总计有90 起之多，其中具有代表性的如：
1857年， 法国人尚古多（B。De Chancortois，1820－1886）提出的关于元素 性质的《螺旋图》；1864年，德国的迈尔（J。L。Meyer，1830－1895）发表的《六元素表》；1865年，英国人纽兰兹（J。A。R Newlands，1837－1898）发表的关于元素性 质的《八音律》等等。
从《三元素组》到《八音律》的三十多年间，被组织起来的元素越来越多，它 们之间的规律性也越来越明显了。在这些向真理逼近的工作中，科学家们付出了巨 大的代价，铺平了通向打开周期律大门的道路。
1869年，同1842年因能量守恒与转化定律被几个人不约而同发现而载入物理学 史册一样，元素周期律由门捷列夫（Д。И。MehДeИeB，1834…1907）和迈尔同时 提出而载入化学史册。
（二）
然而，新生事物的出现往往不是一帆风顺的。周期律的探求者们不仅要在同自 然界的奋斗中耗费精力，而且还要承爱来自社会方面的攻击和非难。
在法国， 尚古多的《螺旋图》 受到了巴黎科学院的冷遇。他虽然在1862年和 1863年先后把有关这方面的三篇论文、图表和模型送交科学院，但一直没有被接纳；
在德国，迈尔的《六元素表》由于遭到非难，在当时也未能及时公布于世；
在英国，纽兰兹在化学学会上提《八音律》时，不但没有受到欢迎，反而遭到 了嘲笑。英国化学学会会长福斯德森教授还当场质问纽兰兹：“是否尝试把元素按 字母的顺序排列，这样可能得到更精彩的符合！”英国化学会也拒绝发表他的论文。
在俄国，门捷列夫的阻力更大。一些知名的学者，包括他的导师，“俄罗斯化 学之父”沃斯克列森基教授和化学界权威齐宁一开始就不支持他从事这项研究，嘲 笑他不务正业。还训斥他说：“到了干正事、在化学方面作些工作的时候了！”
还有一些人说什么，门捷列夫的周期律是科学研究中“不能依靠”的“一种普 遍分类法”，来加以排斥和贬低。
对于门捷列夫的这些工作，连迈尔也曾表示过怀疑，认为他在“薄弱”的基础 上来修改当时公认的原子量，是近乎“鲁莽”的行为。
更有甚者，一些人竟对此报之以挖苦和讥讽：“化学是研究业已存在的物质的， 它的研究结果是真实的无可争辩的事实。而他（指门捷列夫）却研究鬼怪——世界 上不存在的元素，想象出它的性质和特征。这不是化学，而是魔术！等于痴人说梦！”
这种几乎来自当时所有科学大国，学术权威的冷落，嘲讽，压制和诋毁，使这 一科学发现本来就十分曲折的道路，变得更加陡峭和险峻，其结果是令人痛心的。
尚古多的研究成果被推迟了整整20年，直到1889年，1891年才先后被翻译出版， 这不仅在一定程度上影响了对元素周期发现的进展，而且使法国科学界没有起到在 这一重大发现中应起的作用；
纽兰兹在英国科学界和权威的巨大压力下，不得不放弃这一重要理论问题的探 索，转向制糖工艺的研究，这不仅使本来颇具希望的纽兰兹本人失去了进一步深入 研究，获得更好成果的可能性，也使英国化学学会和权威们不得不承受历史上的难 洗之耻；即使周期律发现之后，由于种种原因，使这一重要的科学成果仍迟迟不为 科不界公认。
（三）
经过五年多的沉默，事实终于说话了。
1875年，门捷列人根据周期律所作出的对新元素的预言第一次得到了证明：法 国人布瓦博德朗（P。E。L de Boisbaudran， 1838－1912） 发现的新元素“镓” （Ga）正是门捷列夫预言的“类铅”。
1879年，瑞典化学家尼尔森（L。F。Nilson，1840－1899）发现了新元素“钪” （Sc），又一次证实了门捷列夫预言的“类硼”，是完全正确的。
1886年， 当德国科学家克勒（C。A。Winkler，1838－1904）看到自己发现的 “锗”（Ge）正是门捷列夫在16年前就已预言过的“类硅”时，惊奇之余，用一段 极为精采的话说明了这一科学发现的无可争辩的真理性：“再没有比‘类硅’的发 现能这样好地证明元素周期律的正确性了，它不仅证明了这个有胆略的理论，它还 扩大了人们在化学方面的眼界，而且在认识领域里迈进了一步！”
