中小學(xué)生課外閱讀世界科技全景百卷書化學(xué)大發(fā)現(xiàn)_1-54

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化學(xué)大發(fā)現(xiàn)

1對汞的早期認(rèn)識金屬汞和汞的化合物具有特殊和奇妙的化學(xué)性質(zhì)，曾經(jīng)對化學(xué)知識的萌芽產(chǎn)生過極大的影響。這種化學(xué)元素及其性質(zhì)對于古代的人曾有過很強(qiáng)的魅力，尤其是在煉金術(shù)方面，在他們那些建立在空想主義基礎(chǔ)上的“點石成金”的幻想中，汞曾經(jīng)扮演了一個非常重要的角色。在古代，汞及其化合物也曾被看作是帶有神秘色彩的治百病的良藥，甚至還被描繪成能夠煉制長生不老的仙丹。然而除了個別的例子（如我國商代曾經(jīng)利用汞的化合物冶癲疾）以外，很少有記載能用這種良藥治好疾病的例證，相反，汞及其化合物含有劇毒性卻常有書記載，用汞來當(dāng)成藥治死人的傳說倒是時常有的。我國是最早使用汞及汞的化合物的國家之一，除了商代用汞的化合物治癲疾以外，根據(jù)《史記·秦始皇本記》記載，在秦始皇墓中就灌入了大量的水銀，以為“百川河”，可見當(dāng)時就已經(jīng)掌握了水銀的提煉方法。我國著名的煉丹家葛洪進(jìn)行過有關(guān)硫化汞的試驗，而辰砂（天然硫化汞礦物，也稱朱砂）也在很早的時候就被我國民間用做紅色顏料。埃及和希臘也是最早利用汞的國家之一，在發(fā)掘出來的公元前的埃及古墓中，曾發(fā)現(xiàn)有水銀的存在，它是由考古學(xué)家希拉曼發(fā)現(xiàn)的。在古希臘的文字中，也已經(jīng)有“液態(tài)的銀”這個說法。亞里士多德則稱汞為水銀。從現(xiàn)存的拉丁文著作中，發(fā)現(xiàn)對金屬汞及其化合物研究和記載得最為詳細(xì)的古代科學(xué)家當(dāng)首推希臘的維特魯維夫斯和普里尼，他們?yōu)槲覀兲峁┝艘恍┳钤绲挠袃r值的資料，他們描述了如何從礦物中提取金屬汞的方法，這就是：“鉛丹（當(dāng)時的人常常把辰砂誤認(rèn)為鉛丹，因為辰砂HgS和鉛丹Pb3O4都是紅色的）是一種礦物質(zhì)，人們在采掘這種礦石時，貯存和聚集在礦石縫隙間的水銀便會一滴一滴地流下來。另外，由于開采出來的礦石都比較潮濕，需要先把它們投入到爐子中用火烘干，如果將從礦石中蒸發(fā)出來的蒸汽冷凝，這時就會發(fā)現(xiàn)有水銀的液滴，而且當(dāng)人們將烘干以后的礦石取走以后，便會在爐子的底部發(fā)現(xiàn)殘剩的水銀小液滴。它們是如此的細(xì)小，甚至無法收集起來，但是卻可以將它們沖刷到一個盛水的容器中，這時，水銀就能聚集起來成為一體。”這說明了水銀的一個基本性質(zhì)即水銀比水要重很多。維特魯維夫斯曾經(jīng)特別記錄了一些有趣的關(guān)于水銀密度的實驗：“首先將水銀放在一個容器內(nèi)，然后把一塊重量為50千克的石頭放在水銀的上面，這時，石頭只是漂浮在水銀的液面上，而沒有沉到水銀液體的底部，這充分說明了水銀能夠承受50千克石塊的重量，而石塊既不會把液體壓縮，也不能將液體排開。如果將石塊從水銀中取出，再放進(jìn)很少量的黃金，這時黃金卻不會在水銀的液面上漂浮，而是下沉到容器的底部。這兩個實驗充分地證明了，放進(jìn)盛有水銀的容器中的各種物體之后所發(fā)生的現(xiàn)象并不取決于物體的大小和重量，而是與物體的性質(zhì)有關(guān)?！边@個實驗曾是物理學(xué)中的一個著名的實驗，它使人能夠深入地了解什么

2是“密度”的科學(xué)定義，這是有史以來，第一次記載的關(guān)于質(zhì)量與重量之間的區(qū)別。維特魯維夫斯還是第一個描述汞能和金相互起化學(xué)反應(yīng)以及汞可以用來提取金子的科學(xué)家，他對于汞齊作了十分生動有趣的描述，他寫道：“水銀可以有多種用途，沒有它，就無法在銀和黃銅的表面上鍍金。另

3一方面，當(dāng)金作為某些器皿的裝飾外表已經(jīng)變得陳舊和沒法使用時，可以把這層金箔剝下來，然后放在泥缽中熔煉，再將熔煉后所得到的渣子倒入盛有水和水銀的容器中，并將渣子搗碎研磨。這樣做了以后，便能使渣子中的金子全部與汞化合，便于把金子都收集起來。然后，把水倒掉，將水銀和金的化合物殘渣裝在一個布袋內(nèi)，用水?dāng)D壓使水和水銀都通過布的細(xì)孔流出來，布袋內(nèi)便會留下金渣?！痹诠熬鸵呀?jīng)發(fā)現(xiàn)過金汞齊，在我國出土的戰(zhàn)國時代的鎏金器物即已說明當(dāng)時人們已經(jīng)學(xué)會了汞齊的制作方法，而古希臘和古羅馬時代也已經(jīng)用汞齊加工裝飾性的包皮。在埃及，曾發(fā)現(xiàn)一本被稱為“萊頓紙草”的古書，這一點有力地證明了古代已經(jīng)制得過數(shù)量可觀的各種類型的汞齊，有的制作簡單，有的卻很復(fù)雜，在這些秘方里，其中記載金汞齊的制作方法是：“金子液體的制備方法：先將金葉和水銀放在臼（研缽）內(nèi)，然后把它們搗碎，這樣就制得金液（即金汞齊）?！痹谶@些原始資料的秘方中并不曾記載過銀汞齊的制法，而且從后來的記載中也確知，古代人并沒有掌握銀汞齊的制法。但是銅與汞能夠很好地化合卻是早已被古人所掌握的，這種秘方是這樣的：“銅的覆蓋法——假若你想要使銅器具有銀子的顏色，則只要先將銅器經(jīng)過純化（表面純化）后，放入汞和白鉛溶液中，最后只有水銀單獨地完全地將銅器的表面覆蓋了起來?！碑?dāng)時，錫汞齊也是一種眾所周知的化合物，關(guān)于它的制備古書中曾這樣記載過：“使銅制的物件具有銀白色的外觀——用2drachmas（古希臘的一種重量單位）的錫棒，2drachmas的汞和2drachmasboChios土，先將錫熔化后，倒入壓碎的土中，然后加入水銀，用鐵棒攪拌，最后就可將生成的錫汞齊裝飾在器具的表面上?！痹谶@本古書的許多秘方中，還記載著汞與兩種或兩種以上的金屬化合所生成的汞齊，它們可以用來裝飾各種物件，使之成為銀或琥珀金（金與銀的合金）的仿制品，從種類繁多的制作汞齊的方法來看，說明在古代已經(jīng)具有了制備汞齊的良好工藝。普里尼關(guān)于汞和辰砂（硫化汞礦物）的描述也是很詳細(xì)的：“在銀的礦脈中人們發(fā)現(xiàn)有一種礦石，用它能夠產(chǎn)生出一種液體，這種液體被人們稱為水銀。水銀對于我們來說，是一種劇毒藥，它能夠穿透我們的脈管，并通過脈管對我們起著毒害作用?！薄俺私鹱右酝猓衅渌镔|(zhì)都只漂浮在水銀的液面上，金子這種物質(zhì)能被水銀所吸引，因此水銀是用于精制金子的一種最好的物質(zhì)。當(dāng)我們將水銀和金子同放在一個陶罐中使勁搖動，水銀便能夠?qū)⒒祀s在金子中的所有的雜質(zhì)都除去。”“當(dāng)水銀把金子中的這些多余的雜質(zhì)都清除掉以后，剩下的事情就是如何將水銀和金子分開。為此，人們把汞和金子的混合物傾倒在一個經(jīng)過很好

4地鞣制過的皮囊中，然后使水銀像一種分泌物那樣通過皮囊的細(xì)孔滲透出去，最后皮囊里面便留下了純凈的金子?！焙茱@然，在普里尼所處的時代，汞齊化作用已經(jīng)是一種人們非常熟悉的科學(xué)方法了。從普里尼的描述中，我們可以發(fā)現(xiàn)古代的人們已經(jīng)掌握了用過濾的方法作為分離物質(zhì)的一種手段，像普里尼所描述的把水銀放在皮革里

5面，施以很大的壓力，迫使水銀穿過皮革的細(xì)孔滲透出去。普里尼還介紹了從礦石中提取水銀的方法，一共有兩種：“一種是從劣質(zhì)的鉛丹（即辰砂）中提取水銀的方法，這方法便是將礦石和醋放在臼中，然后用黃銅做的杵搗碎并研磨，就會產(chǎn)生汞。”第二種方法是：“將礦石放在一個陶罐中，上面加蓋上一個杯形的蓋子，然后再在它的上面放一個鐵鍋，接著用陶土將這一套裝置完整地密封起來。準(zhǔn)備完畢以后，便在陶罐底下點火，為了能使火焰持久一些，還需要借助于風(fēng)箱。在操作過程中產(chǎn)生出來的蒸汽需要特別小心地清除掉（因為其中包含有有毒的水銀蒸汽）。待反應(yīng)完畢以后，等陶罐冷卻再把蓋子打開，這時會發(fā)現(xiàn)顏色像銀子一樣的，而且具有流動性的物質(zhì)沾附在蓋子上，這些液體很容易聚集成小球而被收集起來的?！睋?jù)記載，這種方法最早可能是由達(dá)可賴斯發(fā)明的，而他所采用的這種最原始的蒸餾方法恐怕也是有關(guān)蒸餾操作的最早記載。在汞的化合物中，唯一為古人所熟悉的汞鹽是辰砂（天然的硫化汞礦物）。在古代，辰砂曾廣泛地被用作顏料（涂料）使用，同時也是制取金屬汞的原料。辰砂以其鮮艷的顏色吸引著原始人類的注意力。維特魯維夫斯用了大量的篇幅介紹怎樣利用辰砂來達(dá)到裝飾（涂料）的目的，通常，人們把這種顏料與蠟混合在一起，用于室內(nèi)的墻壁裝飾。對于現(xiàn)今的化學(xué)家來說，有些歷史非常讓人感興趣，像其中記載的有關(guān)鑒別辰砂這種顏料是否摻假的方法（當(dāng)時有些人將辰砂和白堊混合起來作顏料，而白堊是一種白色的土，并不像辰砂那樣稀有和珍貴）：“為了識破這種假的騙局，人們便將這種礦物放在一塊灼熱的鐵片上，如果鐵片上的礦物由原來的紅色轉(zhuǎn)變成黑色，并且當(dāng)這種被加熱了的黑色物質(zhì)冷卻以后，它又重新恢復(fù)到原來的顏色（紅色），那么我們就能夠確信辰砂內(nèi)沒有摻假（即摻入白堊）?！本S特魯維夫斯解釋了這種變化：“因為將純的辰砂加熱得不是很厲害的話，它就會轉(zhuǎn)變成黑色的物質(zhì)，然而當(dāng)它冷卻以后，它又會恢復(fù)原來的顏色即由黑色轉(zhuǎn)變成紅色，尤其是將它磨成粉末以后，紅色便更為明顯。”而摻了假的顏料在加熱后發(fā)生的變化便是這樣的：“在辰砂中如果摻進(jìn)了白堊，加熱以后同樣也會變成黑色，然而在冷卻后，雖然顏料大部分能恢復(fù)原來的紅色，但其中的白堊卻留下了永遠(yuǎn)不會變化的黑色的痕跡。”用現(xiàn)代的化學(xué)知識來說明其中發(fā)生的反應(yīng)，乃是因為摻在辰砂里的白堊（氧化鈣）受熱后與硫化汞發(fā)生反應(yīng)，于是生成了氧化汞，它再受熱后又分解產(chǎn)生單質(zhì)的汞，而在這種條件下生成的單質(zhì)汞卻是黑色的顆粒，而并不像一般的水銀那樣是銀白色的液體。雖然，古代的化學(xué)知識很缺乏，人們無法剖析其中的化學(xué)原理，但是從現(xiàn)代化學(xué)的角度看來，他們判斷辰砂顏料是否

6摻假的方法是完全合乎科學(xué)道理的，并且是十分有效的，從這點也可以看到古代人們的智慧非常了不起。普里尼對于辰砂礦的來源進(jìn)行了研究，并有過不少記載：“人們在銀礦中可以發(fā)現(xiàn)辰砂礦，它是一種當(dāng)時在人們心目中評價很高的顏料。早期，羅馬人就曾經(jīng)使用辰砂作為寺廟等建筑物的涂料，大多用于

7滿足宗教上的需要。在埃塞俄比亞這個古國里，辰砂礦曾受到了更高的崇拜，因此人們養(yǎng)成了一種習(xí)慣，即用辰砂來為人體染色?！鞍凑彰乐尥林恼f法，辰砂是卡爾馬尼亞的礦產(chǎn)，另一個產(chǎn)地是埃塞俄比亞，這兩個地區(qū)出產(chǎn)的辰砂曾經(jīng)輸出到羅馬和西班牙?！逼绽锬嵩敿?xì)地描述了汞的毒性，并介紹說古代人早已認(rèn)識到這一點：“辰砂礦是有毒的，這個事實早已被人們普遍接受，我認(rèn)為介紹汞的化合物用作藥物的所有秘方都具有非常大的危險性?！逼绽锬徇€詳盡的敘述了在生產(chǎn)辰砂顏料的工場里，工人們是怎樣防止塵土的毒性的：“在制備辰砂顏料的工場里，雇工們?yōu)榱吮Ｗo(hù)自己的臉部，使用寬大的膀胱做成皮囊，以作為防護(hù)面罩，它要求透明得足以能夠看到周圍的東西便可以了。”當(dāng)時工人們就是利用這種既簡單卻是很有效的方法，使他們避免吸入這種非常有害的塵土。而普里尼所描繪的面罩可能是一種最古老的防毒面具，是近代的防塵防毒氣工具的先驅(qū)。今天，人類已經(jīng)進(jìn)入到20世紀(jì)科學(xué)的時代，化學(xué)這門科學(xué)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)了，然而當(dāng)我們回顧古代關(guān)于汞的知識時，便能夠發(fā)現(xiàn)，古代人們所積累的化學(xué)知識，仍然是我們今天的知識寶庫里不可缺少的部分，現(xiàn)代化學(xué)是建立在古代化學(xué)知識基礎(chǔ)上的，是總結(jié)前人的寶貴經(jīng)驗，吸取前人血的教訓(xùn)，才建立起來的一個日趨完善的學(xué)科。發(fā)現(xiàn)氧氣中學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)，課堂上第一個看到的大型實驗，就是各種物質(zhì)在氧氣中的燃燒。他們在課堂上，從未見過如此精彩、光輝奪目的現(xiàn)象。老師在實驗時，那一瓶瓶的氧氣是用什么方法收集到的呢？世界上又是誰最先發(fā)現(xiàn)了氧氣？大約在3億年前，在地球表面的空氣中，就含有跟現(xiàn)在濃度相似的氧氣了。雖然地球上有很多的動物呼吸，及人為的和自發(fā)的燃燒都在直不停地消耗氧氣，但是又有更多的植物在進(jìn)行光合作用，往空氣中補充新鮮的氧氣，因此空氣中所含氧氣的總量及其相對濃度，并沒有減少。氧氣是無色、無臭、無味的氣體，它在空氣中的含量估計約有1.5×1015噸，它還取不盡，用不完的總在我們身邊存在著，只要你隨手拿起個空瓶，其瓶中就含有占體積21％的氧氣，但要收集到老師在實驗時瓶中氧氣的濃度，那就不是一件簡單的事了。在很久以前曾經(jīng)是一件很不容易辦到的事?？諝獠幌袼?、火那樣有形有力，常常不容易引起人們的注意，它又是那樣的看不見、摸不著，很長一段時間人們都沒去研究它的成分，更不知道其中含有氧氣這種東西。雖然物理學(xué)家們早就用空氣做過很多著名的實驗，證明物體在空氣中運動會受到一定的阻力，證明空氣的體積會隨壓強(qiáng)增大而按一定的規(guī)律縮小，證明大氣壓強(qiáng)的存在，大氣壓強(qiáng)加在我們身上的力量大得

8驚人，等等。能夠正確的說出空氣中都包含有哪些成分，并能把這些成分分開，這卻是18世紀(jì)后半期以后才相繼做到的事。氧氣的化學(xué)性質(zhì)在高溫條件下是非?；钴S的。氧氣能夠跟很多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并生成各種氧化物或含氧化合物。一些氧化物和含氧化合物在一定條件（如高溫或加催化劑）下，又會釋放出氧氣等等。

9在我國封建社會初期，最遲在公元前2世紀(jì)，就已經(jīng)開始流行煉丹術(shù)。煉丹術(shù)士用一些天然的礦物，經(jīng)過神秘的加工，制成丹丸，企圖讓人吃了長生不老，然而這其中大多丹丸含有對人體有毒害的元素，如砷、汞、鉛、硫等。人們對礦物加熱，這時空氣中的氧氣必然參與反應(yīng)，甚至有的還是反應(yīng)過程中起主要作用的，但是煉丹時，他們只能看到固體的、液體的以及似氣非氣的煙、霧，卻總是忽略了無色、無臭又無形的空氣，因此人們也就意識不到空氣的存在和變化了。我國古代比較有名的煉丹術(shù)家葛洪（284年～364年），曾經(jīng)在他的著作《抱樸子》中記載有“丹砂燒之成水銀，積變，又還成丹砂”的說法，“丹砂”就是硫化汞，加熱到它變成水銀，要經(jīng)過兩個反應(yīng)，即：2HgS+3O22HgO+2SO22HgO2Hg+O2實際這兩個反應(yīng)是在同一容器內(nèi)一次性完成的，又可簡化為HgS+O2Hg+SO2，但葛洪在著作中沒有說必需氣體參與，可見他的觀察不細(xì)致，也許他用了鐵的容器來盛丹砂，就會有如下的反應(yīng)：HgS+FeHg+FeS，這時確實跟氣體無關(guān)，但由于當(dāng)時的生產(chǎn)技術(shù)，不可能做出完全不透氣的密封容器，也不可能控制溫度。對于當(dāng)時的情況，他只用簡單的一句話來作結(jié)論，是不嚴(yán)謹(jǐn)不科學(xué)的，然而要求他有重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)也是不現(xiàn)實的。傳說在公元8世紀(jì)，我國有一個叫馬華（譯音）的人，著有一本叫《平龍認(rèn)》的書，書中記載到了燃燒和空氣有關(guān)，并把空氣中的成分分為陰氣和陽氣，這是由于我國古代流行“陰、陽”之說。馬華指出，屬陽的金屬、硫、木炭等燃燒后，和大氣中陰的成分結(jié)合。這就很難確定他發(fā)現(xiàn)氧氣是個十分明確的事實，在很大程度上可能是和實際巧合。在國外，早期也有很多人碰到過類似的情況，做過類似的解釋，有的還的確制出并收集到了氧氣，但由于思想上受到“燃素說”的束縛，因而把已經(jīng)得到了氧氣叫做“火氣”或叫做“脫燃素空氣”，并沒有人真正的認(rèn)識它，瑞典的舍勒和英國的普利斯特利，便是如此。他們雖然都發(fā)現(xiàn)了氧氣，但由于受“燃素說”的影響，因而沒有能夠正確地認(rèn)識它。發(fā)現(xiàn)氧氣的關(guān)鍵，在于首先要明確氧是一種元素，這一認(rèn)識是法國人拉瓦錫確定下來的。舍勒及普利斯特利和拉瓦錫都是同時代的人，他們的共同成就，都已被載入了化學(xué)史冊，他們用化學(xué)方法（加熱氧化汞、硝酸鎂等物質(zhì)）制出了氧氣，拉瓦錫又用實驗方法精確地測定了空氣中有五分之一的體積是氧氣，并用氧氣和別的物質(zhì)發(fā)生了化合反應(yīng)。最后在1777年確定下來，氧是一種元素。拉瓦錫給氧起名叫“Oxygene”。氧氣的發(fā)現(xiàn)，并被明確為一種元素，這是化學(xué)發(fā)展史上一個很重要的里程碑。在理論上，因此徹底推翻了錯誤的燃

10素說，建立了包括燃燒在內(nèi)的氧化學(xué)說，為后來的氧化、還原理論，奠定了實踐基礎(chǔ)。在科學(xué)上為人們深入研究大氣的成分開辟了道路，使當(dāng)時化學(xué)界很多錯誤的看法，也得到了糾正。氧氣是一種極為普遍的氣體，并且在地球上已存在了數(shù)百億年，而它被科學(xué)家們認(rèn)定，卻是非常不平凡的，從而引起了如此巨大的震動，不能不說是一個驚人之舉。

11異想天開發(fā)現(xiàn)了磷我們所說的化學(xué)元素磷，原文的意思叫做“冷光”。民間傳說中的“鬼火”，就是一種磷的氫化物產(chǎn)生的自然現(xiàn)象，自然界中的這種磷的氫化物是由人及動物的尸體腐爛分解而形成的，它是一種氣體，當(dāng)遇到空氣，就會自動地燃燒起來。我國古代又把鬼火叫成燐火，因此我國就把叫做“冷”光的物質(zhì)叫做“燐”。由于磷是非金屬元素，常溫下單質(zhì)為固態(tài)，于是又把原來的“火”字旁改為“石”字旁，寫成“磷”。這也是用中文漢字對化學(xué)物質(zhì)命名的一大特色。令人感到有趣的是，最早發(fā)現(xiàn)的磷是從尿液中提煉出來的。在那時，誰也不知道人和動物的尿液里到底含有什么東西，而當(dāng)時有一個想發(fā)財?shù)纳倘?，千方百計地尋找生財之道，偶爾聽人說，從人的尿液里可以制造出黃金或是能夠點石成金的寶貝。于是他就偷偷地收集了大量的尿液，一點一點的慢慢蒸干后，又胡亂的加上各種各樣的東西，今天用煮的辦法，明天又用燒烤的辦法，一次一次地干下去。終于有一次，他發(fā)現(xiàn)了一種在黑夜中能發(fā)出螢光的物質(zhì)。這就是他初次得到的磷，一小塊白色柔軟的白磷（磷的一種單質(zhì)）。這是1669年的事，這個人的名字叫波蘭特，是德國漢堡人。尿液的成分，除了絕大部分水之外，主要的是尿素。此外還有一些新陳代謝的廢物，其中便含有極少量的硫、磷等元素，而且是以極其復(fù)雜的有機(jī)化合物的形式存在的，只有在經(jīng)過長時間的發(fā)酵蒸發(fā)后，才能變成磷酸鹽。磷原來以多種形式的化合狀態(tài)，遍布于人及動物體內(nèi)，主要的有各種酶及促使?fàn)I養(yǎng)成分發(fā)生同化作用，為生理需要提供活力機(jī)制的，含磷的有機(jī)化合物。另外磷也存在于骨骼和牙齒中。平常，我們所吃的食物里，都普遍的含有磷。同時由于飲食情況的不同，排泄物中所含磷的量也有所不同。磷可以形成各種各樣的化合物，要用磷的化合物來制取單質(zhì)，都需要經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。工業(yè)生產(chǎn)上，經(jīng)常是用磷礦石[Ca-3(PO4)2]為原料，加上石英和焦炭，在經(jīng)過1500℃的高溫，而產(chǎn)生的磷蒸汽（實際是P4分子），在隔絕空氣的狀態(tài)下，冷疑到?jīng)鏊校蔀楣腆w的白磷?；瘜W(xué)方程式可以表示為：Ca3-(PO4)2+3SiO2+5C=3CaSiO3+5CO+2P真是無巧不成書，波蘭特經(jīng)過幾十次的改變配方，更換方法，他居然在一次將尿渣、砂子和木炭放在米中加熱時，用水冷卻產(chǎn)生的蒸汽而得到單質(zhì)磷。這種十分巧合的事，實在是很少有的。當(dāng)制出奇怪發(fā)光的寶物時，波蘭特真是驚喜若狂，他想如果要發(fā)財，制法就要十分保密。他得到磷的消息在外界傳開以后，人們只知道他是用尿做實驗，于是便有很多人也想碰運氣的做了起來。德國人孔柯爾居然在1687年，也從尿渣中制出了磷，其做法跟波蘭特的方法如出一轍。1680

12年英國的化學(xué)家波義耳和他的助手德國人亨克維茨，獨立地從尿中制出了磷，并對制法加以改進(jìn)，大量生產(chǎn)使其成為商品。1775年瑞典化學(xué)家舍勒，又從骨頭中制出了磷。磷從此有了正式的名稱，叫“發(fā)光體”。這一段離奇的故事，說的并非是一個不學(xué)無術(shù)的人，只知道原料是尿，

13就能從中把磷提制出來。當(dāng)時之所以能成功的人，都是接觸或是研究化學(xué)的。波蘭特本人的職業(yè)就是醫(yī)生，西方的醫(yī)生并不像中醫(yī)那樣，以本草為生。他們在配藥的同時，還兼做化學(xué)實驗，有些醫(yī)藥學(xué)家也同時是化學(xué)家，所以他們頭腦里都有一定的化學(xué)知識，并且又有動手能力，能夠解決一些問題。波蘭特及其同時代的人，能從尿里提取磷，都有他們本人的職業(yè)特長，首先是波蘭特的驚人毅力，幾年如一日的把實驗堅持做下去，僅此一點就很值得后人敬佩。波蘭特制磷的配方，既可以認(rèn)為是巧合，也可以認(rèn)為其中存在著必然。因為沙子、術(shù)炭等是他們的常用之物。只要某物中含有磷元素，經(jīng)過多種氧化還原反應(yīng)，加之收集方法得當(dāng)，是會得到磷的化合物甚至是磷的單質(zhì)。像這樣的情況，在化學(xué)實驗中，曾經(jīng)出現(xiàn)過多次。白磷被發(fā)現(xiàn)以后，又大量投入生產(chǎn)并成為商品出售，它到底有什么用途呢？它在最早時期，除了供應(yīng)實驗室用及制造磷頭火柴之外，幾乎沒有其他的用途。磷頭火柴是當(dāng)時使用最方便的引火工具。然而白磷有劇毒，又極易著火，很快就被較安全的火柴所代替。我們現(xiàn)在所用的安全火柴也要用磷，那就是涂在火柴盒兩側(cè)醬紫色的東西，它的主要成分是紅磷。紅磷跟白磷互為同素異形體，但紅磷的著火點比白磷要高得多，而且毒性也極小?，F(xiàn)在生產(chǎn)的白磷主要用于合成含磷的農(nóng)藥，這類農(nóng)藥有極強(qiáng)的毒性，使用時要特別小心。磷是一種化學(xué)性質(zhì)很特別的元素，它的單質(zhì)及化合物有的含有劇毒，有的幾乎沒有毒性。它還是動植物體內(nèi)必需的營養(yǎng)元素，缺少它，植物的果實便不能豐碩飽滿，人的骨質(zhì)特別是神經(jīng)的發(fā)育就會受到影響。因此人在青少年發(fā)育時期，就應(yīng)吃含磷質(zhì)較多的食物。三元素組和八音律在門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律以前，化學(xué)這門學(xué)科已經(jīng)誕生了200年以上。在這段時間里，這門學(xué)科雖然有了很大進(jìn)展，但是，它只是積累了很多零散的知識而已。這些知識之間的內(nèi)在聯(lián)系如何，怎樣才能把它們系統(tǒng)起來，還是沒有解決的問題。因此，這時的化學(xué)學(xué)科，就像個管理不好的庫房一樣，雖然各種材料很多，但是東一攤、西一攤，放得個亂七八糟，毫無規(guī)律。當(dāng)時學(xué)校里的化學(xué)老帥，包括大學(xué)里專門教化學(xué)的教授在內(nèi)，在這一大堆亂七八糟、漫無秩序的材料面前，對于如何組織教學(xué)，誰也拿不出好主意來，只能各行其是。有的人先從氫講起，因為它最輕；有的先講氧，因為它分布最廣；有的先講鐵，因為它是最常見的金屬；化學(xué)家們實在不能繼續(xù)容忍這種混亂的狀態(tài)了！大家都在想，怎樣才能找到一個規(guī)律，把這些各種各樣的元素有系統(tǒng)的排列起來，把這些雜亂無章的化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)知識系統(tǒng)化起來。

141829年，德國化學(xué)家段柏萊納在比較各種元素的原子量的時候，注意到有幾個化學(xué)性質(zhì)很相似的元素組，每組包括三個元素。在每一組的三個元素中，按原子量的順序排列，中間那個元素的原子量大約是兩邊的元素原子量的平均值。例如：鋰、鈉、鉀三種元素的性質(zhì)就很相似，它們都是金屬，能和水激烈地反應(yīng)放出氫氣，并且生成很強(qiáng)的堿。排在中間的元素鈉，它的原子量（23）

15正好是鋰（7）和鉀（39）原子量之和的二分之一。氯、溴、碘三個元素都是非金屬，都能和金屬起反應(yīng)，它們的原子量也有上邊說的那種情況。這樣三個元素一組、三個元素一組，共找到五組。段柏萊納把它叫做三元素組。三元素組的分類方法，雖然比過去進(jìn)了一步，但它只包括了15個元素，還有幾十種元素沒有歸納進(jìn)去。另外，這一組一組的元素相互間有什么關(guān)系，段柏萊納也說不出來。在這以后，還有許多人嘗試過用各種方法分類和歸納元素，試圖從中找出規(guī)律性的東西。其中比較引人注意的一種方法，就是英國人紐蘭茲提出的八音律。在音樂中，當(dāng)我們把音符1（do）、2（Le）、3（mi）、4（fa）、5（So）、6（La）、7（Ti）、i（do）、2（Le）、3（mi）排起來的時候，你從任意一個音數(shù)起，數(shù)到第八個音時，一定和第一個音的的唱法一樣，這兩個音之間的距離就是八度。紐蘭茲把當(dāng)時已知的元素按原子量一個比一個增加的順序列成行的時候，他發(fā)現(xiàn)，從任何一個元素開始，數(shù)到第八時，就會出現(xiàn)一個和第一個元素性質(zhì)相似的元素，好像音樂中的八度音一樣。紐蘭茲把這種現(xiàn)象叫做八音律。紐蘭茲根據(jù)八音律把當(dāng)時已經(jīng)知道的元素編了號，排成了一張表。從這張表里元素排列的順序來看，在第一行氫、鋰、鈹、硼、氮、氧這七種元素之后的氟、鈉、鎂、鋁、硅、磷、硫分別和前七種元素相似。第二行的氯、鉀、鈣也分別和氟、鈉、鎂性質(zhì)相似。再往后就不能令人滿意了，比如22號位置上的鈷和鎳，同前面的氟、氯的性質(zhì)便沒有什么相似的地方。1866年，紐蘭茲在英國化學(xué)會的年會上報告了它的這種分類方法。遺憾的是，他不但沒有受到應(yīng)有的鼓勵，反而因為回答不出聽眾提出的許多問題而受到了奚落。傷心的紐蘭茲失去了勇氣和信心，放棄了他的理論研究工作而改行去干別的事了。這樣，化學(xué)家們嘗試把元素系統(tǒng)化的努力又一次失敗了。氯氣的故事古代的煉金術(shù)士們用王水（一般用三份鹽酸與一份硝酸相混合）溶解金子。當(dāng)他們在實驗室里加熱王水的時候，便會發(fā)生一種刺激性很強(qiáng)的煙霧，當(dāng)時他們還不知道這種煙霧就是氯氣，然而至少可以說，古代的煉金術(shù)士們就已經(jīng)接觸過氯這種元素了。氯氣的發(fā)現(xiàn)應(yīng)該歸功于瑞典化學(xué)家舍勒（1742年～1786年），他是在1774年發(fā)現(xiàn)這種氣體的，當(dāng)他加熱黑色的二氧化錳與鹽酸的混合物時，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了一種煙霧，并與加熱王水時所生成的煙霧是完全一樣的。在氯這種元素被發(fā)現(xiàn)以后，當(dāng)時人們把它叫做脫燃素的鹽酸氣，因為按照當(dāng)時流行的說

16法，把鹽酸中所含的氫稱為燃素，這樣在制備氯氣的過程中，錳取代了鹽酸中的氫，從而得到氯氣，用當(dāng)時的術(shù)語便是錳取代了燃素，因此就被叫做鹽酸脫掉燃素以后產(chǎn)生的一種氣體。舍勒制備了氯氣以后，把它溶解在水中，卻發(fā)現(xiàn)這種水溶液對紙張、蔬菜和花都具有水久性的漂白作用；他還發(fā)現(xiàn)氯氣能與金屬氧或金屬化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。從1774年舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣以后，一直到1810年，這種氣體的性

17質(zhì)先后經(jīng)過貝托霍、拉瓦錫、蓋一呂薩克、泰納、貝采利烏斯等人的研究，然而第一個指出氯氣是一種化學(xué)元素的科學(xué)家卻是戴維，他在倫敦英國皇家學(xué)會上宣布這種由舍勒發(fā)現(xiàn)的氣體是一種新的化學(xué)元素，它在鹽酸中與氫化合。他將這種化學(xué)元素定名為氯，這個名稱出自希臘文“Chloros”，這個詞有多種解釋，例如“綠色”“綠色的”“綠黃色”或“黃綠色”。戴維的這種推論獲得了公認(rèn)，只有貝采利烏斯持有異議，因為他一直認(rèn)為鹽酸是一種含有氧的酸。1785年貝萊梯，1786年卡斯登各自在有水汽存在的情況下，將舍勒所發(fā)現(xiàn)的這種氣體加以冷卻，隨后他們便獲得了一種黃色結(jié)晶物質(zhì)（實際上它就是氯的水合物Cl2·6H2O），他們暗示，舍勒所發(fā)現(xiàn)的氣體不是一種簡單的物質(zhì)，當(dāng)然就不是一種化學(xué)元素。1805年諾斯莫爾將這種氣體液化，他在描述其實驗時說：“當(dāng)我把這種含氧的鹽酸氣（諾斯莫爾和貝采利烏斯的認(rèn)識是一樣的，他們都認(rèn)為氯氣是鹽酸與氧氣的化合物，所以把這叫做含氧的鹽酸氣）壓縮1到一個24英寸的接受容器中，它立刻轉(zhuǎn)變成了一種黃色的液體，它在普通的大氣壓力下具有極大的揮發(fā)性，當(dāng)把耐壓的接受容器的閥門打開時，這種液體物質(zhì)便立即完全揮發(fā)了。我發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的濃度非常之大，以致讓我感受到一種難以忍受的刺激。當(dāng)這種氣體揮發(fā)以后，接受容器中只留下微不足道的黃色的殘留物。這種氣體能夠破壞疏菜的顏色，并且很難控制。”1810年，戴維通過試驗進(jìn)一步證實了，如果在-40℃下將氯氣冷卻，就能獲得貝萊梯和卡斯登所制備出來的黃色晶體物質(zhì)。1823年3月5日當(dāng)法拉第正在操作封在一支玻璃管里的氯的水合物時，他的好友帕里斯正好來拜訪他，當(dāng)看到玻璃管中有一些油狀物質(zhì)，因此而責(zé)備法拉第，說他不該使用帶油污的儀器（因為帕里斯以為這支玻璃管是法拉第沒有洗凈的器具）。帕里斯走了以后，法拉第繼續(xù)進(jìn)行實驗，他想把這支玻璃管打開來看，但是不小心卻把玻璃管打破了，與此同時，管內(nèi)的油狀物也馬上消失了。這個偶然的事故使法拉第認(rèn)識了這種油狀物的性質(zhì)。帕里斯第二天便收到了法拉第寫來的一封信：“親愛的先生，昨天您注意的油狀物已經(jīng)變成了液態(tài)氯。”1888年克尼許用加壓冷卻的方法將液態(tài)的氯裝在一種耐壓的容器中，以便于運輸和使用，為使用氯氣的單位提供了很大的方便，從此以后，液氯的生產(chǎn)才達(dá)到商品的規(guī)模。漂白粉的生產(chǎn)始于18世紀(jì)末朗。在此以前，歐洲人在漂白麻纖維和棉纖維的時候，需要花費很長的時間及笨重的體力勞動。他們把棉、麻纖維放在草木灰、石灰水或皂液中煮沸，然后取出來浸泡在牛奶中，最后取出來鋪在草地上，充分地暴露在空氣中和陽光下，這時纖維才被漂白。這種方法需要耗費長達(dá)七個月的時間。

181785年法國人貝托雷最早利用氯氣做漂白劑。它把舍勒發(fā)現(xiàn)的那種氯氣溶解在水中，這種溶液便具有了漂白作用。1789年貝托雷改進(jìn)了制備漂白溶液的方法，即把氯氣通入巴黎一家化工廠生產(chǎn)的堿性草木灰（即氫氧化鉀）的溶液中，效率又提高了很多。后來，蒸汽機(jī)的發(fā)明人瓦特從貝托雷那里了解到制造這種漂白劑的方法，并把這種制造方法轉(zhuǎn)讓給蘇格蘭的英國化學(xué)公司的創(chuàng)始人泰納以便生產(chǎn)這種漂白劑，1798年泰納把生產(chǎn)漂白劑的方法改為

19將氯氣通到石灰水中，這樣改進(jìn)以后生產(chǎn)成本便大大地降低了。1799年泰納經(jīng)過多次加工又把這種液體的漂白劑改進(jìn)成為固體的產(chǎn)品，當(dāng)時叫做氯化石灰，也就是我們現(xiàn)在所用的漂白粉。這種固體產(chǎn)品的優(yōu)越性就要大多了。氯氣在衛(wèi)生方面應(yīng)用的歷史也是非常悠久的，早在1800年，英、法等國家就用氯水作為消毒劑；1854年英國就已經(jīng)采用漂白粉來消除污水的氣味；到了1903年，英國人便已經(jīng)大量使用氯氣來為飲用水清毒了。氯氣的生產(chǎn)方法也曾經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程。一直到1936年為止，人們還一直沿貝托雷發(fā)明的方法來生產(chǎn)氯氣，這種方法是把氯化鈉、軟錳礦（即二氧化錳）和硫酸的混合物裝在鉛蒸餾器中，經(jīng)過加熱后便能產(chǎn)生出氯氣。1936年古薩格發(fā)明了一種焦化塔，用來吸收路布蘭法生產(chǎn)蘇打（即碳酸鈉）的過程中所排出的氯化氫氣體（在當(dāng)時這種含有氯化氫的氣體被人認(rèn)為是一種廢氣，從古薩格開始，這種氣體才得到了充分利用），從這以后鹽酸也就成為一種比較便宜的酸，可以廣泛利用。舍勒所發(fā)明的生產(chǎn)氯氣的方法（即用鹽酸與軟錳礦反應(yīng)用以制取氯氣）經(jīng)過改進(jìn)后，才成為大規(guī)模生產(chǎn)氯氣的方法。1868年狄肯和洪特又發(fā)明了用氧氣來氧化氯化氫以制取氯氣的方法。4HCl+O2=2Cl2↑+2H2O這種方法叫做狄青法。以上這些生產(chǎn)氯氣的方法雖然在氯氣生產(chǎn)史上都起過一定的作用，然而這些方法與電解法生產(chǎn)氯氣和燒堿相比較，無論是從經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)規(guī)模上來說，都要大為遜色，所以當(dāng)電解法普遍運用以后，所有其他的生產(chǎn)氯氣的方法就一下子都被淘汰了。電解法可制出氯氣要追溯到1833年。當(dāng)時法拉第經(jīng)過一系列的試驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)把電流作用在氯化鈉的水溶液，也就是電解氯化鈉水溶液時，就能夠獲得氯氣。到了1851年瓦特獲得了一份關(guān)于電解生產(chǎn)的英國專利，其中包括了氯氣、氫氧化鈉、金屬鈉的生產(chǎn)方法。但是，由于當(dāng)時沒有實際可用的直流發(fā)電機(jī)用以產(chǎn)生足夠的電流，因此瓦特的發(fā)明也只能停留在實驗室規(guī)模，并不能付諸大規(guī)模的生產(chǎn)。瓦特獲得的這一份專利一直沒有利用來起。直等到19世紀(jì)70至80年代，有了比較好的直流發(fā)電機(jī)，德國人便在1890年開始用電解祛大規(guī)模地生產(chǎn)氯氣和燒堿，而英國和美國采用這種生產(chǎn)方法，則要推遲到1893年，比德國人晚了3～4年。從發(fā)明電解法生產(chǎn)氯氣和燒堿，一直到讓這種方法付諸工業(yè)生產(chǎn)這一過程，使我們想到先進(jìn)的發(fā)明創(chuàng)造必須有一定的生產(chǎn)條件的幫助，才能發(fā)揮它的作用。電解法生產(chǎn)氯氣的發(fā)明也只有在強(qiáng)大的直流電機(jī)發(fā)明以后，才能真正成為一種工業(yè)生產(chǎn)的方法。元素兇神每一個搞化學(xué)研究的人都有一個習(xí)慣，這就是每當(dāng)他拿到一種從來沒有

20見到過的新物質(zhì)時，總想要弄清楚這一物質(zhì)里含有哪些成分？是用什么原料，經(jīng)過怎樣的方法制造出來的？它有什么特性？可以用來做什么？等等。想要一下子解答這一串的問題，并不是一件簡單的事，也不是三言兩語就能說清楚的。解答化學(xué)之謎，需要有許多人經(jīng)久不息的努力去做很多實際而又艱苦的工作，甚至為此而獻(xiàn)出寶貴的生命！

21這其中最有代表性的就是氟元素從被發(fā)現(xiàn)到制出氟氣單質(zhì)的過程?？梢哉f它是經(jīng)過百年孕育，帶著一身的煞氣，才得以出世的兇神?；瘜W(xué)中的氟、氯、溴、碘四種元素，氯被最早發(fā)現(xiàn)。早在1774年，就已經(jīng)制出了氯氣，1786年發(fā)現(xiàn)了氟的化合物，直到1886年才制出氟，中間經(jīng)過了一個世紀(jì)還多，這并不能完全責(zé)備氟的脾氣怪，而是因為在很長時間內(nèi)所用手段的能力達(dá)不到。發(fā)現(xiàn)溴、碘制出單質(zhì)的時間，分別是1824年和1811年。氟、氯、溴、碘好像是同一父母所生的四兄弟，有著相同的血統(tǒng)，在性格上既有相同的地方，又有其各自不同的特點。人們把它們按氟、氯、溴、碘的順序排行，并不是按發(fā)現(xiàn)的年代來分的，這是為什么呢？這是化學(xué)家比算命先生更講究實際的地方。氟、氯、溴、碘四種原子，都具有跟金屬原子相結(jié)合的能力，而且能力有大有小，但肚量卻是一樣的，如它們結(jié)合鈉原子，就都只能接納一個，結(jié)合時氟原子是如狼似虎，而碘原子卻是溫文爾雅，氯、溴則介乎兩者之間。這種性格上的差別是由它們天生的性質(zhì)所決定的?；瘜W(xué)家是以它們這些不同性質(zhì)為依據(jù)給它們排行順序的，并把它們作為元素體系中的一個很重要的家族。而氟這個元素，因為其化學(xué)性質(zhì)非?；钴S，因此它讓化學(xué)家們吃了很大的苦頭，經(jīng)過幾代人的努力，才把它接生到這個世上來。在發(fā)現(xiàn)氯氣前，人們就發(fā)明了鹽酸。這是用食鹽加濃硫酸時所產(chǎn)生的一種氣體，人們把這種氣體用水吸收后，便成了一種有酸性的液體，就稱這種液體為鹽酸。第一次單質(zhì)的氯氣是用鹽酸加軟錳礦粉制出來的。在1786年有人發(fā)現(xiàn)把螢石加濃硫酸，也會產(chǎn)生制鹽酸時那樣的氣體，它溶到水中，也同樣會得到酸性的液體，但是這種酸性的液體和其他任何物質(zhì)，包括軟錳礦粉一起反應(yīng)，就無論如何也得不到成分更簡單的物質(zhì)了，人們企圖用它也能制出像氯氣那樣的一種新氣體，然而希望總是以失敗而落空。但是實驗越是失敗，化學(xué)家卻越是堅信，在這種酸性液體和螢石中，一定含有一種從來未被人知道的新元素，并在它尚未制出單質(zhì)前，就起了名字（Fluorum，含有活潑流動的意思），規(guī)定了符號（F），找好了住地（元素周期表上第二周期第ⅦA族）。在1786年以后的漫長歲月里，化學(xué)家們煞費苦心，不屈不撓地辛勤勞動，他們抱著一個共同的目的——制出氟氣。他們實驗操作時，一刻也離不開氫氟酸（跟鹽酸同為姊妹酸），這種氫氟酸及其氣體氟化氫，跟鹽酸（氫氯酸）及其氣體氯化氫不一樣，前者是有劇毒性的，很多化學(xué)家因此中了毒，甚至獻(xiàn)出了寶貴的生命！氟為什么總讓人見不到它的真面目呢？這是因為氟的化學(xué)性質(zhì)太活潑了，它在化合物中跟別的元素結(jié)合的能力特別強(qiáng)，沒有一種物質(zhì)能夠把它從化合物里的位置上分離出去。用化學(xué)反應(yīng)的方法，在當(dāng)時情況下，是完全不

22可能制出氟氣單質(zhì)來的，制來制去不過是氟從這一種化合物中轉(zhuǎn)移到另一種化合物中去而已?；瘜W(xué)家們因此就有些絕望了。真是行到山前疑無路，竟然柳暗花明又一村?？茖W(xué)家后來發(fā)現(xiàn)了電的威力，它不僅可以照明、開動機(jī)器，而且可以使難以分解的化合物發(fā)生分解反應(yīng)，這一種方法叫做電解。化學(xué)家們運用電解的方法，從而發(fā)現(xiàn)了多種新元素并制出它們的單質(zhì)。

23當(dāng)然電解氟的化合物，必然也可以制出氟氣。由于氟的化學(xué)性質(zhì)太活潑了，在常溫下它就能跟很多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，只要它在電極上剛一產(chǎn)生，便和電極以及電解容器的材料發(fā)生反應(yīng)，怎么也難得到一點可見的氟氣泡，當(dāng)然在這一過程中還會有人中毒。法國人莫瓦桑有著超人的毅力，曾因為身體中毒，而受到嚴(yán)重?fù)p傷導(dǎo)致四次中斷實驗，最后直到1886年，終于在他的實驗室里制出了氣體的氟。莫瓦桑采用金屬鉑制的電解容器，以鉑銥合金為電極，他認(rèn)為這些金屬的化學(xué)性質(zhì)極不活潑，絕大多數(shù)的化學(xué)藥品都不能腐蝕它，也不會發(fā)生反應(yīng)，也很有可能不會被氟氣腐蝕。他在這一電解容器中，放入氫氟化鉀和無水液體氟化氫的混合物，充分運用冷卻劑冷卻到零下二十幾度，然后通上電流，讓容器里的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生分解反應(yīng)。聰明的莫瓦桑又想到，如果用玻璃導(dǎo)管和玻璃瓶來導(dǎo)出和收集氟氣是行不通的，因為他知道氫氟酸能腐蝕玻璃，這也是其他酸所沒有的特性，再根據(jù)氯氣的性質(zhì)，他推斷出氟氣必會跟硅單質(zhì)發(fā)生劇烈的反應(yīng)。因此莫瓦桑便采用以硅單質(zhì)來檢驗氟氣存在的方法，當(dāng)他打開電解容器上用螢石做成的帽蓋，伸入一根硅條，這時在陽極的上面，硅條突然著火燃燒起來。這個現(xiàn)象表明陽極這一邊，已產(chǎn)生了大家盼望已久的氟氣。現(xiàn)代化學(xué)上已有更好的裝置來生產(chǎn)氟氣了，防護(hù)的設(shè)備也更加完善。然而，人們總也忘不了莫瓦桑，以及在莫瓦桑以前的許多科學(xué)家，為制氟氣所做的貢獻(xiàn)及作出的犧牲。認(rèn)識化學(xué)結(jié)構(gòu)在19世紀(jì)，西歐工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家，煉鐵技術(shù)得到飛速發(fā)展，他們把煤經(jīng)過干餾制成焦炭用于煉鐵，但對在煉鐵過程中同時產(chǎn)生的煤焦油和煤氣等，這些烏黑、氣味難聞而又容易著火的東西要找個出路，曾經(jīng)大傷腦筋，并為此經(jīng)歷了很長一段時期。但在當(dāng)時，化學(xué)家們卻對它們很感興趣?；瘜W(xué)家把這些煤焦油和煤氣拿來，經(jīng)過仔細(xì)的分離提煉后，得到了無數(shù)種有機(jī)化合物。原來，有機(jī)化合物中，它們是非常特殊的大家族，有機(jī)化學(xué)家們把它們稱為芳香族化合物。起初，人們從香樹脂、香料油等天然物質(zhì)中得到一些有特殊香味的純物質(zhì)，現(xiàn)在又從煤焦油等物中，得到了其組成、化學(xué)特性與前者相類似的東西，盡管其氣味并不芳香，但品種卻更多，在科學(xué)研究上的意義更大，作為有機(jī)化合物的一族，也更具有代表性，只是它的含義已不再是表面上有香味而已。芳香族的有機(jī)物中，最主要的化合物便是苯。最早發(fā)現(xiàn)苯的人是英國化學(xué)家和物理學(xué)家法拉第。他是偶然從貯運煤氣的桶里所凝集的油狀物中，經(jīng)過分離后得到了一種無色的液體。他用當(dāng)時原子量H=1、C=6的標(biāo)準(zhǔn)測出它的實驗式是C2H，并測出它的蒸汽比重是氫氣的

2439倍。但他并沒有推出它的分子式。如照現(xiàn)在原子量標(biāo)準(zhǔn)H=1、C=12、苯的實驗式則應(yīng)該是CH，根據(jù)蒸汽比重就能算出它的分于量是78，便很容易知道苯的真正分子式是C6H6。在約9年之后的1834年，又有人把安息香酸和石灰放到一起干餾之后，也得到一種碳?xì)浠衔?，才給這個化合物取名叫“苯”（benzene），接著又有人測定出它的分子式是C6H6。

2519世紀(jì)中葉，有一位德國有機(jī)化學(xué)家凱庫勒（1829～1896），在研究芳香族有機(jī)化合物方面，做出了卓越貢獻(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)所有芳香性（族）有機(jī)化合物有一個共同的特點：就是這們進(jìn)行非徹底破壞（不燃燒）的激烈反應(yīng)后，經(jīng)常失去了一部分碳，但主要產(chǎn)物總是至少含有6個碳原子。這種包含有6個碳原子的化合物，就是以苯為主體的化合物。于是1865年凱庫勒提出了以苯為基團(tuán)的芳香族化合物的設(shè)想，并曾用多種圖式來表示苯的分子結(jié)構(gòu)，最后確定為正六邊形圖式，也就是我們現(xiàn)在學(xué)化學(xué)時常用的苯的結(jié)構(gòu)式。早些時候，凱庫勒在研究有機(jī)化合物的分子組成過程中，于1857年提出了“原子數(shù)”的概念，指出：氫、氯、溴、鉀為“一原子的”，氧和硫是“二原子的”，氮、磷、砷是“三原子的”，而碳是“四原子的’”。這是化合價的早期說法，也就是說，這些元素分別是一價、二價、三價和四價。在這一基礎(chǔ)上，凱庫勒認(rèn)為有機(jī)化合物中，碳原子之間可以連成鏈狀，這就能很好的說明。例如碳?xì)浠衔镏校杉淄椋–H4）開始，隨著碳原子數(shù)目的增多，就分別能有組成不同的乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等一系列化合物存在的道理了。幾乎是同時，英國的有機(jī)化學(xué)家?guī)炫粒?858年也獨立的提出了碳是四價及碳原子間可以相連成鏈的學(xué)說。凱庫勒和庫帕所提出的這些學(xué)說，為有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)理論的建立奠定了非常重要的基礎(chǔ)。“化學(xué)結(jié)構(gòu)”這個概念，在19世紀(jì)上半葉就已為化學(xué)家們所采用，“化合價”概念，特別是碳為四價的共識，更為探索有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)鋪平了道路。但是苯（C6H6）分子的出現(xiàn)，讓凱庫勒等一直認(rèn)為碳原子能夠連成鏈條的人，為難了好久，實驗的事實證明，苯分子中六個碳原子、六個氫原了的性質(zhì)分別完全相同，即它們分別以相同的關(guān)系，處在相同的位置上，如果這6個碳連成一個有頭有尾的鏈條，而且又性質(zhì)完全相同，若用碳四價的理論，是根本解釋不通的。凱庫勒經(jīng)過冥思苦想，終于認(rèn)為可能這六個碳原子是連成一個環(huán)，經(jīng)過現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)理論研究確認(rèn)了這個六碳環(huán)是真實存在的。對于凱庫勒的設(shè)想，有人傳說是他一次睡夢中見了一條蛇，咬著自己的尾巴直打轉(zhuǎn)而受到啟發(fā)的。不知是否確有其事，而他提出的苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)學(xué)說，在有機(jī)化學(xué)發(fā)展史上的確起到了巨大的作用。1890年，在紀(jì)念苯的結(jié)構(gòu)學(xué)說發(fā)表25周年時，倫敦的化學(xué)學(xué)會指出：“苯作為一個封閉鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的巧妙構(gòu)想，對于化學(xué)理論發(fā)展的影響，對于研究這一類及其相似化合物衍生物的異構(gòu)現(xiàn)象的內(nèi)在問題所給予的動力，以及對于像煤焦油染料這樣巨大規(guī)模的工業(yè)的前導(dǎo)，都已為舉世公認(rèn)。”前面說到的芳香族有機(jī)物，人們自從認(rèn)識了苯環(huán)之后，它的真實含義便是具有苯環(huán)的化合物的簡稱了。這其中包括了很多種染料、醫(yī)藥、香料和炸藥。

26自然界的煤，開始對被人們當(dāng)成黑色的石頭，在后來卻發(fā)現(xiàn)它能燃燒，因而在很長的時間內(nèi)只被當(dāng)作燃料。隨著煉鐵工業(yè)的發(fā)展，大量的煤堆著悶燒成焦碳時，便產(chǎn)生了濃煙而被排放到大氣中，污染環(huán)境，損人健康。后來改為干餾煉焦，一方面提高了焦碳的產(chǎn)量和質(zhì)量，同時所產(chǎn)生的煤氣和煤焦油，也被當(dāng)作氣體燃料和化工原料，都有其各自的用途，這樣又降低了煉焦

27生產(chǎn)的成本。化學(xué)家們研究了苯結(jié)構(gòu)后，發(fā)展了以煤焦油為基礎(chǔ)的焦化工業(yè)。芳香烴有機(jī)物的提取和合成，更極大地豐富了有機(jī)化學(xué)的內(nèi)容，并且也極大地豐富了人們的物質(zhì)生活。幾代人辯論的定律純凈的化合物，必然各有其固定的組成，也就是定組成定律，又稱為定比定律。在初中化學(xué)里，雖然不提這一定律的名稱，然而在講化合價和分子式時，學(xué)生卻必須掌握有關(guān)的概念，并認(rèn)識到純凈的化合物，之所以性質(zhì)固定，是由于它的組成固定，而且原子間排列的關(guān)系也是固定的。就是這樣一個現(xiàn)在看來似乎簡單的定比定律，在科學(xué)史上卻由1781年爭論到1860年才被確定下來。這一事實，充分說明科學(xué)家們的態(tài)度是十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?7世紀(jì)末起，西歐的一些藥劑師和化學(xué)家們，在進(jìn)行一系列的科學(xué)實驗中，就已對各種類型的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了定量的研究，有些人已經(jīng)從研究碳酸鈣，水及氧化汞的過程中，明確的發(fā)現(xiàn)了它們的組成是固定的。如1755年，英國化學(xué)家布拉克在他研究石灰石的論文中提到：石灰石經(jīng)過煅燒后，重量會減輕44％。1781年，英國化學(xué)家凱文第旭研究水的合成時，發(fā)現(xiàn)所消耗氫氧氣體的體積比總是1∶2，由此而認(rèn)識到水是化合物而不是一種元素，曾提出科學(xué)的燃燒理論的法國化學(xué)家拉瓦錫，從1772年到1777年用了五年多的時間，做了大量的燃燒實驗，進(jìn)行了精確的定量分析研究。例如他在進(jìn)行氧化汞的合成與分解實驗時，將45份重的氧化汞加熱分解，恰好得到41.5份重和汞和3.5份重的氧氣。這也就是說，拉瓦錫的實驗，不僅說明化合物有其固定組成，并且用具體數(shù)據(jù)，證明了化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量不滅定律。明確的用文字描述定組成定律的是法國的一位藥劑師普羅斯，他在1799年明確地寫道：“兩種或兩種以上元素相化合變成某一化合物時，其重量之比例是天然一定的，人力不能增減。”這是早于化合價形成共識之前50多年提出的，這顯然是普羅斯根據(jù)自己大量的實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)而建立起來的自信。但普羅斯的關(guān)于定比定律的理論，卻遭到了當(dāng)時法國化學(xué)界的權(quán)威貝托雷的激烈反對。原來是在此之前，貝托雷正好發(fā)表了他的《化學(xué)親合力之定律》，其中說道：“一物質(zhì)可與有相互親合力的另一物質(zhì)以一切比例相化合?！币粋€是以一定的比例，一個卻以一切的比例，兩者針鋒相對而互不相容。那么到底是誰正確呢？看一下他們兩人的實驗內(nèi)容就明白了。貝托雷以溶液、合金或玻璃類物質(zhì)，可以形成多種組成的鉛的氧化物和銅的堿式鹽等物質(zhì)為例子，這些都是混合物或是不同的化合物。表面看來它們是以“親合力”而形成，然而它們都不是真正的或單一的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)然“化合”的比例，就不會存在“一定”的問題了。

28既然貝托雷用的是錯誤的實驗例證，為什么又能長時間的堅持自己的錯誤觀點呢？這還得再來看看普羅斯的說法和做法才能得到解答。普羅斯確切的發(fā)現(xiàn)了貝托雷的實驗對象并不是純凈物和單一化合物，于是先后從1802年到1818年，寫了許多文章，發(fā)表在法國《物理雜志》上，用來答復(fù)貝托雷的錯誤的批評。

29按貝托雷的說法，他認(rèn)為化合物的組成會隨著生成該物質(zhì)的物理條件不同而不同。普羅斯則指出，一種化合物無論是天然的還是人工合成的，無論是產(chǎn)生在地球深處，還是產(chǎn)生在人們的實驗室里，也無論是取自什么地方，其組成都是相同的。普羅斯還指出，即使是鉛和氧化合，鉛跟氧的量之間，也只有幾個固定的比例（即PbO、Pb2O、PbO2和Pb3O4），而絕不會是任意的比例，顯然它們是組成各不相同的鉛的氧化物，而根本不能混為一談。普羅斯還用銅、錫、銻、鈷等多種金屬和硫化合，用在各種條件下所得硫化物，其組成都相同的事實來證明自己的觀點正確。然而在普羅斯的時代，化學(xué)界還沒有足夠精確的定量分析的技術(shù)手段和方法。普羅斯的實驗結(jié)果，對同一物質(zhì)的分析往往也存在很大的誤差，這就使他心有余而力不足的遺憾終身。“定組成定律”就只能暫時作為假說，停留在當(dāng)時人們的心中。到了19世紀(jì)的中葉，定量的化學(xué)分析，已得到完善，人們已能在實驗時得出相當(dāng)精確的結(jié)果，但極小的偏差仍是難免存在。就因為這些，因此依然有人認(rèn)為“這個定律（指定組成定律）或者也有些偏差，”而仍然不愿十分肯定的承認(rèn)它。后來，比利時的分析化學(xué)家斯達(dá)（1813～1891）曾經(jīng)用多種不同的方法制取金屬銀，又用多種不同的方法把銀制成氯化銀，所有實驗偏差都在千分之三左右。在斯達(dá)1860年發(fā)表了他許多精確的分析實驗結(jié)果之后，這場圍繞著定比定律是否實在可信的辯論，前后經(jīng)歷了大約80多年才算結(jié)束。而一個叫“倍比定律”的，卻在1804年就被確認(rèn)下來，在時間上比“定比定律”的確定要早50多年。倍比定律的內(nèi)容是：“當(dāng)相同的兩元素可生成兩種或兩種以上的化合物時，若其中一元素之重量恒定，則其余一元素在各化合物中之相對重量有簡單倍數(shù)之比?！北侗榷墒怯瘜W(xué)家道爾頓提出來的，當(dāng)時道爾頓正在構(gòu)思他的原子論，首先提出了原子量這一概念，認(rèn)為：“同一元素的原子，其形狀、質(zhì)量及各種性質(zhì)都是相同的”，他還認(rèn)為：“不同元素的原子以簡單數(shù)目的比例相結(jié)合，因而形成化學(xué)中的化合現(xiàn)象”，等等。道爾頓根據(jù)其原子論的設(shè)想，用推理的方法而得出了倍比定律，并還測定了碳的氧化物（CO、CO2）氫化物（CH4、C2H4）中碳氧之比和碳?xì)渲?，確實在碳的量一定時，兩種氧化物中氧的重量比是1∶2，兩種氫化物中氫的重量比為2∶1。后來精于化學(xué)分析的瑞典化學(xué)家貝采利烏斯，分析了鉛的兩種氧化物和銅的兩種氧化物以及鐵的氧化物和硫的氧化物，也都取得了精確的結(jié)果。而斯達(dá)也做了碳酸氣（CO2）和一氧化碳之間轉(zhuǎn)變關(guān)系的實驗，發(fā)現(xiàn)兩種氧化物中碳的重量一定時，氧的重量比確為2∶1。這些事實都比確認(rèn)定比定律要早十多年。從現(xiàn)在的原子、分子觀點和化合價的概念來看，定比定律和倍比定律實際都是定組成定律的內(nèi)容在形式上的不同表現(xiàn)。因為歷史的原因，它們的發(fā)

30生和被確認(rèn)的過程，卻是那樣的不同，這實在是一件令人回味的事。質(zhì)量守恒定律一場工業(yè)革命從英國開始，工業(yè)技術(shù)和生產(chǎn)力的發(fā)展引起了人們對生產(chǎn)

31原料產(chǎn)生更深刻的認(rèn)識。而紡織工業(yè)的發(fā)展又促使人們?nèi)パ芯咳玖?，研究酸堿，因而向化學(xué)領(lǐng)域提出了新的要求，而在這方面領(lǐng)頭的，卻是一個法國人，他叫拉瓦錫（1743～1794年）。1743年8月26日，拉瓦錫生于巴黎。父親是一個非常有錢的律師，拉瓦錫從小就不愁吃穿，上了中學(xué)又上大學(xué)，從法律系畢業(yè)后很順利地也當(dāng)上了律師。然而不知是什么緣由讓拉瓦錫對礦物特別感興趣。在他辦公桌的抽屜里，常常放著一些石頭、硫磺、石膏等等，就連卷宗里也時常可抖出一些紅綠顏色的礦粉來。出乎意外地他的一篇論文在一次競賽中竟獲得法國科學(xué)院一枚金質(zhì)獎?wù)?，這便讓他下決心辭掉了律師職務(wù)，而獻(xiàn)身于自己酷愛的化學(xué)事業(yè)。然而個人研究化學(xué)，需要建實驗室，買儀器，是需要一筆不小的資金的，那么錢從何來？拉瓦錫憑借他律師的閱歷，用特有的眼光在財政界一掃，便發(fā)現(xiàn)了一個生財之道。原來18世紀(jì)中葉，法國新興的資產(chǎn)階級已聚成了一股強(qiáng)大的勢力。但封建王朝卻不甘退位，更加緊了對人民錢財?shù)乃压巍Ｆ渲械囊粋€妙法就是收重稅。但政府并不出面，而是承包給“包稅人”。包稅人預(yù)先向國家交一筆巨款，然后再去收稅。包稅人只要保證向國家繳錢，至于再向老百姓收多少，國家便不管了。為了研究化學(xué)，拉瓦錫便從父親那里借來錢作抵押金，違心地當(dāng)上了一名包稅人。這樣，很快拉瓦錫便擁有了自己的化學(xué)實驗室，而且還認(rèn)識了一位金發(fā)碧眼的姑娘瑪麗，瑪麗是包稅公司經(jīng)理的女兒，才14歲。但他們感情篤深，很快結(jié)為夫妻。瑪麗性情溫柔，又寫得一手好字，并擅長繪畫，為丈夫抄論文，繪圖表，天賜一個賢內(nèi)助。一年后，拉瓦錫當(dāng)選為科學(xué)院院士。在這以后，他大部分時間是在實驗室里渡過的。1789年一個冬夜，寒氣籠罩著巴黎，拉瓦錫和嬌妻瑪麗正圍爐閑聊，瑪麗手中拿著一篇剛收到的文章正在朗讀，拉瓦錫聽完以后便再也坐不住了。他一把搶過文章連續(xù)看了兩遍。文章中說到將一塊金剛石用高溫灼燒以后，便會消失得無影無蹤。他認(rèn)為這是不可能的，任何東西燒完后總要留下一點灰燼。拉瓦錫立即鉆進(jìn)實驗室，照著做了一次實驗，果然如文章所說，金剛石不翼而飛了。整整一夜，拉瓦錫無法入眠。天剛亮?xí)r，他翻身坐起：“瑪麗，我們趕快進(jìn)實驗室去，辦法有了，也許問題就出在這里?！崩咤a只穿一件睡衣坐在實驗臺旁，他用不怕火的石墨軟膏厚厚地將一塊金剛石裹起來，然后放在火上進(jìn)行高溫灼燒。他考慮過去人們研究燃燒都是在空氣里進(jìn)行的，誰敢保證這種看不見的空氣里會不會有什么物質(zhì)在燃燒時參加進(jìn)去，或是帶走什么呢？現(xiàn)在將這金剛石裹得嚴(yán)嚴(yán)實實不與空氣接觸，看它會出現(xiàn)什么現(xiàn)象。他就這樣睡衣托鞋、蓬頭黑手地在實驗臺旁忙著。這時在高溫火焰下，那裹著厚厚一層石墨的金剛石已被燒得通紅，就像爐子里的紅煤球一樣。拉瓦錫小心地熄滅火，等它慢慢冷卻后再剝開一看，發(fā)現(xiàn)金剛石竟完好無損！“看來燃燒和空氣有很大的關(guān)系。”他一邊洗臉，一邊說?！叭紵皇俏镔|(zhì)內(nèi)的燃素在起作用嗎？”瑪麗一邊收拾儀器，一邊問道。

32“大家都這么說，我看未必就是這樣。”拉瓦錫早就對燃素說產(chǎn)生了懷疑。今天這個實驗更加明確地證明了，燃燒現(xiàn)象根本不在燃素，而在于空氣。然而在燃燒過程中空氣發(fā)生了什么樣的變化呢？最好的辦法就是檢測一下它的重量。拉瓦錫立即又設(shè)計出新的實驗方案。

33他在密閉的容器里燒煉金屬，在燃燒前后他都仔細(xì)地用天平稱過重量，發(fā)現(xiàn)重量沒有一點變化，他再稱金屬灰的重量，增加了，又稱燒過后的空氣的重量，卻減少了，而減少的空氣和增加了的金屬灰正好重量相等。于是拉瓦錫便推斷出化學(xué)上一條極重要的定律即：重量（質(zhì)量）定恒定律。物質(zhì)既不能創(chuàng)造也不能消滅，化學(xué)反應(yīng)只不過是物質(zhì)由這種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式的形式轉(zhuǎn)換。當(dāng)拉瓦錫由燃燒金屬發(fā)現(xiàn)燃素說并不可靠后，他便放下了其他研究課題而專攻各種燃燒現(xiàn)象。他又投資添置了一些設(shè)備，帶了幾個助手，將自己的實驗室重新布置一番，實驗室真成了一個燃燒展覽館。他這個豪華的實驗室曾接待過許多科學(xué)名人，瓦特、富蘭克林都曾到這里作客。一天英國學(xué)者普里斯特利又來這里訪問，拉瓦錫陪他在實驗室邊漫步邊討論問題。當(dāng)來到幾個玻璃罩前時，普里斯特利問：“這是在干什么？”“我將磷用軟木漂在水面上罩著燃燒，燒后水面就上升，占去罩內(nèi)空間的五分之一，你再看這個罩內(nèi)是燒硫磺的，水面也是上升了五分之一。這個現(xiàn)象說明燃燒時總有五分之一的空氣參加了反應(yīng)。”“對。我也曾發(fā)現(xiàn)空氣中有一種‘活空氣’，蠟燭遇見它時會更亮，而小老鼠沒有它很快就會死亡。拉瓦錫先生，你知道舍勒在1772年就曾找見過這種空氣，他叫它為‘火焰空氣’，我想，這和你找到的那五分之一的空氣很可能是一回事。但是，我覺得物質(zhì)燃燒是因為有燃素，恐怕和這種空氣沒有關(guān)系。”“不，有沒有它大不一樣。你看這玻璃罩里剩下的五分之四的‘死空氣’，你若再放進(jìn)什么含有‘燃素’的東西，無論磷塊還是硫磺，它也不會燃燒了。尊敬的普里斯特利先生，你的發(fā)現(xiàn)對我太有啟發(fā)了，看來空氣里一定包含有兩種以上的元素，起碼這‘活空氣’就是一種，空氣并不是一種元素?！薄斑@么說，水也不應(yīng)該是一種元素了。因為我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在水里也包含有這種活空氣，而且用一種活空氣和另外一種空氣（氫氣）在密封容器里加熱，就又能生成水?！薄罢娴膯?？”拉瓦錫突然停下腳步，眼睛直盯著普里斯特利?！罢娴?。你這里的實驗條件太好了，讓我們重新做一次?！逼绽锼固乩炀毜刂瞥闪藘煞N氣體，然后將它們混合到一個密封容器里，便開始加熱，一會兒容器壁上果然出現(xiàn)了一層小水珠。拉瓦錫等實驗一完就拉著普里斯特利到客廳里，連叫瑪麗。“瑪麗，你知道嗎，我們今天不但進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了燃燒的秘密，還找到了新的元素，它既存在于水中，又存在于空氣中，這可就打破了水和空氣是一種元素的說法，說明了它們都是可分的。這種東西能和非金屬結(jié)合生成酸，又能使生命活下去，就叫元氧吧?！薄袄咤a先生，你真是一個很大膽的科學(xué)家，我曾經(jīng)做過不知多少次實驗，你就是不敢放棄燃素說，總也沒有找到問題的關(guān)鍵。今天這個發(fā)現(xiàn)真是我們化學(xué)界的一件大喜事。”

34氧氣本是舍勒和普里斯特利最先發(fā)現(xiàn)的，然而他們?yōu)槭裁纯床坏剿c物質(zhì)燃燒之間的關(guān)系呢？原來是受了舊燃素說的束縛，使他們不敢有任何非分之想。本來做學(xué)問首先靠觀察積累，第二要靠思考比較。觀察積累基本上還是在舊理論指導(dǎo)下的收集、整理，需要非常細(xì)心且能吃苦；而思考比較卻是在新事實的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納與突破，要的是大膽與勇敢。一個舊理論的推翻

35也就是一個新理論的建立。只有少數(shù)既聰明又勇敢的人才會去不斷的觀察新問題，收集新材料，不斷的打破舊的理論框框，擯棄舊假設(shè)，勝利便是屬于他們這些人的。段時間后，拉瓦錫的處境便開始困難起來，不久他正式被控貪污，又過了不久他的實驗室也被查封了。拉瓦錫并不覺得會有什么大事發(fā)生。他想，作為一個科學(xué)家，總要為社會辦一點事，于是他便加緊編書。過去他曾出過一本《化學(xué)教程》，這本書總結(jié)了他多年來所做的實驗，并提出了氧化學(xué)說，將統(tǒng)治化學(xué)界近百年的燃素說完全推翻。書剛一出版即被搶購一空?，F(xiàn)在拉瓦錫又將這本書補充修訂準(zhǔn)備再版。并且他又將這幾年新發(fā)現(xiàn)的元素整理成一張表，共33種，分作四類：1.氣體單質(zhì)：光、熱、氧、氫、氮。2.非金屬單質(zhì)：硫、磷、碳、鹽酸根、硫酸根、硼酸根。3.金屬單質(zhì)：銻、銀、砷、鉍、鈷、銅、錫、鐵、錳、汞、鉬、鎳、金、鉑、鉛、鎢、鋅。4.土類單質(zhì)：石灰、鎂土、鋇土、鋁土、硅土。這是化學(xué)史上的第一份科學(xué)的元素表。那些世界由水、土、氣、火構(gòu)成的四元素說到此也就徹底破產(chǎn)了?；瘜W(xué)在拉瓦錫面前是徹底敞開了大門。許多新奇的現(xiàn)象，有趣的問題，接踵而至。但是他有一種預(yù)感，感覺有什么禍?zhǔn)戮鸵R頭了，手頭的工作可能干不完了。這種莫名的念頭又不敢對妻子說，因此他整天埋頭寫作，妻子也加緊幫他畫插圖。果然，一天上午，拉瓦錫剛在桌旁坐定就有兩人進(jìn)來，說法庭傳他去一趟。他知道那個預(yù)感今天可能要變成現(xiàn)實了。他冷靜地站起來說：“幸好我的書已經(jīng)全部完成了?！狈瞪砣×艘豁斆弊颖汶S來人而去。在法庭上，審判也極為草率，他本是律師出身，但也未能夠張口為自己辯護(hù)幾句。一位好心的律師提醒法官說：“拉瓦錫先生可是一位全歐洲聞名的科學(xué)家啊！”法官卻說：“革命不需要科學(xué)家，只需要正義?！碑?dāng)即判了他的死刑。1794年5月8日，拉錫被反綁著雙手，押向廣場中心的斷頭臺。這時廣場上已人山人海，將要斷頭的幾個人一字排開的站在臺上。拉瓦錫被判死刑的消息，驚動了巴黎的許多科學(xué)家，真是太荒唐了，什么時候聽說過一個科學(xué)院的院士被抓來砍頭呢？曾與他一起研究過化學(xué)命名法的柏托雷連忙趕來。妻子瑪麗也來了，她一夜之間衰老了許多，這時正抱住拉瓦錫的頭失聲痛哭。拉瓦錫多么想用手為她拭去淚水，去擁抱一下這個從14歲起就開始追隨他的妻子，可是由于手被反綁著而無能為力。他讓瑪麗抬起頭來，說要再仔細(xì)的看看她。拉瓦錫平靜地說：“瑪麗，你不要為我悲傷，感謝上帝，我已完成了自己的工作。我今年51歲，可以說已經(jīng)度過了非常愉快的一生，而且可以免去一個將會有諸多不便的晚年。我能夠為后人留下了一點知識，可能還留下了一點榮譽，應(yīng)該說我是幸運的?！爆旣惖芍鴥芍粶I眼，只是呆呆地望著他，喉嚨里像被什么東西噎住發(fā)不出一點聲音來。這時，只聽身后那面大鍘刀由空而降，嗖地落下，卷起一陣涼風(fēng)，掃得

36人心里發(fā)慌，接著就聽“嚓”的一聲，一顆人頭像被菜刀剁下的一節(jié)黃瓜液在臺上。剛殺掉的是一個僧侶。接著，那面鍘刀又嘎吱吱地升了起來，就聽監(jiān)斬官吼道：“下一下，拉瓦錫！”瑪麗聽到這吼聲，便昏倒在拉瓦錫的腳下，柏托雷還抱著一線希望，沖到監(jiān)斬官面前，高聲喊道：“不能殺他啊，法國不能殺掉自己的兒子。你們一瞬間就砍下他的頭，可再過100年也不會

37長出一顆這樣的頭了啊！”但是，這位現(xiàn)代化學(xué)的創(chuàng)始者傾刻間便人頭落地了。鉀與鈉的發(fā)現(xiàn)由于伏打發(fā)明了電池組，從而開辟了電化學(xué)這一領(lǐng)域。這一領(lǐng)域剛拓開便有人大踏步走來。這人就是戴維（1778～1829）。戴維出生在英國一個沿海小城的一個木匠家庭，小時候便是一個有名的浪蕩子。父母很希望他能成才，好改換門庭，于是送他到學(xué)校去讀書。然而小戴維雖頭腦十分靈活，卻不肯用在書本上，他每天左邊口袋裝著魚鉤魚線，右邊口袋裝著一只禪弓，早晨上學(xué)前也經(jīng)常要跑到海邊去打幾只鳥，釣幾條魚，因此經(jīng)常遲到。有時正在上課，他也悄悄將口袋里的鳥放出來，學(xué)生們便一窩蜂地去捉鳥，老師知道是戴維這個罪魁，所以他一遲到就氣得先提住他的耳雜厲聲訓(xùn)斥幾句，又追問去干了什么壞事，并沒收了他口袋里的彈弓、魚鉤、小鳥等物。這天戴維又遲到了，兩個口袋鼓鼓囊囊，瘋了似的沖進(jìn)教室正要向自己的座位上奔去。老師厲聲喊道：“戴維！又到哪里闖禍去了！”說著上來用一只手扯制著他的耳朵。誰知戴維向他鼓了鼓小眼睛，一句話也不答。老師便更提高嗓門吼道：“把口袋里的東西掏出來！”“就不給你！”戴維說著還故意用手將口袋護(hù)住?！敖o我！”當(dāng)著全體學(xué)生，老師丟了面子，因此他一只手掐緊戴維的耳朵，另一只手便向他口袋里掏去。誰知他的手剛伸進(jìn)口袋便“啊”的一聲尖叫著抽了出來，連扯著戴維耳朵的那只手也早已松開。隨著老師抽出的那只手，一條綠色的菜花小蛇落在老師的腳下。教室里一下炸了窩，學(xué)生們有的驚叫，有的哄笑。而戴維卻不說也不笑，一本正經(jīng)地拾起小蛇，裝進(jìn)口袋里，又慢慢的坐在自己的座位上，就像剛才什么事情也沒有發(fā)生一樣。他越是這樣一本正經(jīng)，學(xué)生們就越是笑得前仰后合，而老師更是氣得臉紅脖子粗一句話說不出來，最后挾起講義，摔門而去。老師離開教室后便徑直向戴維家走去。戴維的父親正在干活，老師氣呼呼地推門而入，如此這般地學(xué)說一遍，把老木匠氣得兩手發(fā)抖、五臟亂顫。戴維放學(xué)回來了，一進(jìn)門就劈頭挨了一巴掌，母親聞聲過來拖住父親，一邊心疼地喊：“你下手那么重，真要打死孩子嗎！”“這樣的孽子不要也可以！”一個要打，一個要拉，兩位老人也扯纏在一起，累得上氣不接下氣。“你呀”老木匠氣得一屁股跌坐在椅子上，“我這輩子算是對你沒有指望了?！卑l(fā)生這件事后不久，戴維的父親便一病不起，過了一陣子便作古而去。戴維的母親拖著五個孩子，日子實在無法維持下去，只得將他送到一家藥店里當(dāng)學(xué)徒，也好省一張吃飯的嘴。就這樣戴維每天給人抹桌子掃地、端臉盆倒尿壺，到了月底別人都領(lǐng)了工資，他卻分文沒有。他伸手問老板去要，老

38板當(dāng)眾將他那只小手狠狠地打了一巴掌說：“讓你抓藥不識藥方，讓你送藥認(rèn)不得門牌，你這雙沒用的手怎好意思伸出來要錢！”店里的師徒也哄堂大笑，戴維滿面羞愧轉(zhuǎn)身就向自己房里奔去，一進(jìn)門就撲在床上，眼淚刷刷地流了下來。他從前可沒受過這種羞辱，可是現(xiàn)在不能跟學(xué)校和家里相比?，F(xiàn)在是吃人家的，喝人家的，再說如果跑回家去吧，不也是讓母親為難嗎？戴

39維在學(xué)校時功課學(xué)得不怎么好，卻愛寫幾句歪詩，他一翻身揪起自己的襯衣，撕下一塊來，隨即又咬破中指在上面寫了幾句話，便沖出門去。外面店員們正鬧哄哄地向老板敬酒，不提防有人啪地一聲將一塊白布放在桌子中央，只見上面寫著：“莫笑我無知，還有男兒氣，現(xiàn)在從頭學(xué)，三年見高低?！贝蠡镌僖患?xì)看，竟然是鮮血寫成的，大家非常吃驚，只見戴維挺身站在桌旁，眼里含著淚水，臉面繃緊，顯出十二分的倔強(qiáng)來。他們這才明白，這少年剛才自尊心受到傷害，忙好言相勸拉他入席。然而戴維卻說：“等到我有資格時再來入席?！狈瞪肀阕摺＞瓦@樣戴維開始發(fā)憤讀書了，他給自己制訂了自學(xué)計劃，光語言一項就有7種。他還利用藥房的條件開始研究化學(xué)。果然不到3年，藥鋪里的伙計誰也不敢小看戴維了。我們常說的才學(xué)、才學(xué)，世上有許多人是苦學(xué)的，然而缺才；但也有很多人非常有才，卻就是不肯用在學(xué)問上，所以成為歪才、廢才。而戴維本是有才之人，一朝浪子回頭，把才能用在治學(xué)上，其能量是不可估的。當(dāng)時，恰好貝多斯教授在布里斯托爾成立了一個氣體療養(yǎng)院，專用新發(fā)現(xiàn)的氣體為人治病，而戴維也被邀請去那里工作。在這里戴維發(fā)現(xiàn)了一種“笑氣”（一氧化二氮），人一吸入這種氣體便會不自覺地興奮發(fā)笑，因此更是名聲大振，第二年升為教授。第三年，他還不滿25歲便又當(dāng)選為皇家學(xué)會的會員。戴維本是一個釣魚打鳥的頑童，浪子回頭，發(fā)奮讀書，十年工夫便取得了如此成就是難得的。他更知時間的可貴，條件難得，因此也就更加刻苦研究新的課題。在許多研究題目中他對伏打電池的電解作用非常感興趣。他想用電解能將水分成氫、氧，那么其他物質(zhì)也一定能分解出什么新元素來。當(dāng)時化學(xué)實驗最常用的物質(zhì)就是苛性堿，不妨拿它試一試。戴維現(xiàn)在搞起科研來也還保留著少年時膽大豪爽的作風(fēng)，他剛有這個想法便立即和他的助手、堂兄埃德蒙得把皇家學(xué)院里所有的電池都統(tǒng)統(tǒng)集中起來，其中包括24個大電池，光是那鋅、銅制的正負(fù)電極板就有35厘米寬；還有100個中等電池，其電極板都有18厘米寬；另外還有150個小電池。這真是一支電池的大軍，戴維決心要讓那苛性堿在他的手下分出個清清楚楚。這天戴維和他的堂兄起了個大早，開始了這場計劃已久的試驗。他們先將一塊白色的苛性堿溶解成水溶液，然后再將那龐大電池組的兩根導(dǎo)線插入溶液中，這時溶液立即沸騰發(fā)熱。兩條導(dǎo)線附近馬上出現(xiàn)了氣泡，沖出水面。開始他們還為這熱鬧的場面而高興，但一會兒就發(fā)現(xiàn)上當(dāng)了，發(fā)出的氣泡是氫氣和氧氣，剛才被分解的只不過是水，而苛性堿卻還是原封不動！這苛性堿真的就是一種元素而不能再分了嗎？戴維的倔勁又上來了，他不信邪。水溶解不成，改用火攻。接著他將一塊苛性堿放在白金勺里用高溫酒精燈將它熔化，然后便立即用一根導(dǎo)線接在白金勺上，再將另一根導(dǎo)線插入熔化物中，果然電流通過了，在導(dǎo)線與苛性堿接觸的地方出現(xiàn)了小小的火焰，顏色是淡淡的紫色，并且是從未見過的美麗顏色。戴維大叫：“埃德蒙得，快看，它出來了！”

40“它在哪里？”“就是這火，這淡紫色的火焰。”埃德蒙得也興奮極了，他把鼻子湊近白金勺，仔細(xì)看著說：“但我們總不能把這火苗儲存在瓶子里??！”那么，怎么收集這種物質(zhì)呢？戴維又犯了愁，看來這是因為熔融物的溫度太高，這東西又易燃，一分解出來就著火了。水溶不行，火熔也不是個好

41辦法。1807年11月19日，是英國皇家學(xué)會一年一度舉行貝開爾報告會的日子，戴維滿懷希望這次能拿一樣新發(fā)現(xiàn)的元素去轟動一番。但是時間只剩個星期了，這奇性堿卻軟硬不吃，水火不成，他設(shè)計了很多種方案都不奏效。這些日子戴維就像只擰緊發(fā)條的鐘，一刻也不停地擺動，他一會兒沖到樓上擺弄一下電池，一會兒沖到實驗桌上，墨水飛濺地在記錄簿上隨便涂幾行字。他到底不是書香門第出身，身上還留有那海邊小鎮(zhèn)上的野風(fēng)與兒時的頑皮習(xí)氣。實驗再緊張也忘不了享樂，就像當(dāng)年上學(xué)不誤打鳥一樣。每晚只要有舞會宴席，每場必到，只是忙得顧不上換衣服，從實驗室里出來，在外面冉套一件干凈外衣就去赴宴，回來后也不脫衣倒頭就睡，第二天晚上去舞會時再套上一件。過幾天猛然醒悟再一起脫掉。因此人們常說戴維教授常常胖幾天，瘦幾天，很叫人無法捉摸。他情緒極易沖動，冷靜的時候不多，頭腦極聰明，但又缺乏耐心，怕寂寞孤單，也愛慕虛榮，最頑強(qiáng)，又非常自信。對他這種風(fēng)風(fēng)火火的工作作風(fēng)，助手們早已熟悉，而大家卻極信任他的才氣，因此總是每呼必應(yīng)，實驗室上下團(tuán)結(jié)一致，倒也配合得非常默契。戴維眼看報告會的日期就到，電解苛性堿還是水火攻不進(jìn)。他焦慮地苦思苦干了十幾天，比較了十幾個方案。這天他忽然想出一個辦法：何不把苛性堿稍稍打濕，令其剛好能導(dǎo)電卻又不含剩余水份呢？這個點子一冒出來，他高興地一拍大腿高喊一聲：“成了！”倒把埃德蒙得嚇了一跳，忙問：“什么成了?！薄安灰鄦枺s快拿堿塊來。”一個堿塊兒放在一只大盤里端了上來。要讓這東西輕輕打濕并不必動手加水。只須將它在空氣中稍放片刻，它就會自動吸潮，表面成了濕糊糊的一層。這時戴維和他的一群助手圍著這塊白堿，下面墊上一塊通電的白金片，等表面剛剛發(fā)暗變濕，就一聲令下：“插上去！”不等話音落地，另一根導(dǎo)線便“咝”地一聲穿入堿塊。然后啪的一聲，像炸了一個小爆竹一樣，那導(dǎo)線附近的苛性堿便開始熔融，并且熔得越來越快。你想那小小堿塊哪能經(jīng)得起這數(shù)百個電池的電流的通過，一會便滲出滴滴眼淚，亮晶晶像水銀珠，一滴一滴往下淌。有的剛一流出就啪的一聲裂開，爆發(fā)出一陣美麗的淡紫色火焰，隨即便消失得無影無蹤，而有的“珠子”僥幸保存下來，卻又很快失去了光澤，表面蒙上了一層白膜。戴維看到這里突然離開了實驗臺，就地轉(zhuǎn)了一個漂亮的舞步，如醉如狂地大跳起來，他邊跳邊拍著巴掌，嘴里念道：“真好，好極了！戴維，你勝利了，戴維，你真行啊?！彼@樣瘋瘋顛顛地在實驗室里轉(zhuǎn)了幾個圈子，帶倒了三角架，打落了燒杯、試管等，大約有五六分鐘他才勉強(qiáng)使自己鎮(zhèn)靜下來，忙喊道：“拔掉，拔掉導(dǎo)線，埃德蒙得，不必要了，我們找到了，成功了！”戴維確實成功了，他電解出來的那亮晶晶的珠子就是金屬鉀，接著他又用同樣的方法電解出了金屬鈉。

42作報告的日期到了。這些天來戴維已經(jīng)疲勞到了極點，而且身上還時冷時熱。但他懷著極興奮的心情支撐著走上了講臺。講演前，皇家學(xué)院的報告廳里早已水泄不通。那些上流社會的爵士、貴婦們其實根本不懂什么是科學(xué)，然而化學(xué)表演，就像魔術(shù)一般能滿足他們的好奇心。這天，戴維不負(fù)眾望，將自己這些日子辛苦制得的一小塊金屬鉀泡在一個煤油瓶里，向人們介紹

43說：“這是三天前世界上剛發(fā)現(xiàn)的新元素。我給它起名叫鍋灰素（英國人叫苛性鉀是鍋灰）。它是金屬，然而性格卻真怪，既柔軟又暴烈，身體還特別輕，入水不沉，見火就著?！贝骶S說著就用小刀伸進(jìn)煤油瓶里輕輕一劃就割下一塊鉀來，然后把它挑出來放進(jìn)一個盛滿水的玻璃盆里。這時鉀塊立即帶著咝咝的呼嘯聲在水面上像著了魔似的亂竄，接著一聲爆響，發(fā)出一團(tuán)淡紫色的火焰，接著聲音越來越小，體積越來越小，慢慢消失在水里，無影無蹤世上哪有這樣的金屬？臺下的人簡直看呆了，大家都凝神屏息看著這種奇特的新元素突然出現(xiàn)又突然消失。也許那玻璃盆里一會兒還會出現(xiàn)什么新東西，他們看到戴維伏首在桌上也不說話，頭都抵住盆沿了，全場一片肅靜。然而等了一會兒，盆里什么也沒有，主講人也不說話。突然有誰喊了一句：“戴維先生怎么了？”這下提醒了人們，前排幾個人立即跳上臺去，將戴維扶起。一碰他的雙手，早冷得像冰一般，人們狂呼著：“快送醫(yī)院！快送戴維去醫(yī)院！”送到醫(yī)院以后，經(jīng)過盡力搶救，才保住了生命，然而已元氣大傷。因而沒過幾年，他就因身體欠佳被迫離開了皇家研究院。元素周期表在門捷列夫那寬大的寫字臺的玻璃板下面，放著一張寫滿了化學(xué)元素符號的表。這就是他的法寶，是他經(jīng)過多年辛勤勞動得到的一個既能總結(jié)過去，又能預(yù)示將來的法寶——元素周期表?，F(xiàn)在，元素周期表早已為人們熟悉了，化學(xué)和物理學(xué)教科書里，各種手冊里，甚至連常用的小字典里都印著它。在這里我們先把元素周期表作一些簡單的介紹。大家一定很熟悉劇場和電影院的坐次表吧。那是一張按劇場坐位畫出來的表。如果你拿到一張電影票，只要看看那張表，不用走進(jìn)電影院，就能知道自己坐在哪兒，因為那張表上，把每個號碼的位置都畫出來了。周期表就是化學(xué)元素的“坐次表”。每個元素該坐在哪一行，哪一列，表上都寫得清清楚楚。下面的這張表就是現(xiàn)在常見的一種元素周期表。為了讓初學(xué)的人容易了解，我們簡化了它的內(nèi)容。初見到這張表的人常常會產(chǎn)生這樣的問題：為什么要把這張表叫做元素周期表呢？在我們周圍的世界中，存在著形形色色、各不相同的許多種類的物體。這多種多樣的物體，都是由為數(shù)不多的一些元素的原子所構(gòu)成。到目前為止，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的元素（包括人造元素）一共只有107種。由同一種元素的原子組成的物質(zhì)，叫做單質(zhì)，例如，金、銀就都是單質(zhì)，因為它們分別由同一種金元素和同一種銀元素的原子所組成。氧氣、氫氣也

44都是單質(zhì)，它們分別由氧元素和氫元素的原子組成為氧氣和氫氣的分子。由不同元素的原子互相化合而成的物質(zhì)，叫做化合物。例如，我們每天都離不開的食鹽和水，就都是化合物，食鹽是由鈉元素的原子同氯元素的原子互相化合而成的；水是由氫元素的原子同氧元素的原子互相化合而成的。把這100多種化學(xué)元素，按照它們的原子核所帶的電荷的多少（即原子序數(shù)），依次

45排列起來，這些元素以及由它們所組成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)，就表現(xiàn)出有規(guī)則的變化，并且，經(jīng)過一定的間隔，就重復(fù)出現(xiàn)這種有規(guī)則的變化。例如，從第3號元素鋰到第10號元素氖，這8個元素的單質(zhì)，由典型的金屬鋰，經(jīng)過金屬性較弱的鈹，過渡到非金屬硼和碳，再經(jīng)過非金屬性越來越強(qiáng)的氮和氧，到典型的非金屬氟，然后經(jīng)過惰性氣體氖便又出現(xiàn)了典型金屬鈉。從第11號元素鈉，到第18號元素氬，又重復(fù)出現(xiàn)了上面的這種有規(guī)則的變化，依次出現(xiàn)典型的金屬、金屬性較弱的元素、非金屬、非金屬性較強(qiáng)的元素、典型的非金屬，最后出現(xiàn)另一個惰性氣體氬。類似這種周而復(fù)始的變化，共達(dá)7次之多。這種類似性質(zhì)的元素之間的間隔，便叫做周期。因此，人們把這種元素以及由它們所組成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)，隨著原子序數(shù)的增大而周期地改變的規(guī)律，叫做元素周期律。根據(jù)元素周期律，人們把107種元素按周期和族類列表排出，以便于學(xué)習(xí)和應(yīng)用。這種表就叫做元素周期表。在周期表里，我們把橫排叫做周期?，F(xiàn)在周期表里，共有7個橫排，就是有7個周期?？v行叫做族，就是家族的意思；族里面還有主族和副族之分。現(xiàn)在的周期表里共有8個主族，它們是第1到7主族和零族。還有8個副族，它們是第1到第7副族以及第8族。表的左側(cè)標(biāo)出的阿拉伯?dāng)?shù)字，代表周期的次序；表的上方的羅馬數(shù)字代表族的次序；羅馬數(shù)字右邊的字母A代表主族，B代表副族。以前混亂的、互相間好像毫無聯(lián)系的各種元素，在周期表里都整整齊齊地排好了隊。它們排列得就像少先隊員們排隊時那樣整齊，橫看橫成列，豎看豎是行。不過，少先隊員是按個子高矮，而元素排隊是按它們的核電荷數(shù)的多少（門捷列夫當(dāng)時是按原子量的大?。﹣砼帕械?。由于元素周期表是根據(jù)元素周期律排列出來的，因而在每一個橫排也就是同一個周期里的元素的性質(zhì)，從左到右呈現(xiàn)出有現(xiàn)則的變化；每一豎行也就是同一族里的元素，都具有相似的性質(zhì)，并且這種性質(zhì)依照從上到下的次序也呈現(xiàn)出逐步增強(qiáng)或者減弱的趨勢。通常人們都用元素的金屬性和非金屬性來表示這些規(guī)律。什么是元素的金屬性和非金屬性呢？一種物質(zhì)如果像金、銀那樣閃閃發(fā)亮，人們就說它有金屬光澤。金屬光澤就是一種金屬性。通常所說的金屬性還有傳熱、導(dǎo)電等等。不過這類性質(zhì)都不牽涉到物質(zhì)成分的改變。所以它們都屬于物質(zhì)的物理性質(zhì)。物質(zhì)的金屬性的更重要的表現(xiàn)，還在于它們的化學(xué)性質(zhì)，也就是物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的時候所表現(xiàn)出來的性質(zhì)。一個典型的金屬能和氧、和非金屬、和酸等物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。一般衡量一個元素的金屬性是強(qiáng)還是弱，是看它的最高氧化物和水起反應(yīng)所生成的化合物堿性是強(qiáng)還是弱。一個元素的最高氧化物的水化物如果呈堿性，那么，這個元素就呈現(xiàn)金屬性，堿性越強(qiáng)，元素的金屬性也越強(qiáng)。

46比如說鈉元素吧，它除了具有金屬光澤，能傳熱導(dǎo)電，并能和氧、非金屬、酸等物質(zhì)起反應(yīng)外，它的氧化物也就是氧化鈉，能和水反應(yīng)生成氫氧化鈉。氫氧化鈉是一個很強(qiáng)的堿（俗稱火堿），因此，鈉就被認(rèn)為是一個金屬性很強(qiáng)的元素。同樣的道理，一個元素的非金屬性，也是用類似的方法去判斷的。不過，標(biāo)準(zhǔn)正好和前面說的相反，是看它的最高氧化物水化物的酸性如何了。一個

47元素氧化物的水化物酸性越強(qiáng)，就說明它的非金屬性越強(qiáng)。例如硫元素，它的最高氧化物（三氧化硫）的水化物是硫酸。硫酸是著名的三大強(qiáng)酸之一，因此，硫是一個具有較強(qiáng)的非金屬性的元素。在元素周期表里，元素的金屬性和非金屬性表現(xiàn)出明顯的有規(guī)則的變化：在同一周期里，元素的金屬性隨著原子序數(shù)的增加而減弱，元素的非金屬性隨著原子序數(shù)的增加而加強(qiáng)。比如，拿第2周期來說：ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦAO鈉鎂鋁硅磷硫氯氬鈉元素的氧化物的水化物——氫氧化鈉，是一個著名的強(qiáng)堿。鎂元素的氧化物的水化物——氫氧化鎂，是一個中等強(qiáng)度的堿，比氫氧化鈉要弱得多。鋁元素的氧化物的水化物——氫氧化鋁則是一個典型的兩性化合物，它既同酸發(fā)生反應(yīng)表現(xiàn)出堿性，又能同強(qiáng)堿發(fā)生反應(yīng)表現(xiàn)出酸性。硅元素的氧化物的水化物——硅酸，是一個極弱酸。磷元素的最高氧化物的水化物——磷酸，是一個中強(qiáng)酸，比硅酸的酸性要強(qiáng)得多。硫元素的最高氧化物的水化物——硫酸，已經(jīng)是一個著名的強(qiáng)酸了。氯元素的最高氧化物的水化物——高氯酸，是無機(jī)酸中最強(qiáng)的酸。同一個主族里的元素，具有相似的性質(zhì)。比如，第1主族的元素，除氫元素外，都是余屬性很強(qiáng)的元素，它們的氧化物的水化物都是強(qiáng)堿，所以，人們又把它們叫做堿金屬。第7主族的元素，都是非金屬性很強(qiáng)的元素，它們的最高氧化物的水化物都是強(qiáng)酸。在同一主族里面，隨著原子序數(shù)的遞增，元素的金屬性增強(qiáng)，非金屬性減弱。比如，在第3主族里，最上邊的元素硼的非金屬性較強(qiáng)，它的氧化物水化物是一個弱酸，就是平常眼科醫(yī)生給病人洗眼用的硼酸。硼下邊的元素鋁，已經(jīng)說過是一個兩性元素，既具有明顯的金屬性，也有一定的非金屬性。而這一家族的最下邊的成員鉈，就具有較強(qiáng)的金屬性，它的最高氧化物的水化物已經(jīng)是一個典型的堿，而不具有酸性了。在元素周期表里，元素的化合價，也就是一種元素的原了，能和他種元素的原子相結(jié)合的數(shù)目，也表現(xiàn)出有規(guī)則的變化。不只是金屬性、非全屬性和化合價，元素的幾乎所有性質(zhì)，在同一周期和同一族里，都是按順序逐漸變化的。這種情況，在我們常用遞變這個詞來表示。不過，當(dāng)年在門捷列夫初次排出周期表的時候，那張表還不像現(xiàn)在這么完整。因為，當(dāng)時人們只知道63種元素，許多元素還沒有被發(fā)現(xiàn)，所以在門捷列夫排周期表的時候，曾經(jīng)碰到了許多困難。要不是他對科學(xué)的信仰，要

48不是他有堅強(qiáng)的毅力，要不是他具有非凡的預(yù)見，要從當(dāng)時那些雜亂無章的元素知識中找到這樣的規(guī)律，并排列出這張表來，實在是不可能的。發(fā)現(xiàn)分子通常情況下的氣體，沒有顏色，沒有氣味，看不見、摸不著，氣體里面

49的微粒，才是真正的分子。有什么事實來證明這一論點是正確的呢？這還得從化學(xué)的發(fā)展談起。波義耳，是英國的化學(xué)家，同時也是一位物理學(xué)家。他研究了氣體體積和壓強(qiáng)的關(guān)系，并于1660年公布了有名的波義耳定律。100多年后，法國物理學(xué)家查理，又研究了氣體體積和溫度的關(guān)系。于1787年提出了有名的查理定理，這兩個定律雖然只說明了氣體的物理性質(zhì)，但卻為人們從化學(xué)變化中，去研究氣體體積的變化規(guī)律創(chuàng)造了條件。1808年，法國的化學(xué)家蓋—呂薩克，在研究氣體跟氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，得出了氣體體積發(fā)生變化的規(guī)律。他發(fā)現(xiàn)參加反應(yīng)的各種氣體，彼此的體積（在一定壓強(qiáng)和溫度條件下）成簡單整數(shù)比。這是他通過許多實驗事實證明而得出這一結(jié)論的。在蓋—呂薩克提出他的氣體反應(yīng)定律之前，英國的化學(xué)家道爾頓剛剛宣布了原子論。但是，如果根據(jù)道爾頓當(dāng)時的原子論，卻無法解釋蓋—呂薩克的氣體反應(yīng)定律。因此，當(dāng)時他們這兩種觀點曾引起了一場爭論，直到建立了分子的概念，弄清楚了原子跟分子的聯(lián)系和區(qū)別之后，這場爭論才結(jié)束。他們兩種觀點發(fā)生爭論的焦點在什么地萬呢？首先要明確的幾個問題是：第一，波義耳和查理的定律，適用于任何氣體。這個事實可以設(shè)想為：在同溫同壓下，任何氣體的體積相同時，所包含有的微粒數(shù)相同。第二，蓋—呂薩克的氣體反應(yīng)定律，也同樣適用于任何氣體。這一事我們可以設(shè)想成：參加反應(yīng)的氣體微粒數(shù)之間，呈簡單的整數(shù)比。但是以上的設(shè)想產(chǎn)生了這樣一些矛盾。首先按照道爾頓的說法，氫氣、氧氣和氣體中的微粒是簡單原子，即一個微粒只是一個原子，并且道爾頓認(rèn)為原子是不可分的。那末，就解釋不了2體積氫氣正好和1體積氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成2體積的水蒸汽這一事實；也就是說2個氫微粒跟1個氧微?；?，能生成2個水微粒，那么必然每個水微粒中只有半個氧微粒。道爾頓認(rèn)為氧微粒（即氧原子）是不能分成兩半的。然而事實上氧微粒（即氧原子）確是分開了。其次，道爾頓堅持氧微粒（他以為是原子其實是分子）是不可分的，那就只能認(rèn)為2個體積氫氣中的微粒數(shù)和1體積氧氣中的微粒數(shù)相等，即2個氫微粒和2個氧微粒化合，生成2個水微粒。那么，這種體積相等的氣體中，在同溫同壓條件下所含微粒數(shù)不一定相等的說法，不僅毫無根據(jù)，并且跟波義耳、查理兩人的定律格格不入。蓋—呂薩克經(jīng)過推理認(rèn)為：不同的氣體在同樣的體積（指在同溫、同壓條件下）中，所含的原子（不是前面所說的那種微粒）數(shù)，彼此應(yīng)該有簡單的整數(shù)比?，F(xiàn)在來看，這一推理是正確的，而道爾頓認(rèn)為微粒（分子）數(shù)可以是整數(shù)比，甚至不成比例，更不會一定相等的看法是錯誤的?？上г诋?dāng)時那場爭論中蓋—呂薩克未能再進(jìn)一步建立起分子的概念，而道爾頓也一直認(rèn)為水分子是一個氫原子和一個氧原子結(jié)合成的復(fù)雜原子。因而道爾頓的原子論中，是把原子和分子混為一談了。道爾頓原子論的

50總體思想，對當(dāng)時化學(xué)的發(fā)展，具有重大的積極意義，然而其中也摻雜了一些機(jī)械的主觀的東西。1811年，意大利的物理學(xué)家阿佛加德羅，參與了上述問題的討論。他精心的研究了道爾頓和蓋—呂薩克兩人的全部資料，經(jīng)過了認(rèn)真的思考后巧妙的構(gòu)思出了一個周到的設(shè)想，在道爾頓和蓋—呂薩克兩人的爭論分歧之間，

51架起了一座橋梁，這便是分了，和原子不同的真正的分子。阿佛加德羅所設(shè)想的分子，特別是單質(zhì)的分子，可以由不同數(shù)目的同種原子組成。他認(rèn)為氫氣、氧氣等單質(zhì)分子中，各有兩個原子。這樣一來，蓋—呂薩克的氣體反應(yīng)定律，就能得到很好的解釋了。這可以用下列方程式來說明：2體積氫氣+1體積氧氣=2體積水蒸汽2nH2+1nO2=2nH2O2H2+O2=2H2O用我們現(xiàn)有的化學(xué)知識，便很容易理解上面的三層關(guān)系，既能層層互相聯(lián)系，各自又很合理。如果第三個式子是2H+O=2H2O或2H+2O=2HO那么都是說不通的。阿佛加德羅提到的分子，是從道爾頓的原子理論中分化出來的。這種分子的概念，是阿佛加德羅根據(jù)宏觀實驗現(xiàn)象所做出的假想。是阿佛加德羅從困境中解救了道爾頓，然而道爾頓卻不相信阿佛加德羅的說法。作為原子論發(fā)起人的道爾頓，堅持認(rèn)為同種的原子必然互相排斥，不能結(jié)合成分子，否定H2、O2的存在，從根本上拒絕了阿佛加德羅的一片好心。阿佛加德羅提出的分子假說，根本就是對的，但由于遭到別人的反對。自己卻又提不出更有力的事實來作為旁證。加上當(dāng)時化學(xué)學(xué)術(shù)界，還沒有統(tǒng)一的原子量，也沒有固定的化學(xué)反應(yīng)式，很多認(rèn)識比較片面，思想混亂。所有這些，都使得阿佛加德羅的學(xué)說遭受冷遇竟達(dá)50多年之久。直到1860年，在一次國際性的化學(xué)會議上，人們還在為分子假說爭論不休，毫無結(jié)果而散會時，阿佛加德羅的學(xué)生意大利物理學(xué)家康尼查羅，散發(fā)了他的關(guān)于論證分子學(xué)說的小冊子?？的岵榱_在小冊子的文章中，重新提到了他的老師的假說，用充分的論據(jù)明確指出：“近來化學(xué)領(lǐng)域所取得的進(jìn)展，已經(jīng)證實阿佛加德羅、安培和杜馬的假說，即等體積的氣體中，無論是單質(zhì)或是化合物，都含有相同數(shù)目的分子，但它絕不是含有相同數(shù)目的原子。阿佛加德羅和安培的學(xué)說必須充分加以利用?！保ò才嗪投篷R也曾有跟阿佛加德羅近似的設(shè)想）康尼查羅的論文條理清楚，呈述嚴(yán)謹(jǐn)，他的要求和分析很快得到了化學(xué)界的贊許和承認(rèn)。近代的原子——分子的統(tǒng)一理論，終于在19世紀(jì)的60年代得以確立。氣體都是以分子狀態(tài)存在的，化合物的分子都是由幾種不同的原子構(gòu)成的。并且在同溫同壓下，相同體積的氣體所含原子數(shù)也不一定相同，然而所含的分子數(shù)卻是肯定相同的，都是6.02×1023個，后人將這個數(shù)叫阿伏伽德羅常數(shù)。在原子和宏觀物質(zhì)之間由于有了分子這一概念的過渡，許多化學(xué)反應(yīng)便都很好解釋了。這在化學(xué)史上是一大突破。所以恩格斯指出化學(xué)的新時代是從原子論開始的，“近代化學(xué)之父不是拉瓦錫，而是道爾頓。”

52惰性氣體天文學(xué)家讓遜和洛克爾在觀察日食時從太陽光譜中發(fā)現(xiàn)了一種新譜線，給物理學(xué)家出了一個難題，很長一段時間誰也無法解釋清楚。人們只好猜測

53太陽里可能有一種新元素，于是就把它定名為“氦”（希臘文太陽之意）。1892年，洛克爾突然收到一封信，信中提出一個無法解釋的疑問，洛克爾就干脆把它發(fā)表在自己主辦的《自然》雜志上：“今有一事特向貴刊和貴刊的讀者求教。我最近多次用兩種方法制取氮氣，但它們的密度卻總不一樣。既然是同一物質(zhì)為什么會有兩種密度呢？瑞利1892年9月24日”瑞利（1842～1919年）是誰呢？他是劍橋大學(xué)的教授，他有極好的耐心，因而他就選擇了一個極需耐心的研究題目，便是測量各種氣體的密度（密度是指1升氣體在0℃和一個大氣壓下的質(zhì)量）而他的實驗室里也有一架當(dāng)時極好的天平，其靈敏度可達(dá)到萬分之一克。他制成了一個大玻璃球，然后用真空空泵將球內(nèi)空氣抽空，再稱出球重，算出體積，然后充進(jìn)各種氣體，稱出凈量后，求出密度。這是一種重復(fù)枯燥的事，他卻能不厭其煩。每種氣體都要稱幾次，并且氣體每次都是以不同的方法制得，如果測量的結(jié)果都一致了，他這才放心。他就這樣對著那個玻璃球，抽了又充，充了又稱，稱了再算，從1882年開始一直干了整整10年。這工作雖然枯燥繁瑣，然而那些氣體在他的手中卻都有了一個精確的密度，心情倒也十分愉快。不想有一次，瑞利這個辦法卻再也不靈了。他在測氮氣密度時，第一個辦法是讓空氣通過燒得紅熱的裝滿銅屑的管子，氧與銅生成氧化銅，那么剩下的就是氮氣，密度為每升1.2572克。第二個辦法便是讓氧氣通過濃氨水，生成水和氮氣，這種氮氣的密度為每升重1.2560克，比空氣中的氮輕了0.0062克。瑞利百思不得其解，便向《自然》雜志寫了以上那封信。信發(fā)表后，瑞利一面盼著回音，一面不停地重復(fù)這個實驗。但他的信在雜志上公布了二年之久，竟沒有收到一封回信。瑞利實在等得不耐煩了，便帶上他的儀器直奔皇家學(xué)會。1894年11月19日，他向許多化學(xué)家、物理學(xué)家當(dāng)面作了一個關(guān)于“兩種氮氣”的報告。這一招還真靈，報告剛完，便有一個化學(xué)家拉姆賽（1852～1916年）自告奮勇提出幫忙，他說：“兩年前我看到你那封信還沒有弄懂其意，今天我才明白，你從空氣中得到的氮氣一定含有雜質(zhì)，因此密度會稍大?！边@時瑞利恍然大悟：雜質(zhì)不就是未發(fā)現(xiàn)的新物質(zhì)嗎？瞬間，蒙在心頭的愁云早已化成了眉梢的笑意。瑞利正喜不自禁，有一個叫杜瓦的物理學(xué)家又走上前來告訴他說：“老兄，這個問題卡文迪許（1731～1810年）早在100年前就曾提出過，我建議您去查找他留下來的筆記，對您或許有幫助?！比鹄F(xiàn)在正是在卡文迪許實驗室工作，而那些舊筆記就鎖在他身邊的柜子里。他一聽這話更是喜上加喜，連忙收拾東西回劍橋去了?？ㄎ牡显S是科學(xué)史上的一個怪人。他出身于貴族家庭，很有錢，然而他卻一不做官，二不經(jīng)商，三不交際。他把錢都用來買科學(xué)儀器和圖書。他還建了一個很像樣子的私人圖書館，任何人都可以來借書，但是一定要按時歸還，就是他自己看書也要先打個借條，辦個手續(xù)。他的穿戴全是上個世紀(jì)的打扮，因此一出門就有許多小孩跟在后面，又叫又笑。他一輩子沒有結(jié)過婚，不知是缺根什么神經(jīng)，他從心里厭惡女人，家里雇著女仆，卻又規(guī)定不許與

54他見面。每天早晨，他將吩咐女仆辦的事寫在紙上，然后放在固定地方。吃飯時女仆便先擺好飯菜退出餐廳，他再進(jìn)來用餐。等他離開后，才允許女仆進(jìn)來收拾碗筷。一天，他在樓梯上與女仆偶然相遇，竟然氣得發(fā)抖，返身找到管家，吩咐再造一個樓梯，男女各行其道。他思維怪異，一生的發(fā)現(xiàn)有很多，比如：第一個從水中電解出氫、氧，并測出比例；第一個測出地球的密

55度等等。然而他卻極少公開發(fā)表，寧肯讓這么多成果掩藏在塵封的筆記本里。直到他死后50年，麥克斯韋因受命籌建卡文迪許實驗室，才十分吃力地將這些“天書”一本本地整理以后發(fā)表。瑞利趕回劍橋后，一進(jìn)實驗室便開箱啟柜，抱出那一堆紙色變黃的筆記，終于在皇家學(xué)會1784年至1785年的年報中找見卡文迪許的一篇《關(guān)于空氣的實驗》，而在其筆記中還看到了更為詳細(xì)的實驗記錄。原來這個怪人想出了這樣一個怪辦法，他將一個U形管的兩頭浸在兩個裝有水銀的酒杯里，架起一個天橋，再用當(dāng)時還比較原始的摩擦起電機(jī)從兩頭通電，U形管中的氧氣和氮氣便在電火花一閃時化合成紅色的二氧化氮，接著又滴進(jìn)一種特殊溶液將其吸收，再通氧，再化合，如此反復(fù)多次?？ㄎ牡显S和他的助手們輪流搖動發(fā)電機(jī)，整整搖了三個星期，最后在彎管中還剩下一個很小的氣泡，任你怎樣通電，它也再無絲毫的表示?？ㄎ牡显S當(dāng)時便斷定，空氣中的氮氣（當(dāng)時叫濁氣）決不是單一物質(zhì)，一定還包含有一種不與氧化合的氣體，而且他還算出了這種氣體不會超過全部空氣的1/120。啊，原來如此。瑞利看過卡文迪許的筆記本后，喜得手直發(fā)癢，立即架起儀器，重做這個109年前的氣泡試驗。由于他現(xiàn)在有了最新的設(shè)備，這氣泡很快就得到了。他又將此事通知拉姆賽，拉姆賽用其他方法也獲得了同樣的氣泡?？磥?，這東西肯定是一種還未發(fā)現(xiàn)的元素，并且有可能就是洛克爾和讓遜在太陽上發(fā)現(xiàn)的那個氦?，F(xiàn)在可用得上基爾霍夫發(fā)明的那個雪茄煙盒子照妖鏡了。他們興沖沖地取來分光鏡，誰知不照猶可，一照心里涼了半截。原來瑞利以為這回他一定找到了那個已有26年沒有發(fā)現(xiàn)得了的氦，卻不想分光鏡里的光譜卻又是另外的一種，因此渾身涼了半截。但是當(dāng)他再仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)這譜線是橙、綠兩條，和其他已有元素也對不上號，心情不禁又激動起來。他沒有抓住“氦”，卻無意中發(fā)現(xiàn)了另一種新元素。瑞利便給它起了個新名字叫“氬”，這個字在希臘文里是不活動的意思。同時拉姆賽在倫敦也找到了氬。這是1894年8月的事。瑞利和拉姆賽找見氬的消息在外界傳出后，一位化學(xué)家給拉姆賽寫信說，釔鈾礦和硫酸反應(yīng)會生成一種氣泡，這種氣體不能助燃，也不能自燃，說不定就是你的氬。拉姆賽連忙進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)這種氣體的光譜竟和氬又是不同。他實在想不出這又是一種什么新玩藝兒，便連同裝著新氣體的玻璃管和分光鏡一起送到當(dāng)時最權(quán)威的光譜專家克魯克斯處，請他鑒定。1895年3月23日，拉姆賽正在實驗室里工作，突然收到一份電報：“你送來的氣體，原來就是氦氣——克魯克斯?！闭媸窍氩坏阶穼ち?7年的氦，倒這樣輕易地被找到了。然而拉姆賽脾氣很倔犟，他總覺得氦這樣躲躲藏藏地和他作對，雖然找到了也不痛快。并且，氦既然不輕易和其他元素結(jié)合，那么它一定能獨立存在于空氣中，因此他決心要在空氣中直接找到氦。他知道氦、氬都有惰性，不易通過化學(xué)反應(yīng)將他們分離，因此他換了一個物理的辦法，便是將空氣冷

56凝到零下192℃，使之變?yōu)橐后w，然后根據(jù)它們蒸發(fā)的先后次序不同，再將他們一一分離開去。這天上課了，拉姆賽教授走進(jìn)課堂，便在桌上放了一個特制的杯狀大器皿。里面裝的是冷凝成液態(tài)的空氣。學(xué)生們從沒有見過空氣會像水一樣盛在杯子里。因而都瞪大眼睛看教授要做些什么，這時拉坶賽拿起一個小橡皮球

57在器皿里浸了浸，再往地上一扔，球沒有像往常那樣蹦起來，卻嚓啦一聲跌個粉碎。學(xué)生們驚得一個個眼睛溜圓。教授卻不慌不忙，又往一只裝滿水銀的試管里插進(jìn)一根鐵絲，連試管一起往器皿里一泡，再抓住鐵絲往外一拉，竟拉出一根水銀“冰棍”，拉姆賽又拿起一顆釘子，用這根冰棍，當(dāng)當(dāng)幾下，就將釘子釘?shù)綁?，這時教室里又響起一片笑聲。然而不等笑聲消失，教授又從口袋里掏出一塊面包，當(dāng)大家還沒有看清是怎么一回事，面包卻早在器皿里打了一個滾，又撈了上來。拉姆賽說：“快將窗簾拉上！”只見室內(nèi)一暗，這面包竟發(fā)出天藍(lán)色的光。這時學(xué)生們卻有點急了。那寶貴的液態(tài)空氣越蒸發(fā)越少了，難道花那么多錢就為今天變一陣魔術(shù)嗎？不想，拉姆賽干脆宣布實驗結(jié)束，大家回家吃午飯。他將那杯液態(tài)空氣大敞著口，鎖上門，揚長而去。原來拉姆賽早就有了主意。他想氦一定比氧、氮蒸發(fā)得慢，那么最后留在器皿底下慢慢來收拾也不會跑掉。到下午，拉姆賽將器皿底下那點已不多的空氣經(jīng)過除氧、除氮處理后，收得一個小小的氣泡，然后再用分光鏡一照，氦沒有找見，卻又出現(xiàn)了一種新譜線——這一定又是一種新元素了。真是陰差陽錯。拉姆賽把這種新元素取名為“氪”（希臘文隱藏的意思）。這天是1898年5月24日。沒有找見氦，拉姆賽并不氣餒。他想，沒有留在最后就說明已先蒸發(fā)走了。這次他學(xué)聰明了，將液態(tài)空氣一點點蒸發(fā)分餾，然后逐次抽樣，再用分光鏡檢查。他首先找出一種新元素便把它定名為“氖”（希臘文“新”之意），然后終于找見了那個最難尋的氦，接著在1898年7月12日又找見了“氖”（希臘文“陌生”之意）。就這樣拉姆賽用分餾法加光譜法，在不到半年內(nèi)就連續(xù)發(fā)現(xiàn)了3種不易為人看到的惰性元素。到此為止，那個氦已經(jīng)讓人發(fā)現(xiàn)過3次了。第一次在太陽光譜里，第二次在釔鈾礦里，第三次在空氣里。因為找它，卻又牽出了一串惰性元素。后來拉姆賽說：“尋找氦讓我想到了老教授找眼鏡的笑話。他拼命地在地下找，桌子上找，報紙下面找，找來找去，眼鏡就在自己的額頭上。氦被我們找了一大圈，原來他就在空氣里?！边@些惰性氣體是一個家族，由于它們在空氣中的含量很少，因此也稱為稀有氣體。原子序數(shù)就是質(zhì)子數(shù)原子結(jié)構(gòu)的秘密被人們初步揭開以后，不少科學(xué)家都在考慮這樣一個問題：元素的原子結(jié)構(gòu)同它在周期表里的座位有沒有什么關(guān)系？一位年輕的英國物理學(xué)家莫斯萊，首先在這個問題上做出了重大的貢獻(xiàn)。在莫斯萊以前，有的科學(xué)家已經(jīng)注意到，用不同的元素做成的X射線管中的靶子（對陰級），發(fā)射出來的X

58射線的穿透能力是不同的，原子量越大的元素，發(fā)出的X射線的穿透能力越強(qiáng)。這種具有特殊穿透能力的X射線被叫做特征X射線。1913年到1914年間，莫斯萊系統(tǒng)地研究了各種元素的特征X射線。他借助于一種叫做亞鐵氰化鉀的晶體，攝取了多種元素的X射線譜。他發(fā)現(xiàn)，隨著元素在周期表中的排列順序依次增大，相應(yīng)的特征X射線的波長有規(guī)則地依次減小。莫斯萊根據(jù)實驗的結(jié)果認(rèn)為，元素在周期表中是按照原子序數(shù)

59而不是按照原子量的大小排列的，原子序數(shù)等于原子的核電荷數(shù)。原子序數(shù)原來就是原子核里的核電荷數(shù)！莫斯萊的這個發(fā)現(xiàn)，第一次把元素在周期表里的座位和原子結(jié)構(gòu)科學(xué)地聯(lián)系在一起了。這個發(fā)現(xiàn)，給科學(xué)家們展現(xiàn)了一個廣闊的研究領(lǐng)域?？上У氖?，這位勤奮而又有才能的青年科學(xué)家，竟然在27歲的時候，就犧牲在第一次世界大戰(zhàn)的戰(zhàn)場上了。后來，在發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子以后，人們終于認(rèn)識到，決定一個元素在周期表中的位置的，只是它的原子核中的質(zhì)子數(shù)。例如，氫元素的原子核里只有1個質(zhì)子，核電荷數(shù)是l，所以它必然就排在周期表里的第1位。碳元素的原子核里有6個質(zhì)子，核電荷數(shù)是6，因此它就應(yīng)該排在周期表里的第6位。而鉀元素的原子核里共有19個質(zhì)子，核電荷數(shù)是19，當(dāng)然它就是周期表里的第19號元素了。反過來也一樣，周期表里第幾位上的元素，原子核里一定有幾個質(zhì)子。例如，氯是周期表里的第17號元素，它的原子核里也就有17個質(zhì)子，核電荷數(shù)自然也就是17?？梢哉f，有了這個發(fā)現(xiàn)，就解開了周期表當(dāng)中幾個長期叫人困惑的謎！第1個被解開的謎，就是那個讓人大傷腦筋的問題——氫和氦之間還能不能再有新元素。根據(jù)這個發(fā)現(xiàn)，人們知道氫原子核里只有1個質(zhì)子，應(yīng)該排在周期表里的第1位，而氦原子核里有2個質(zhì)子，當(dāng)然應(yīng)該占據(jù)第2位，雖然在周期表上它們的中間隔著好大一塊空地，可是質(zhì)子數(shù)在1和2之間的原子，可以肯定不會再有了。第2個被解開的謎，就是幾對元素的順序倒置問題。前面已經(jīng)說過，門捷列夫在發(fā)現(xiàn)元素周期律的時候，是按照元素的原子量大小的順序編排元素的。按照當(dāng)時大多數(shù)化學(xué)家測定的數(shù)值，鈷的原子量是59，鎳的原子量是58.7；碲的原子量是128，碘的原子量是127。按照原子量大小的順序，鎳應(yīng)當(dāng)排在鈷的前面，碘應(yīng)當(dāng)排在碲的前面?？墒?，按照同族元素應(yīng)該具有相似的性質(zhì)這個規(guī)律（拿化合價來說，碲的最高價為+6價，應(yīng)當(dāng)同硫、硒等排在一族；碘的最高價為+7價，應(yīng)當(dāng)同氯、溴等排在一族），他們排列的次序就應(yīng)該顛倒過來。后來，還有氬（39.9）排在鉀（39.1）的前面和釷（232）排在鏷（231）的前面這兩個原子量的順序顛倒的問題。不過，當(dāng)年門捷列夫?qū)τ谠氐男再|(zhì)隨著原子量的增大而發(fā)生周期性的變化這一點是深信不疑的，他始終認(rèn)為一定是人們把鉆和鎳、碲和碘、氬和鉀的原子量測定錯了。所以，在他自己排的周期表中仍然是把鈷放在鎳的前面，把碲放在碘的前面，把氬放在鉀的前面。他在生前一直在期待著化學(xué)家給鉀、鎳和碘增大原子量，或者給氬、鈷和碲減小原子量。但是，它們的原子量確實是氬大于鉀，鈷大于鎳，碲大于碘。所以，多少年來，這個所謂的順序倒置問題就成了一個不解之謎。

60現(xiàn)在，莫斯萊等人的新的發(fā)現(xiàn)，一下子就解決了這個難題：元素在周期表中應(yīng)該按照它的原子序數(shù)，也就是按照原子核中質(zhì)子數(shù)的順序來排列，而不應(yīng)當(dāng)按照原子量的大小來排列。鉀原子核里的質(zhì)子數(shù)恰好比氬多1、碘比碲多1，鎳又比鉆多1。所以，氬和鉀、碲和碘、鈷和鎳的順序完全是正確的，并不存在什么顛倒問題。不過，這個問題總讓人覺得沒有徹底解決。因為絕大多數(shù)的元素都隨著原子序數(shù)的增大，隨著質(zhì)子數(shù)的增多，原子量也相應(yīng)地增大。只有這幾對元

61素的原子量沒有按照這個順序增大，反而是原子量大的排在了前面，原子量小的排在了后面，這是為什么？后來弄清楚了，這個問題的關(guān)鍵也是在原子核里。原來，同一種元素的原子核里面具有相同數(shù)目的質(zhì)子，也就是具有相同的核電荷數(shù)，核外的電子數(shù)目和它們的分布狀況當(dāng)然也完全相同，因而就具有相同的化學(xué)性質(zhì)。而不同元素的質(zhì)子數(shù)一定不同，核電荷數(shù)和核外電子數(shù)也一定不同，它們的化學(xué)性質(zhì)也就不同了。因此，在化學(xué)上給元素下的定義是：含有相同質(zhì)子數(shù)目的一類原子的總稱?？墒?，對于原子核的進(jìn)一步研究卻發(fā)現(xiàn)，同一種元素的的原子里，質(zhì)子數(shù)雖然一樣多，但中子的數(shù)目卻不完全相同。拿氫元素來說吧，它所有的原子里，都只有1個質(zhì)子，可中子數(shù)卻不一樣。有的氫原子里根本沒有中子，有的氫原子里有1個中子，還有的氫原子里竟然有兩個中子！這3種氫原子的化學(xué)性質(zhì)幾乎完全一樣，很難區(qū)別。就好像一胎生下來的3個孿生兄弟——三胞胎，長的一模一樣。中子數(shù)不同的氫原子就是原子世界中的三胞胎。原子也有多胞胎！原子里的多胞胎，質(zhì)子數(shù)完全一樣，屬于同一種元素，在周期表上當(dāng)然占據(jù)同一個位置，因此，人們也把它們叫做同位素。同一種元素的幾個同位素雖然化學(xué)性質(zhì)相同，但在物理性質(zhì)上卻不完全相同。比如，它們的原子質(zhì)量就一定各不相同。那些在原子核中含中子多的原子，原子質(zhì)量就大些，含中子少的原子，原子質(zhì)量就要小些。在氫的同位素中，不含中子的稱為氫—1，含有1個中子的稱為氫—2，含兩個中子的稱為氫—3。這就好像三胞胎的媽媽把她的孩子們叫成老大、老二、老三一樣。當(dāng)然，這是小名。它們除了小名以外，還各有各的大名。氫—1叫做氕，氫—2叫做氘，氫—3叫做氚。氕、氘、氚雖然各自的原子質(zhì)量不同，但它們的化學(xué)性質(zhì)幾乎完全相同。在自然界里，它們也都混在一起，難分難解。所以，平時我們所測出來的氫的原子量，就是這3種原子質(zhì)量的平均值?，F(xiàn)在已經(jīng)知道，絕大多數(shù)的元素都有兩種或兩種以上的同位素。因此，絕大多數(shù)元素的原子量，都是它的各種同位素的原子質(zhì)量的平均值。自然界的各種元素，一般來說，質(zhì)子數(shù)大的，原子量也比較大；質(zhì)子數(shù)少的，原子量也比較小。所以，在周期表中，大多數(shù)元素都是隨著質(zhì)子數(shù)的增大，原子量也同時增大?？墒牵械脑?，雖然質(zhì)子數(shù)較小，但是在自然界，它的幾個同位素中較重的同位素占的比例大，因而幾種同位素的原子質(zhì)量的平均值（就是這種元素的原子量）也就要大些。而有的元素雖然質(zhì)子數(shù)比較大，但由于較重的同位素占的比例小，結(jié)果這種元素的原子量反倒要小一些了。拿氬和鉀這一對元素來說，氬的質(zhì)子數(shù)（18）要比鉀的質(zhì)子數(shù)（19）小，但是在自然界中，它的重同位素占的比例大——氬-40占

6299.60％，它的原子質(zhì)量為39.96個原子質(zhì)量單位（u），氬-38占0.06％，它的原子質(zhì)量為37.96％（u），氬-36占0.34％，它的原子質(zhì)量為35.97（u）。很容易計算，氬的原子量應(yīng)該是：39.96×99.60+37.96×0.96+3597.×34=39.95100

63鉀的質(zhì)子數(shù)雖然較大，但它的重同位素占的比例小——鉀-41占6.88％，它的原子質(zhì)量為40.96（u），鉀-40占0.01％，它的原子質(zhì)量為39.96（u），鉀-39占93.08％，它的原子質(zhì)量為38.96（u）。所以，鉀的原子量就是：4096.×688.+39.96×001.+38.96×9308.=3910.100這樣一來，從原子量看，在周期表中排在后面的鉀反倒比排在前面的氬要小，這就是曾經(jīng)在一個相當(dāng)長的時期里解釋不了的順序倒置問題。在同位素被發(fā)現(xiàn)以后，特別是在原子核的質(zhì)子中子結(jié)構(gòu)被闡明以后，這個問題就很容易理解了。鈷和鎳、碲和碘、釷和鏷的倒置問題，也都是由于同樣的原因造成的。這個謎終于被徹底解開了！探究電子排布的秘密人們在研究原子核的同時，也對核外的電子進(jìn)行了研究。知道了核電荷數(shù)，也就是知道了核外電子數(shù)，因為這兩者總是相等的。但是這些電子在原子核外的狀態(tài)是怎樣的呢？它們是怎樣分布的，怎樣運動的呢？這還是一個秘密。從大量的科學(xué)實驗的結(jié)果中，人們知道了，電子永遠(yuǎn)以極高的速度在原子核外運動著。高速運動著的電子，在核外是分布在不同的層次里的。我們把這些層次叫做能層或電子層。能量較大的電子，處于離核較遠(yuǎn)的能層中；而能量較小的電子，則處于離核較近的能層中。人們還發(fā)現(xiàn)，電子總是先去占領(lǐng)那些能量最低的能層，只有能量低的能層占滿了以后，才去占領(lǐng)能量較高的一層，等這一層占滿了之后，才又去占領(lǐng)更高的一層。第1層，也就是離核最近的一層，最多只能放得下兩個電子。第2層最多能放8個電子。第3層最多能放得下18個電子，而第4層放的更多，最多能放32個電子，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的電子層共有7層。不過，當(dāng)人們對很多原子的電子層進(jìn)行了研究以后發(fā)現(xiàn)，原子里的電子排布情況，還有一個規(guī)律，這就是：最外層里總不會超過8個電子。當(dāng)人們把研究原子結(jié)構(gòu)，特別是研究原子核外電子排布的結(jié)果同元素周期表對照著加以考察的時候，發(fā)現(xiàn)這種電子的排布竟然和周期表有著內(nèi)在的聯(lián)系。為了說明的簡便，我們只拿周期表中的主族元素同它們的核外電子排布情形對照著看一看。先從橫排——周期來看：在第一周期中，氫原子的核外只有1個電子，這個電子處于能量最低的

64第一能層上。氦原子的核外有兩個電子，都處于第一能層上。由于第一能層最多只能容納兩個電子，所以，到了氦第1能層就已經(jīng)填滿。第一周期也只有這兩個元素。在第二周期中，從鋰到氖共有8個元素。它們的核外電子數(shù)從3增加到11。電子排布的情況是：除了第一能層都填滿了兩個電子而外，出現(xiàn)了一個新的能層——第二能層；并且從鋰到氖依次在第二能層中有1～8個電子。到

65了氖第二能層填滿，第二周期也恰好結(jié)束。在第三周期中，同第二周期的情形相類似。除了第1、2兩個能層全都填滿了電子外，電子排布到第三能層上，并且從鈉到氬依次增加1個電子。到了氬，第三周期完了，最外電子層也達(dá)到滿員——8個電子。再從豎行——族來看：第一主族的7個元素——氫、鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁的最外能層都只有1個電子，所不同的只是它們的核外電子數(shù)和電子分布的層數(shù)。氫的核外只有1個電子，當(dāng)然也只能占據(jù)在第1能層上；鋰有兩個能層，并且在第2能層上有1個電子；鈉有3個能層，并在第三能層上有1個電子；鈁有7個能層，并且在第三能層上有1個電子。由于在化學(xué)反應(yīng)中，原子核是不起任何變化的，一般的情況下，只是最外層電子起變化。第一主族由于最外層都只有一個電子，因而它們表現(xiàn)出相似的化學(xué)性質(zhì)，這當(dāng)然就是很自然的事情了。完全類似，第二主族各元素的最外能層都有兩個電子，第三主族各元素的最外能層都有3個電子。當(dāng)初，門捷列夫曾經(jīng)在他自己編寫的化學(xué)教科書《化學(xué)原理》中，用下面這句話來說明他發(fā)現(xiàn)的元素周期律：元素以及由它形成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)周期地隨著它們的原子量而改變。后來，由于物理學(xué)上一系列新的發(fā)現(xiàn)，人們對元素同期律得到了新的認(rèn)識，元素以及由它形成的單質(zhì)和化合物的性質(zhì)周期地隨著原子序數(shù)（核電荷數(shù)）而改變。最后，在弄清了原子核外電于排布的規(guī)律以后，人們對元素周期律和元素周期表的認(rèn)識就更加深入了?，F(xiàn)在，人們可以從理論上來解釋元素周期律了。原來，隨著核電荷數(shù)的增加，核外電子數(shù)也在相應(yīng)地增加；而隨著核外電子數(shù)的增加，就會一層一層地重復(fù)出現(xiàn)相似的電子排布的過程。這就是元素性質(zhì)隨原子序數(shù)的增加而呈現(xiàn)周期性變化的原因。如今，人們不僅知道一個元素所在的周期數(shù)就是它的核外電子排布的能層數(shù)，主族元素的族數(shù)就是它最外層的電子數(shù)，而且也能解釋元素的化合價為什么也隨著原子序數(shù)的增加而出現(xiàn)周期性的變化。就連為什么同一周期的各個元素，從左到右金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強(qiáng)，為什么同一周期的各個元素，從上到下金屬性逐漸增強(qiáng)，非金屬性逐漸減弱這一類的問題，也能夠得到令人滿意的解答了。原子結(jié)構(gòu)的知識像一把鑰匙，打開了元素周期表里的秘密之鎖，使它進(jìn)入了電子時代。破譯化學(xué)密碼早在周期表發(fā)展的初期，化學(xué)密碼的破譯就在預(yù)言和尋找新元素的工作中發(fā)揮了驚人的威力。

6620世紀(jì)以來，科學(xué)家們甚至根據(jù)科學(xué)和生產(chǎn)上的需要，直接根據(jù)元素周期表，也就是那些化學(xué)密碼進(jìn)行了不少成功的工作。這里舉幾個真實的例子講一講。1925年以前，由于電氣工業(yè)的迅速發(fā)展，很需要一種金屬作特殊燈絲材料，這種新金屬應(yīng)該比鎢更優(yōu)良才好?？茖W(xué)家按照這種金屬應(yīng)該具有的性質(zhì)，

67推測出了它在周期表上應(yīng)該“坐”的位置，就是和鎢處在鄰居地位的第75號那個未知元素。人們又返過來用這個位置上的密碼推測了可能發(fā)現(xiàn)它的途徑和方法，終于在1925年找到了它。這就是金屬元素錸。錸是在1925年幾乎同時被兩組科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。前一組是3位德國科學(xué)家，他們注意到在鉑礦和一種叫鈮鐵礦的礦石中存在著72～74號元素及76～79號元素。根據(jù)元素周期律，他們判斷，未知的75號元素可能會在其中存在。經(jīng)過長時間的工作，錸的確被他們在這些礦石中發(fā)現(xiàn)了。新元素的名稱就是以德國著名的河流萊茵河的名字命名的。另一組從事尋找75號元素的，是幾位捷克斯洛伐克科學(xué)家。他們根據(jù)同族元素性質(zhì)相似這個規(guī)律推斷，含有錳的礦物，也會含有錸。而且由于性質(zhì)上的相似，錳和錸必然很難分離，這就有可能使錳的化合物中常常帶有微量的錸。于是，他們采用一種當(dāng)時新發(fā)明的用來測定微量物質(zhì)的方法——極譜分析法分析了許多種錳礦，終于找到了錸的蹤跡，并分離出了錸。周期表上的密碼，不僅可以用來發(fā)現(xiàn)新的元素，也可以用來尋找新的化合物。在這方面，一個很好的例子，就是新的冷凍劑的發(fā)現(xiàn)。早期致冷機(jī)中常用的冷凍劑是氨和二氧化硫等物質(zhì)。它們因為有強(qiáng)烈的刺激性臭味和較為嚴(yán)重的毒性，并且對于冷凍機(jī)械有強(qiáng)烈的腐蝕性，早就不受人們的歡迎了?？墒?，新的憐凍劑又該從哪兒去尋找呢？為了尋找新的冷凍劑，人們也來請周期表幫忙了。人們已經(jīng)知道，同一周期里的元素，非金屬性越強(qiáng)，它的氣態(tài)化合物的穩(wěn)定性也會越大。而在同一主族中，卻是非金屬性越強(qiáng)，化合物的毒性越小。根據(jù)這種規(guī)律，科學(xué)家們展開了用氟化物作為冷凍劑的研究。因為氟在第2周期中是最強(qiáng)的非金屬，所以它的氣態(tài)化合物是穩(wěn)定的，它在第7主族中是非金屬性最強(qiáng)的，因此毒性應(yīng)該是最小的，或者說，氟化物應(yīng)該是最理想的冷凍劑。根據(jù)這個推測，人們很快就發(fā)現(xiàn)了一個理想的含氟冷凍劑——氟利昂，學(xué)名叫二氟二氯甲烷。試驗表明，它既穩(wěn)定而又無毒性，同時，冷凍效率又很高。這個發(fā)現(xiàn)給工業(yè)上解決了一個大難題。同族元素具有相似性質(zhì)這個規(guī)律，在許多科學(xué)部門里發(fā)揮了作用。例如，人們在尋找新的藥物時，它幫了大忙。人們早就知道砷化合物是一種毒劑，常用的毒藥砒霜就是三氧化二砷。但是，砷的化合物也有不少缺點。人們需要尋找一些新的毒劑來代替它，以便能更有效地殺滅對人類有害的動物和昆蟲。應(yīng)該到哪里去尋找新的毒劑呢？從周期表上看，和砷處于同一主族的元素，上有磷，下有銻，它們的化合物也應(yīng)該具有毒性而又和砷化物不完全相同。對含磷化合物和含銻化合物的研究，使人們得到了一批又一批全新的農(nóng)藥。在礦物的勘探上，周期表也大有用處。地質(zhì)學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，性質(zhì)相似的金屬，往往藏在同一種礦物中，例如銅礦

68中常常含有銀和金，鋇鹽礦物中也常常是既有鍶也有鈣銅、銀、金、鈣、鍶、鋇，不都是同族元素嗎！這個事實啟發(fā)了地質(zhì)學(xué)家，他們想到，對于那些稀有的和難于找到的金屬，首先應(yīng)該看看它們在周期表中的位置，看看它們的同族元素以及在鄰近的位置上是些什么元素。如果這些元素的礦物中，有些是富礦或是容易得到的礦物，那就應(yīng)該仔細(xì)查查這些礦物，說不定那些難于找到的稀有金屬就藏在這些礦物當(dāng)中呢！應(yīng)用這

69種方法，地質(zhì)學(xué)家們曾不止一次地找到了他們要尋找的稀有金屬。還有，在發(fā)展無線電電子學(xué)方面，周期表也曾建立過卓著的功勛。人們就是在周期表上從鋁到砹那一條斜線上，找到了一個又一個介于金屬和非金屬之間的兩性元素，它們都是良好的半導(dǎo)體。不僅如此，周期表還幫助人們發(fā)展了新的學(xué)科。例如，具有重要軍事意義的有機(jī)硅化學(xué)，就是在同族元素性能相似這個規(guī)律啟發(fā)下，以含碳有機(jī)物為“模板”發(fā)展起來的。應(yīng)用周期表在各門學(xué)科中解決難題的事例，應(yīng)用周期表發(fā)展了新學(xué)科的事例，還有很多很多，在這里就不再一一列舉了。月亮元素貝采利烏斯是瑞典著名化學(xué)家。他一生中發(fā)現(xiàn)了硒、釷等化學(xué)元素，并測定了43種元素的原子量，提出了現(xiàn)代原子符號，并且第一次排列了當(dāng)時已經(jīng)知道的元素的原子量表。在距斯德哥爾摩西北約60公里的地方，有一個叫法龍鎮(zhèn)的地方。法龍鎮(zhèn)是瑞典歷史悠久的一個礦區(qū)。它從13世紀(jì)起就是一座重要的銅礦，同時還有黃鐵礦的開采。瑞典的一些重要的硫酸工廠，都從這里獲取黃鐵礦的原料。1817年，化學(xué)家貝采利烏斯曾參加了一家硫酸工廠的經(jīng)營。這家工廠所用的原料就是來自法龍鎮(zhèn)的黃鐵礦。工廠的老板畢尤格林先生發(fā)現(xiàn)，利用法龍鎮(zhèn)的黃鐵礦所得的硫磺，在制取硫酸過程中，總會在鉛室的底部凝結(jié)有紅色粉末狀物質(zhì)：如果改用別處的硫磺為原料，在鉛室的底部就沒有這種現(xiàn)象發(fā)生。后來，畢尤格林就找了幾位化學(xué)家一起去研究探討這一現(xiàn)象。他們認(rèn)為，在鉛室底部沉積的物質(zhì)中，可能含有砷。畢尤格林害怕燒灼砷會造成毒害事故，因此就不再采用法龍鎮(zhèn)出產(chǎn)的黃鐵礦了。貝采利烏斯以一個化學(xué)家所特有的敏感，預(yù)見到這里面一定有在科學(xué)上值得探討的內(nèi)容。于是，他放棄了正在寫的一冊化學(xué)教程的工作，立即轉(zhuǎn)入到分析這“紅色物質(zhì)”的工作中來。他首先燃燒了250千克法龍鎮(zhèn)出產(chǎn)的黃鐵礦，便得到了一定數(shù)量的硫磺。所沉淀的紅色粉末，卻只有3克左右。他仔細(xì)地分析了這3克物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其中最主要的成分仍然是硫磺。貝采利烏斯把燃燒后的灰燼收集起來，再將它用試管加熱。哎呀！這是什么味道？一股腐敗蔬菜的臭味，直沖鼻子。貝采利烏斯被嗆得有點受不了，頭也痛起來了。他馬上打開了實驗室的窗戶，苦苦地思索著。在他所熟悉的物質(zhì)中，哪種元素燃燒后的味道是這樣的呢？難道這正是“地球”？貝采利烏斯在激動之余立即揮筆寫信給在英國的好友——倫敦的馬塞特博士。告訴對方，被德國化學(xué)家克拉普羅茲命名為“地球”（拉丁文愿意）的元素碲也在這里發(fā)現(xiàn)了。信剛剛寄出去，他卻又疑惑起來了。紅色粉末燃燒的氣味雖與克拉普羅茲實驗時發(fā)現(xiàn)的氣味相同，但并沒有分離出碲的單質(zhì)

70來。怎么能肯定里面一定是碲呢？于是，他開始深深地責(zé)備自己的不慎重。下一步的工作應(yīng)該是找到碲單質(zhì)，“以便對這種物質(zhì)有一個較準(zhǔn)確的概念”。于是，貝采利烏斯便把鉛室底部所沉積的紅色粉末全部取出來，不厭其煩地進(jìn)行了反復(fù)實驗。經(jīng)過多次認(rèn)真分析、比較，認(rèn)為這發(fā)出臭味的果然不是碲，而是一種從未被人們所認(rèn)識的新的元素。1818年2月6日，貝采利烏

71斯寫了一封信給馬塞特博士，在信中他糾正了前次信中的錯誤，并把自己的新發(fā)現(xiàn)告訴給這位英國化學(xué)家?！澳軌蚍懦鲆环N特殊臭味的那種物質(zhì)，據(jù)我審慎研究之后得出結(jié)論，它是一種不溶于水的棕色物質(zhì)是一種具有燃燒性的單質(zhì)，以前無人發(fā)現(xiàn)過，因此我特命名為Selenium（硒）。此字系由Selene（月亮）變化而來，以表示此種物質(zhì)與碲的性質(zhì)相似。硒的化學(xué)性質(zhì)，介于硫與碲之間；如再仔細(xì)加以比較，則與硫相近之點比碲更多些。”自硒這個元素問世之后，很快就在人類生產(chǎn)和生活上發(fā)揮出它的重要作用。在城市馬路的十字路口，都安裝有指揮車輛行駛的紅綠燈。而所謂“紅燈”，就是在無色成分的玻璃里加一定量的硒制成的。在一些高大建筑物如博物館、劇場的頂端也常常安裝含有硒的玻璃制著的五角星，夜間看去，它像寶石似的閃閃發(fā)光。另外，硒對光非常敏感，在充足陽光的照射下，它的導(dǎo)電效能要比黑暗時大1000多倍！科學(xué)家就利用硒對光敏感的特殊功能，制成了光敏電阻、光電管、光電池等，用在自動控制、電視等技術(shù)上。硒的半導(dǎo)體功能更不能忽視，用它做成的用于無線電檢波和整流的硒整流器，具有耐高溫、電穩(wěn)定性好，輕巧，能經(jīng)受超負(fù)荷等優(yōu)點。硒還被應(yīng)用于橡膠工業(yè)、染料工業(yè)方面。貝采利烏斯為我們找到了一種多么重要的元素??！在這位化學(xué)家的一生中，除了發(fā)現(xiàn)月亮元素硒之外，還在他那間廚房兼“實驗室”中，先后發(fā)現(xiàn)了硅、釷、鈰、鋯等4種元素。一個化學(xué)家，在他一生中能做出這樣多的貢獻(xiàn)，這在化學(xué)史上也是很少見的。后人為了紀(jì)念他為人類所做出的成就，在他的墓地建立了大理石的墓碑，并且把他在瓦浮松達(dá)的舊居重新進(jìn)行修整，按原樣保存下來，以供后人瞻仰。鋰鹽治病鋰雖然是一種人們不太熟悉的元素，然而它卻普遍地存在于地殼之中，幾乎在所有的火成巖中都能找到鋰鹽的痕跡，在許多礦泉水中也都含有鋰鹽。早在鋰元素發(fā)現(xiàn)以前（1817年由阿爾費德森發(fā)現(xiàn)），含鋰鹽的礦泉水具有治病的作用就已經(jīng)為人們所認(rèn)識。近代，鋰鹽在醫(yī)療上的應(yīng)用也有了較大的發(fā)展，一個比較突出的例子就是碳酸鋰（Li2CO3）可以用來治療某些精神性疾病——癲狂癥和精神壓抑癥。患有這種精神失調(diào)癥的病人往往過分興奮和過分壓抑（交替發(fā)生），并且這種病在開始時往往沒有任何發(fā)病的征兆。一位澳大利亞的精神病學(xué)家卡特便是第一位試驗利用鋰的化合物來控制這種精神病的醫(yī)生，卡特還匯編了一些醫(yī)學(xué)科學(xué)上的難題，并指出鋰的化合物在醫(yī)學(xué)界的應(yīng)用可能達(dá)到一個全盛的時期。當(dāng)時，人們便已經(jīng)知道用鋰鹽制成的藥片可以用來減輕痛風(fēng)病。1944

72年卡特又發(fā)現(xiàn)，從某些英國的水井中取出來的水有助于治療精神病，經(jīng)過化驗發(fā)現(xiàn)，這些井水中恰恰含有鋰的化合物。在尋找癲狂癥——精神壓抑證病因的過程中，卡特發(fā)現(xiàn)，由于甲狀腺的過分活化或者過分不活化，則會引起這種精神失調(diào)癥；在對患者進(jìn)行臨床觀察時，卡特曾推測，有一種存在于尿中的物質(zhì)可能是造成癲狂癥和精神壓抑癥的主要原因。于是他就將某些癲狂病人的尿的試樣有控制地注射到豬（醫(yī)

73學(xué)上的試驗動物）的腹腔中去，結(jié)果發(fā)現(xiàn)豬果然中毒了。他猜測這種毒性分子可能就是尿酸。然而當(dāng)卡特進(jìn)一步想用尿酸做試驗時卻碰到了具體的困難，因為尿酸在水中的溶解度低（每15000克水中只能溶解1克尿酸），于是他又考慮用尿酸鹽來代替，其中尿酸鋰的溶解度比較大（在380克水中就能溶解1克尿酸鋰，是尿酸溶解度的40倍）。當(dāng)給試驗過的豬注射尿酸鋰溶液以后，卡特出乎意外的發(fā)現(xiàn)這種試驗動物中毒性現(xiàn)象大大減低。這就說明鋰離子可以抵御尿酸所產(chǎn)生的毒性。于是卡特進(jìn)一步用碳酸鋰代替尿酸鋰，試驗取得了更好的效果，這便有力的證明了鋰鹽具有治療癲狂癥和精神壓抑癥的作用。當(dāng)用大量的0.5％碳酸鋰水溶液對試驗用豬進(jìn)行注射后，這種試驗動物大略經(jīng)過2小時的潛伏期以后，變得非常的無生氣且感覺遲鈍。只有當(dāng)再用其他的藥物對它刺激1～2小時后，這些試驗用豬才恢復(fù)了正常的活力。1948年后，卡特便開始把他的成果應(yīng)用于臨床試驗，即用碳酸鋰來治療到他那兒就醫(yī)的、有限的、比較合適的病人。在取得成功的那些病例中，有一個也是最引人注目的例子。這位患者已經(jīng)51歲，他處在慢性的癲狂性的興奮狀態(tài)足足已有5年。他不肯休息一下，有時還要胡鬧和搗亂，經(jīng)常妨礙別人休息，因而成為被長期監(jiān)護(hù)的對象。但是這位患者經(jīng)過卡特醫(yī)生三周的鋰化合物的治療以后，便開始安定下來，并且很快成為恢復(fù)期的病人。在以后，他又經(jīng)過一段時間的觀察，并繼續(xù)服用了兩個月的鋰藥劑，就完全康復(fù)了，并且很快地回到了原來的工作崗位。自從1949年以來，許多科普和技術(shù)性刊物對卡特的工作給予了高度的評價，認(rèn)為鋰鹽療法可能幫助10萬的患者從癲狂——精神壓抑癥的痛苦中解脫出來。并且很多制藥工廠也相繼生產(chǎn)出了碳酸鋰。從卡特的研究取得成功后，一直到今天為止，鋰鹽已經(jīng)廣泛地被用來治療精神失調(diào)癥，雖然鋰的作用機(jī)理還有待于進(jìn)一步探討研究，但是它的治病效果卻是肯定可靠的，并且也是非常驚人的。卡特的工作成果是十分寶貴的，因為他僅僅是用了一種簡單的無機(jī)化合物，便能控制住難治的精神失調(diào)癥，這在歷史上也是一個奇跡。從一個小氣泡說起科學(xué)家都有許多優(yōu)秀的品質(zhì)，明晰的洞察力，敏銳的思考秉性，是他們成功的要素之一。因此，科學(xué)家從來不會放過任何蛛絲馬跡，一定要尋根究底，弄它個水落石出。現(xiàn)在我們來說一個關(guān)于小氣泡的故事。18世紀(jì)，有一個英國人，他叫卡文迪許，是一位特別擅長研究氣體的化學(xué)家。他曾詳細(xì)的研究過氫氣，并采用排水銀集氣法收集和研究了二氧化碳。他還研究了氫氣和氧氣化合的體積比，并確認(rèn)大約2體積氫氣和1體積氧氣

74化合，生成物只有水等等。他的這些實驗成果和研究的結(jié)論，都為發(fā)現(xiàn)氫是一種元素，否定水是一種單質(zhì)及推翻當(dāng)時的偽學(xué)說“燃素說”，提供了科學(xué)根據(jù)。既然卡文迪許成天跟氣體打交道，他必然也要拿空氣、氮氣（比確認(rèn)氫氣晚6年，比確認(rèn)氧氣早6年的時間確認(rèn)的）等氣體做實驗。一次，卡文迪許利用放電的方法研究氫氣、氧氣和空氣。結(jié)果，他發(fā)現(xiàn)了用空氣做實驗時，

75當(dāng)其中的氫氣、氧氣和氮氣（未被確定前叫“濁氣”）及二氧化碳無可懷疑的都被消耗完了時，總會剩下一個小氣泡，它的體積小得不足原有空氣體積的1/120?？ㄎ牡显S和他的助手，當(dāng)時做這個實驗是十分艱苦的，由于他們用的是手搖靜電起電機(jī)（不是現(xiàn)今的發(fā)電機(jī)），搖一陣子才能有一次火花放電，就在這一條件下，一次實驗要不斷的用手搖，經(jīng)過20多天，方有結(jié)果。為了證實的確最后會剩留下一個小氣泡，僅有一輪實驗是不足為憑的。科學(xué)家就是那樣的認(rèn)真，絕不放過那一丁點的蛛絲馬跡。我們現(xiàn)在知道，空氣中所含的不足百分之一的氣體，是稀有氣體（氬、氖、氦、氪、氙）。可惜的是，那時卡文迪許還沒有從燃素說的影響中解脫出來，認(rèn)為那是不同于“濁氣”（氮氣）的另一種“濁氣”?？ㄎ牡显S本人還有一個怪脾氣，就是非常不擅于在社交活動中跟人交談，幾乎整天呆在實驗室里。就這樣，他不僅能把實驗做得很精確，而且實驗的記錄都寫得詳細(xì)，但卻很少發(fā)表。他拿不準(zhǔn)的事（諸如那個小氣泡）更不會輕易的公開了?？ㄎ牡显S的實驗記錄，是他死后50多年，由別人整理發(fā)表的，這個小氣泡的問題（它到底是什么？）也就被積壓到100多年后的公元1894年，才又引起了人們的注意。稀有氣體在空氣中的含量實在太少了，它的性質(zhì)又是那樣的特別，要讓從來不知有其物的人發(fā)現(xiàn)它，真是一件難以開始事。后來又是由于一點蛛絲馬跡，才讓人又想起了卡文迪許的發(fā)現(xiàn)。這還是從研究氣體（包括空氣）舊事重提的。19世紀(jì)，繼任劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室主任的英國物理學(xué)家瑞利，決定重新測定各種氣體的密度，前后用了10多年的時間。由于他工作十分認(rèn)真，加之有比過去更為精密的實驗儀器，很多數(shù)據(jù)，經(jīng)他之手而得到修正。瑞利測定的氣體樣品，總是每種都從各種途徑來制取，分別提純，分別測定，直到結(jié)果完全一致，才確認(rèn)是可取的數(shù)據(jù)。瑞利測定氮氣密度時，一種方法是從空氣中提取氮氣。他用化學(xué)方法除掉了空氣中的氧氣、二氧化碳等氣體后，剩下的氣體（氮氣）密度是每升1.2572克。另一種方法是用氨氣（NH3）分解（實際做法是氧化去氫）制氮氣，但這一氮氣的密度是每升1.2508克。兩個數(shù)據(jù)相差只有0.0064克。幾次重做，結(jié)果都是如此。瑞利在這只有千分之五的微小差別面前，從頭檢查實驗過程，確認(rèn)無誤，又用化學(xué)方法測定兩種來源不同的氮氣，并沒有發(fā)現(xiàn)其中含有雜質(zhì)。盡管瑞利對此百思不得其解，但他仍不放過這一問題，他寫信給一家科學(xué)雜志社，介紹了實驗情況，征求讀者的解答，又在英國皇家學(xué)會的一次會議上，宣讀了他的實驗報告。這種事情，放在常人眼前，會被看作微不足道的，而瑞利卻如此嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真，終于在科學(xué)上有了重大的發(fā)現(xiàn)。

761984年，就在瑞利宣讀了實驗報告后，蘇格蘭的化學(xué)家萊姆塞，以過人的想象力告知瑞利說，這種由空氣而得到的氮氣里，一定含有一種未知的密度較大的氣體。與此同時，他們又從別人那里得到了一個重要線索，那就是100多年前卡文迪許發(fā)現(xiàn)了的小氣泡。很快他們找出了卡文迪許的實驗記錄，瑞利照著做了，沒用多久，果然

77得到了卡文迪許所說的那個小氣泡。萊姆塞則用赤熱鎂粉吸收氮氣的方法，也從空氣中得到一種密度是氫氣的19.086倍的氣體。他們堅信，這是一種新的特殊氣體，在各種條件下，跟所有金屬、非金屬都不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由此可以肯定它是一種元素，是跟以往所發(fā)現(xiàn)的元素不同，不是金屬也不是非金屬的新元素。1894年的8月13日，他們在英國的科學(xué)城牛津召開的自然科學(xué)家代表大會上，正式宣布發(fā)現(xiàn)了一種奇怪的新元素并由大會公認(rèn)給這種氣體元素起了個名字，叫做“遲鈍者”，用中文漢語音譯叫“氬”。其實1894年所發(fā)現(xiàn)的氬氣，并不是純凈的氬氣，而是五種稀有氣體元素氦、氖、氬、氪、氙的混和物，只是其中氬的含量最多，它占空氣中全部稀有氣體體積的99.74％。后來，萊姆塞的助手在萊姆塞的指導(dǎo)和委托下，終于又從空氣中發(fā)現(xiàn)了另外四種稀有氣體元素。堿金屬名稱的由來幾乎所有的金屬都有氫氧化物，金屬的氫氧化物，在化學(xué)上都叫做堿，它是無機(jī)化合物中一個重要的物種，叫做堿類。古時候，曾一度把所有堿性的物質(zhì)都叫做堿。我國遠(yuǎn)古時代，人們在生活和生產(chǎn)實踐中，早就使用有堿性的物質(zhì)來進(jìn)行一些特殊的反應(yīng)了，如給陶瓷制品上釉，配料時多用生石灰，跟瓷土調(diào)成漿后，實為氧化鈣的生石灰會跟水反應(yīng)生成氫氧化鈣，干后燒成時，氫氧化鈣在高溫下分解為氧化鈣的同時，就跟瓷土中的二氧化硅反應(yīng)生成熔點較低的硅酸鈣，它冷卻后便形成光滑不透水的釉。這就是利用氧化鈣這一種堿性氧化物的堿性，跟二氧化硅這一酸性氧化物的酸性，從而能夠化合生成鹽（硅酸鈣）的關(guān)系來造釉的，只是他們在做時，頭腦里還沒有酸和堿的概念。我國古人用堿雖早，而認(rèn)識堿較晚。大概在東漢末代，約為公元200年，已有一本叫做《神農(nóng)本草經(jīng)》的書上，就寫有一種名為“鹵堿”的藥物。但時隔300多年后，南北朝時的大藥物學(xué)家陶弘景，還不知道它是什么，又過了1000多年，明朝的大藥物學(xué)家李時珍才解釋說，由鹽堿土浸出的汁液，經(jīng)熬濃析鹽后，冷下來鹵水中會出現(xiàn)凝結(jié)如石的東西，就是鹵堿。根據(jù)現(xiàn)在推測，它可能是氯化鎂，碳酸鈉等。堿字在我國古代有多種寫法，從字的偏旁可知，它是出于鹵、土、石，而狀如石的物質(zhì)，近年來才統(tǒng)一用堿字表示，它的內(nèi)容也由原來泛指堿性物質(zhì)改為專指化學(xué)上的堿了。在西歐早些時候，也是把所有的堿性物質(zhì)泛指為堿，后來又把堿性物質(zhì)分為溫和堿、苛性堿，并掌握了由溫和堿（即碳酸鉀、鈉）制苛性堿（即氫氧化鉀、鈉）的方法。直到公元1754年，由英國化學(xué)家布拉克通過實驗，探明了溫和堿、苛性堿和二氧化碳的關(guān)系后，仍然沒有弄清這兩種堿的化學(xué)成

78分。甚至當(dāng)時的化學(xué)大師還把苛性堿當(dāng)成金屬氧化物，他就是英國的化學(xué)家拉瓦錫。他的根據(jù)是這些物質(zhì)都有跟酸能反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)，既然其中的某些物質(zhì)和氧化汞（當(dāng)時另有一個名稱）會分解成汞和氧氣，那末其他物質(zhì)雖然當(dāng)時無法能夠分解，也必然是含有一種金屬和氧了。拉瓦錫在他的看法沒有得到改變之前就死了，另一位英國化學(xué)家戴維接受了拉瓦錫的觀點，并想用實驗的方法來加以證實。這時正好是意大利物理

79學(xué)家伏打發(fā)明電池（由銅片鋅片和稀硫酸組成的簡單電池）后不久，已有人用電流電解水獲得成功，戴維就想用電流去分解苛性鉀，開始他電解了它的水溶液，結(jié)果只在陰陽電極上產(chǎn)生氫氣和氧氣，他意識到這是水被電解了，便改用加熱使苛性鉀熔化后電解的方法，他終于得到了金屬鉀，不久又用同樣的方法制出了金屬鈉。鉀、鈉都是在1807年發(fā)現(xiàn)的。10年后，瑞典的化學(xué)家阿爾費德森研究一種礦石時，發(fā)現(xiàn)其中含有一種類似于鉀、鈉的元素，就想把它制成金屬，但沒有成功。戴維得知這一消息后，用了極強(qiáng)大的電流，才制出極少一點金屬，后來它被起名叫“石頭中的隱士”（大意），漢語的音譯名稱叫“鋰”，直到1855年有人（德人本生和馬提生）用熔融的氯化鋰電解，才得到了較多的金屬鋰，方有條件來研究它的性質(zhì)。1859年，本生和另一位德國物理學(xué)家基爾霍夫發(fā)明了分光鏡，人們開始用它來尋找未知元素，本生就用了這臺儀器，于1860年發(fā)現(xiàn)了元素銫，數(shù)月之后又發(fā)現(xiàn)了元素銣。用分光鏡看銫在火焰光中線條是藍(lán)色，銣的光亮線條是深紅色，就分別用“色如藍(lán)天”和“紅色超群”的意思來命名，中文完全是音譯，“銫”、“銣”兩字，就再也看不出它們藍(lán)、紅的特色來了。鋰、鈉、鉀、銣、銫五種性質(zhì)相似的金屬元素，前后用了50多年的時間，都被相繼的發(fā)現(xiàn)了。它們的化學(xué)性質(zhì)極為相似，它們的原子量一個比一個大，化學(xué)活動性一個比一個強(qiáng)，以及根據(jù)原子量大小和性質(zhì)上的差別，跟別的元素進(jìn)行對比，都給科學(xué)家為元素的分類，提供了極有價值的材料。1829年，德國人德貝萊納首先對元素原子量和化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行研究，從當(dāng)時已知的54種元素中，找出了性質(zhì)相似的元素組，每組包括有3種元素，而在這3種元素中位置在中間的元素的原子量，差不多是前后兩元素原子量的平均值，而化學(xué)活潑性也正好位于兩者之間。他就以氧原子量為100做標(biāo)準(zhǔn)，列出了鋰、鈉、鉀三者的這一關(guān)系是：Li=95.310Na=290.897K=489.916（Li+K）/2=（95.310+489.916）/2=292.631≈Na）后來，又有人找出多種元素的原子量和元素性質(zhì)的關(guān)系。直到1869年，俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)表了他所編制的第一張元素周期律表里，就把鋰、鈉、鉀、銣、銫排在一行中了。這種元素分類系統(tǒng)表，幾經(jīng)補充和修改，成了舉世皆知的元素周期表，鋰、鈉、鉀、銣、銫、位居其中的第一個縱行，最下面又加上一種放射性元素飭，這六種元素，除了化學(xué)性質(zhì)一個比一個更活潑外，它們的氫氧化物都是易溶于水，苛性最強(qiáng)的堿，所以把它們統(tǒng)稱為堿金屬，而對元素周期表來說，這一縱行的名稱叫做堿金屬元素族。有發(fā)現(xiàn)才有發(fā)展科學(xué)家都是對其身邊的事物和現(xiàn)象十分注意和敏感并有所發(fā)現(xiàn)的人，他們又是勤于思考善于分析的人?？茖W(xué)是客觀存在的，經(jīng)過人們的發(fā)現(xiàn)、思考

80和分析，才能成為人類文明的象征，給社會帶來物質(zhì)的和精神的財富。下面我們就來說說有關(guān)化合價的故事?；瘜W(xué)上在建立了原子、分子和原子量的初步概念之后，隨即在測定物質(zhì)組成的實驗基礎(chǔ)上，確立了大量化合物的化學(xué)式。即便是當(dāng)時的實驗手段粗陋，原子量的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，寫出化學(xué)式有不少是錯的?？茖W(xué)家們就注意到化

81合物中各元素原子間，相互結(jié)合的數(shù)目，存在某些有趣的關(guān)系。這一事件是從19世紀(jì)50年代后開始被人們觀察到的。1852年，英國化學(xué)家富朗克蘭德（1825～1899）先研究了有機(jī)化合物接著又研究了很多無機(jī)化合物的組成化學(xué)式之后，在一篇文章中寫道：“無機(jī)化合物的化學(xué)式被承認(rèn)以后，甚至從表面可以看出，它們在結(jié)構(gòu)上存在對稱性，”他在這里所說的“結(jié)構(gòu)上的對稱性”，不是我們現(xiàn)在所知的諸如分子中原子排列的結(jié)構(gòu)對稱，而是指不同元素的一個原子，有些只能跟另一元素一個原子相結(jié)合，有些則能與另一元素的兩個原子相結(jié)合，還有能跟三個原子、四個原子相結(jié)合的等等。當(dāng)時他舉氮、磷、砷、銻有NH3、PH3、ASH3、SbH3等化合物（另外還有一些化學(xué)式是錯的）后指出：“在這樣的比例下，它們的親合力得到滿足”。所謂的親合力，是西歐十三、十四世紀(jì)時的煉金術(shù)士們，從主觀的唯心主義出發(fā)，提出來的擬人化了的說法。他們認(rèn)為兩種物質(zhì)間，像人一樣，只有相親、相愛才能結(jié)合。富朗克蘭德在借用這一詞時他還說：“一切化學(xué)元素，當(dāng)生成化合物時，與之相化合的原子（如H、O、I、Cl），在性質(zhì)上盡管差別很大，但它吸引這些元素的‘化合力’（即親合力），卻總是要求結(jié)合一定數(shù)目的原子為滿足”。他用“結(jié)合一定數(shù)目的原子”解釋親合力，已經(jīng)有了較明確的化合價概念。1857年，德國著名的有機(jī)化學(xué)家凱庫勒根據(jù)當(dāng)時的事實和理論上的成就，指出：“不同元素的原子相化合時，總是傾向于遵循親合力單位數(shù)是等價的原則?！痹谶@位化學(xué)家的說法中，“親合力”發(fā)展成為“親合力單位”而量化了，這樣他看來，元素氮、磷、砷的親合力是等價的，即它們的親合力單位都等于3，它們所結(jié)合的氫原子都是3個，按親合力等價原則，三個氫原子親合力單位總和也是3，那么，氫原子親合力單位應(yīng)該等于1。這樣的推理，跟我們現(xiàn)在有關(guān)化合價的計算方法是一致的。但是，當(dāng)時凱庫勒對“親合力”有一個片面的認(rèn)識，他認(rèn)為一種元素只有一個固定的親合力單位，如磷元素，他認(rèn)為只有3，因此有固定的化合物PH3和PC13。而實際上磷還有5價的氯化物PCl5，他則辯解說成化學(xué)式是PCl3·Cl2。1864年，德國科學(xué)家邁爾建議用“原子價”一詞來代替原子的“親合力單位”，由此“原子價”成為定型的學(xué)說，并逐步發(fā)展成為化合價理論。有趣的是在原子價概念形成和發(fā)展的同時，有些還要更早一些，有關(guān)的化學(xué)學(xué)說已經(jīng)或正在提出了定比定律（1799年正式提出到1860年辯論結(jié)束）、分子學(xué)說（由阿佛加德羅提出于1811年，到1860年才被人承認(rèn)）以及干擾和阻礙科學(xué)發(fā)展的親合力說。就已經(jīng)從各個方面預(yù)示著要產(chǎn)生有關(guān)原子間相結(jié)合的統(tǒng)一新概念，即原子價的概念了。由此可以看出，科學(xué)概念都不是孤立發(fā)生發(fā)展的，原子價概念的建立也是這樣，而且由于原子價能反映各種元素的一種化學(xué)性質(zhì)，使不同元素之間，有了可比的量化標(biāo)準(zhǔn)，（另外還有原子量），為化學(xué)元素周期律的形成，提供了重要的素材。

82本世紀(jì)以來，物理學(xué)家和化學(xué)家們的共同努力，發(fā)現(xiàn)了原子內(nèi)部的秘密，用原子的價電子理論很好的解釋了古老的化合價概念，并發(fā)展形成了物質(zhì)構(gòu)成的價健理論?？茖W(xué)家以更新的理論為武器，對物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識，對合成新物質(zhì)的嘗試，對未來科學(xué)的預(yù)見，對偽科學(xué)的甄別判斷，都能做到心中有數(shù)，情理在握了。

83科學(xué)的發(fā)展是了不起的，但是不斷的發(fā)現(xiàn)，才能為科學(xué)的發(fā)展提供連續(xù)的落腳點。而這些落腳點，既可能是舊問題的終點，也可能是新問題的起點?？茖W(xué)的進(jìn)步史，就是從發(fā)現(xiàn)中有發(fā)展，從發(fā)展中又有新發(fā)現(xiàn)的歷史。解開元素天書之謎我們現(xiàn)在都知道，在化學(xué)元素周期表中，除了第七周期的后面以外，其他的位置上，都已經(jīng)各就其位，被已知的化學(xué)元素排滿了。它們的順序是嚴(yán)格的，不能任意的調(diào)換位置，更不可能在它們之間，插入一種新的元素。要有新元素出現(xiàn)，它也只能理所當(dāng)然的，接著第七期的元素往后排。而且是只依其本身的特征，不依其發(fā)現(xiàn)的早晚，該排在什么位置，就固定的排在什么位置上。人類掌握了自然界的奧秘，沒有比元素周期表所反映的事實，更精彩、更天衣無縫的了。下面我們就來簡要的介紹有關(guān)元素周期律的創(chuàng)立及元素周期表的產(chǎn)生和發(fā)展的故事。遠(yuǎn)古時期的人，不知什么是元素，對單質(zhì)和化合物也不會加以區(qū)分。但他們從哲學(xué)的觀點，有類似元素的所謂“原質(zhì)”的概念，認(rèn)為水、土、氣、火、金、木等，按不同的比例組合，就能構(gòu)成宇宙萬物。到了16世紀(jì)，煉金術(shù)士和醫(yī)藥學(xué)家們，又增加了硫磺、水銀、鹽、油等物。直到17世紀(jì)中葉，由于科學(xué)實驗的興起，積累了一些物質(zhì)變化的具體事實，才初步認(rèn)識到，有解決關(guān)于元素概念的必要。1661年英國學(xué)者波義耳提出了元素的概念，他說“那些原始的和簡單的，或是完全未混合的物質(zhì)。這些物質(zhì)不是由其他物質(zhì)所構(gòu)成，也不是相互形成的，而是直接構(gòu)成稱為完全混合的物體的組成部分，而它們進(jìn)入物體后，最終也會分解。”這個概念被他敘述得如此費勁，現(xiàn)在的科學(xué)概念，幾乎找不到這樣長的文字描寫。這在當(dāng)時還沒有原子、分子、單質(zhì)、化合物等的概念，波義耳也就只能如此了。就在波義耳建立了元素概念后的100多年中，人們發(fā)現(xiàn)了一些新元素，特別是燃素說興起和死亡，元素概念才逐漸廣泛的被人們所接受，從而出現(xiàn)了由拉瓦錫編制的第一張元素分類表。1789年拉瓦錫在他發(fā)表的著作中，對波義耳所下元素的定義表示贊同以外，還補充說元素是“化學(xué)分析所達(dá)到的終點”。這樣說就比波義耳的長篇大論更加確切了。同時他列出了一張元素分類表，包括有氣體、非金屬、金屬和土質(zhì)四類共33種。但其中光、熱、石灰等也被他當(dāng)成元素?？梢娝皇菑奈镔|(zhì)外觀去分類，并沒有而且他當(dāng)時也不可能，把各種元素按本質(zhì)上的區(qū)別來加以分類。由表及里揭示元素的本質(zhì)，是從測定了元素的原子量之后，逐漸有了頭緒的。

8419世紀(jì)初，英國學(xué)者道爾頓提出了原子論，并認(rèn)為原子應(yīng)有一定的重量。他知道原子很小，無法測出絕對質(zhì)量，就采用對比方法，人為的定出一個原子為基準(zhǔn)，其他原子的質(zhì)量就能以最簡比的方法得到一個相對數(shù)。最早道爾頓把氧的原子量定為5.5，后又修改為7。接著，瑞典化學(xué)家貝采里烏斯，分析他人的實驗成果，自己再進(jìn)行精密測定，通過思考，在1826

85年發(fā)表的原子量表中，氫的原子量為1，氧的原子量為16.02，還有碳、硫等其他共40多種元素的原子量。那些數(shù)據(jù)跟現(xiàn)代原子量表上所列的基本上是接近的。元素有原子量，盡管其數(shù)值不夠精確時，就有人開始注意到，元素性質(zhì)跟其原子量之間，必有某種聯(lián)系，并嘗試著據(jù)此對它們進(jìn)行分類。從19世紀(jì)的第2個年代（1819）起，整整經(jīng)過50年，元素的分類，終于以一張周期表的形式固定下來了。這里說一張周期表，并非指僅此一頁紙上，某人所編的表。這一張表是無數(shù)科學(xué)家的心血結(jié)晶。1869年前后起有了它，我們現(xiàn)在化學(xué)課本中還是它，它的基本結(jié)構(gòu)是誰也改變不了的。過去，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了它，現(xiàn)在科學(xué)家們在運用它所反映的萬物之本的規(guī)律時，還在不斷的發(fā)展它。人們一說到元素周期表，就要提到俄國化學(xué)家門捷列夫。其實，早在門氏之前，德國人德柏萊納在1819年，發(fā)現(xiàn)鈣、鍶、鋇三種氧化物的式量（當(dāng)時也沒有分子及分子量的概念，用他自認(rèn)為是原子量的數(shù)值），大者與小者的平均數(shù)，接近于居中者。后來他又發(fā)現(xiàn)了一些別的元素也有類似的情況，進(jìn)一步擴(kuò)大了“三元素組”的組數(shù)。1850年德國人培屯科斐把已知的“三元素組”并列，發(fā)現(xiàn)性質(zhì)相似的元素，并不只限于三種。此后的幾年里，又有美國人庫克，法國人杜馬和德國人本生等，在研究了三元素組的基礎(chǔ)上提出了在同組元素原子量之間，有一定的數(shù)學(xué)計算規(guī)律的初步看法。1862年，法國礦物學(xué)家陳庫爾杜斯，提出了關(guān)于元素的性質(zhì)就是數(shù)的變化的論點。他把當(dāng)時認(rèn)為的元素62種，按原子量（并不精確而且有錯）大小，標(biāo)記在一個繞著圓柱體上升的螺旋線上。從中可以看到某些性質(zhì)相似的元素；都基本上各處在一條條由上到下的垂直平行線上。他把論文、圖表和模型交到了巴黎科學(xué)院，遺憾的是被積壓了將近30年后才發(fā)表。其后，還有德國人歐德林和邁爾分別發(fā)表了原子量（1964年）、原子符號（即元素符號）表和六元素表，英國人紐蘭茲發(fā)表了元素的“八音律”表（1865年）。在1869年以前，人們對元素的知識進(jìn)行總結(jié)和歸納，出現(xiàn)了形形色色的“圖”、“組”、“律”等，有幾十種之多。他們的研究工作，一步步的向真理逼近，為發(fā)現(xiàn)元素周期律創(chuàng)造了條件。同時，由1819年到1869年的這50年間，化學(xué)上相繼發(fā)現(xiàn)新元素，改進(jìn)了測定原子量的方法，有了元素化合價概念，等等。這些又都為更科學(xué)、更完整、更嚴(yán)密的編制元素周期表提供了豐富的素材。門捷列夫本人的工作成果，無疑具有劃時代的偉大意義。由于原子內(nèi)部構(gòu)造的秘密，被現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)所揭露，元素周期律和周期表，有了更新的含義。化學(xué)科學(xué)和原子物理學(xué)，從周期表中得到營養(yǎng)，又為周期表的存在補充了生命力。

86元素的身份證化學(xué)上靠著五光十色，竟能發(fā)現(xiàn)新的元素，或探索已知元素的蹤跡，似乎令人費解。原來元素天生的都各有一張身份證，上面印有五光十色的線條，誰也不

87能偽造。憑著這一身份證，無論元素藏在哪里，或含量極其稀少，科學(xué)家們都能把它識別出來。光，一般人常稱為光線，一般的人和動物都能感受到它的存在，綠色植物也能對它做出相應(yīng)的反應(yīng)。在陽光普照下，人們習(xí)以為常，不以為奇，但光在物理學(xué)家們眼里，長期對之感到普通而可見，神秘而莫測，特別是在1666年，物理學(xué)家牛頓，發(fā)現(xiàn)一束白光在三棱鏡片下，竟然成為一條彩色帶，其中紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫，就像雨后轉(zhuǎn)晴的天空，出現(xiàn)的彩虹那樣，從此物理學(xué)中，就興起了光譜學(xué)這一個分支。不同的光源發(fā)出不同顏色的光，本是很平常的事，自從有了光譜學(xué)，物理學(xué)家和化學(xué)家們，開始研究不同色光的光譜有什么不同，由此發(fā)現(xiàn)，不同元素有不同的光譜，并明確提出觀測光譜，可以簡便地檢出某種元素，甚至可以將其他星球上的元素檢驗出來。人類古代所使用和發(fā)現(xiàn)的元素，如碳、硫、金、銀、銅、汞、鉛、鐵、錫、銻等，有的是自然界天然就有的，有的簡單加熱或用炭還原就能從礦石中得到，人類僅知道有這些元素（當(dāng)然當(dāng)時不會稱它們?yōu)樵兀┑臓顩r，一直維持到公元紀(jì)年開始，接著由于流行煉金和煉丹以及制藥等實驗活動，在1000多年的時間里，又相繼發(fā)現(xiàn)了一些元素，如鋅、砷、磷等。18世紀(jì)初，歐洲興起了燃素說，促進(jìn)了實驗化學(xué)的發(fā)展，相繼又發(fā)現(xiàn)了不少的元素，氫、氧、氮、氯、氟、錳等。但在這一世紀(jì)100年的時間里，發(fā)現(xiàn)的元素也只有18種。到了18世紀(jì)后期，拉瓦錫把當(dāng)時已知的33種元素做了分類，分為氣體元素，非金屬、金屬等，但他在這一分類的體系中，把光也當(dāng)成一種氣體元素，熱也被他當(dāng)成一種氣體元素。而對發(fā)現(xiàn)了十多年之久的氯，因有些爭議，就被排除在氣體元素之外，錯誤的稱它為“鹽酸基”。畢竟這是元素分類工作的起點，對當(dāng)時理解元素，是由于理論和技術(shù)水平所限，或是弄不清它們的本質(zhì)，或是不能使它們再分解罷了，而他的基本觀點是正確的，這在當(dāng)時，已是十分難能可貴的了。18世紀(jì)末期，意大利物理學(xué)家伏特在1792年～1796年間，發(fā)明了銅片、鋅片在稀硫酸中組成的簡單電他，這種簡單的化學(xué)電源，被化學(xué)家們紛紛采用，做了許多電解的實驗。弄清楚了許多物質(zhì)的組成；并發(fā)現(xiàn)和制出了多種金屬元素的單質(zhì)。其中首推英國化學(xué)家戴維所取得的成果最大。戴維生于1778年，17歲時到一家藥房當(dāng)學(xué)徒，這期間他自學(xué)化學(xué)，特別愛做化學(xué)實驗，酒杯、煙斗等物，都被他用來當(dāng)作化學(xué)儀器。23歲的戴維，就被推薦到英國化學(xué)皇家學(xué)院，擔(dān)任化學(xué)助教和實驗指導(dǎo)，他在英國皇家學(xué)院任職期間，突出成就之一，是他用電解的方法發(fā)現(xiàn)和分離出鉀、鈉、鈣、鎂、鋇和鍶等6種金屬元素，在很短而不到兩年時間里，由一個人發(fā)現(xiàn)五、六種元素，這在化學(xué)元素發(fā)展史上，是絕無僅有的事，戴維的成就在于他使用的方法得當(dāng)，同時也是他對這元素的存在，都已有了先見之明。

88真正能夠使人對某元素的是否存在，能夠有所發(fā)現(xiàn)的，還靠了各種元素的特殊光譜。1860年德國科學(xué)家本生和基爾霍夫兩人合作，研制發(fā)明了分光鏡，它的構(gòu)造是將被測光源，已知光源和目測鏡，從可旋轉(zhuǎn)位移的目測鏡中觀察，將被測光譜對照，就能準(zhǔn)確無誤的檢查發(fā)出被測光源的物質(zhì)中含有什么元素，從而也可以發(fā)現(xiàn)人們未知的新元素。1860年和1861年，他們兩人就是從光

89譜分析中，相繼發(fā)現(xiàn)了銫（Cs）和銣（Rb）兩種新元素。銫和銣?zhǔn)潜肉涍€活潑的金屬元素，可用電解的方法制出單質(zhì)，但必需有大量含銫或銣的某種純凈的化合物，進(jìn)行操作才是可行的，本生和基爾霍夫雖然沒有制出銫和銣單質(zhì)，但他們的發(fā)現(xiàn)是被公認(rèn)的，并被載入了化學(xué)元素發(fā)現(xiàn)史冊。有趣的是稀有氣體氦，最初是用分光鏡觀察日食時，發(fā)現(xiàn)月球上有它，27年后的1895年，同是用了分光鏡，發(fā)現(xiàn)了地球上也有它。地球大氣中氦的含量占大氣總體積的百萬分之五點二（5.2ppm）。要從大氣中直接發(fā)現(xiàn)氦的存在，幾乎是不可能的。而從空氣中提取并制得純氦，則更是近幾十年，有了精密分餾空氣設(shè)備以后的事情了。元素的光譜，又叫發(fā)射光譜，實在太有用了，如果僅把它當(dāng)著元素的身份證，那就太低估了它的科學(xué)價值。人們研究了氫光譜，計算了光譜中各線條所在位置的相應(yīng)波長，創(chuàng)立了行星系水平的原子結(jié)構(gòu)學(xué)說，從理論上推導(dǎo)