恩格斯也曾高度地赞扬了周期律的发现，他说：门捷列夫“完成了科学上的一 个勋业，这个勋业可以和勒维烈计算尚未知道的行星海王星的轨道的勋业居于同等 地位。
（四）
历史是现实的一面镜子。尽管元素周期律从发现到现在已经过去了一百多年， 当时周期律发现者面临的那些乌去早已消散殆尽，但是认真从中汲取有益的教训， 对今后科学发现尽量减少不必要的阻力，仍是大有裨益的。
回顾19世纪初自然科学发展的情况，正如恩格斯所指出的那样：当时，“经验 自然科学积累了如此庞大数量的实证的材料，以致在每一个领域中有系统地和依据 材料的内在联系把这些材料加以整理的必要，就简直成为无可避免的”。这种形势， 迫使自然科学家面对理论思维，每一个科学家都面临着一种选择：要么适应这种形 势，适应客观辩证法运动规律作出贡献；要么站在对立面上，自觉不自觉地成为科 学前进的阻力。
门捷列夫是属于哪一种呢？还是看一看他自己的回答吧：“人们不只一次问我， 根据什么由什么思想出发而发现肯定了周期律？让我尽力来答复一下吧！……当我 考虑物质的时候……总不能避开两个问题：多少物质和什么样物质？就是说两种观 念：物质的质量和化学性质……因此自然而然就产生了这样的思想；在元素的质量 和化学性质之间，一定存在着某种联系，物质的质量既然最后成为原子的形态，因 就应该找出元素的特性和它的原子量之间的关系”。
显而易见，他是属于前一种人：在客观上，门捷列夫顺应了自然科学辩证发展 的形势，在主观上，他又在自己的科学研究中，自发地站在唯物主义立场上，运用 了辩证法的相互联系思想和量变质变等规律。正因为如此，他才势如破竹，高屋建 翎，不仅一举完成了周期律的发现，而且在几方面都要比进行同样工作的人胜过一 筹。他认识到了，当时人们的认识可能带有的片面性（原子量并非绝对的标准）； 经验材料的局限性（原子量测定可能有错误）；人们认识的发展性（留出了新元素 的空格）；自然科学的可利用性（预测新元素的性质）等等。
也正因如此，他所制定的周期律就具有高度科学创造性和惊人的预见性，能经 受百多年来科学实践发展的各种检验， 如惰性元素的发现，元素特征X射线谱，核 外电子结构和量子力学理论，同位素，放射性元素等的一系列考验，成为科学的真 理。
门捷列夫在发现周期律的前后，所遇到的各种阻力，归根结底是形而上学自然 观统治的结果。“这个陈腐的自然观，虽然由科学的进步而被弄得百孔千疮，但是 它仍然统治了19世纪整个上半叶，并且一直到现在，一切学校里主要还在讲授它”。 “尽管自然过程的辩证法性质以不可抗拒的力量迫使人们不得不承认它，因而只有 辩证法能够帮助自然科学战胜理论困难的时候，人们却把辩证法和黑格尔派一起抛 到大海里去了”。其结果，是引起理论思维的混乱和纷扰。这种状况使得科学发达 的民族，也难于站在科学的最高峰。英、法等国科学界，不仅因此而丧失了达到对 元素规律性认识的科学高峰的机会，而且探索周期律的科学家都遭到了种种困难。 这种非难以各种形式，通过多种渠道，有时潜移默化，有时甚嚣尘上，造成这一科 学发现前前后后的巨大阻力。而这种阻力，归根结底是形而上学自然观作用的结果。 它从反面告诉我们，作为一个自然科学家，时刻遵循唯物辩证法，警惕形而上学思 想侵袭的重要性。
这里特别是要指出的是：门捷列夫在发现周期律的过程中，尽管深受形而上学 造成的阻力之苦，然而到了晚年，自己却又以权威、名家的身份，对新的科学发现， 如：原子的复杂性和电子的客观存在持否定态度。他曾说过：我们应当不再相信我 们已知单质的复杂性。并宣布：关于元素不能转化的概念特别重要……是整个世界 观的基础等等，而这种而上学思想的侵袭，就阻塞了他进一步揭示科学真理作出重 大发现的道路。
今天，当元素周期律同万有引力定律一样，已经成为普通中学生所具备的知识 的时候，从元素周期发现过程引出的教训也应为任何一个从事自然科学学习的研究 的人的基本常识，那就是：自然科学工作者在时刻注意克服形而上学的哲学影响的 时候，不能仅仅满足于一个自发的唯物主义者，而应当“作一个现代的唯物主义者， 作一个马克思为代表的唯物主义的自觉拥护者，也就是说属作一个辩证唯物主义者！”。
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第十八章 “无稽之谈”
——受权威们责难的电离学说
1884年瑞典化学家阿伦纽斯（Arrhenius， 1859－1927）提出的电离学说，是 化学发展中的一次带有革命性的重要发现。它同原子论、分子论和元素周期律等学 说一起，共同奠定了现代化学的理论基础。阿份纽斯由此荣获了1903年的诺贝尔化 学奖金。但是，电离学说从刚刚诞生起就遭到了化学权威们的嘲讽、责难和打击， 以至不得不在经历了一场艰苦和激烈的斗争以后才得以确立。
一个新学说的提出
1799年，意大利物理学家伏特（A。Volta，1745－1827）发明了电池以后，化 学家戴维（Davy， 1778－1829） 、 法拉第（Faraday，1791－1867）、格罗特斯 （Grotthuss，1785－1822）、希托夫（Hittorf，1824－1914）、拉乌尔（Raoult， 1830－1901）和克劳胥斯（Clausius，1822…1888）等人就陆续开展了电化学和溶液 理论的研究，并取得了不少重要成果。但是，对于溶液中电解质性质的认识，主导 的看法却仍然是认为只有在外界电流的作用下电解质才可能离解为带电的离子。这 样就还未能揭示出电解质溶液的本质，阻碍着化学的发展。
1882年，年仅32岁的青年学者阿份纽斯，在前人成果的基础上进行了溶液导电 性的研究。他在实验中发现，氨气本身虽然并不导电，然而其水溶液却可导电，而 且溶液越稀，导电性越强。1883年，他对这一现象进行了深入的理论分析。他认识 到，要想得到解释，就必须打破流行的传统观念，假定溶液中的电解质在无外界电 流的作用下，就可以存在两种形态，即非活性（分子）态和活性（离子）态。当溶 液稀释时就可以使前者更多地转化为后者，从而使导电度增强。他并依引撰写出科 学论文，准备进行博士学位的答辩。1884年，他在此基础上发表了题为《电解质的 导电性研究》的论文，公开提出了电离学说。
不久，新学说就进一步得到了许多科学实验的证实。1886年，著名德国化学家 奥斯特瓦尔德（Ostwald， 1853－1932）在研究酸的催化作用中发现，酯的水解速 度和蔗糖的转化速度，都取决于酸解离后生成的氢离子的浓度，证实了酸是发生了 电离。同年，著名荷兰化学家范霍夫（Vant Hoff）在研究电解质溶液的渗透压（P） 时发现，实际测出的P值总要比理论（依公式PV＝PT）计算出的P值高很多，需要附 加上一个系数（I） 进行校正（使公式成为PV＝Irt）由于P值的高低系取决于溶液 中溶质的微粒数目的多少， 因此，P值的增高就是微粒数目增多的表现，是电解质 电离成更多离子的证明。此外，阿伦纽斯又从溶液的导电率、渗透压和冰点降低等 不同侧面对I值进行了精确有测定， 惊人的发现都是一致的。这说明此类不同侧面 的现象原来都是同一的电离过程的种种表现。 因此，I的存在正是对电离学说的一 个定量的、更有力的证明。这样，电离学说就从一个科学假说提升为一个精密的定 量的科学理论。对此，阿伦纽斯在1887提又发表了题为《关于溶质在水中的离解》 的论文，其中引用了更为精确的实验结果，并以“电离”和“电离度”等明确的概 念代替了“活化”和“活化系数”等不大明确的概念，对电离学说进行了比较全、 系统和深入的阐述和论证。至此，一个具有科学创见的新学说终于最后形成了。
传统偏见势力的发难
阿伦纽斯学说用崭新的思想揭示了电解质溶液的本性，破除了当时流行的权威 理论的束缚，这使它从一向世起就遭到了以一些化学权威为代表的传统偏见势力的 发难。
1883年， 阿伦纽斯把新学说的思想汇报给了母校瑞典乌普萨拉大学的克列维 （Cleve，1840－1905）教授这位化学家曾因发现狄（Ho）等稀土元素而闻名于世， 同时在地质学和植物学的研究上也有很高造诣。阿伦纽斯热�
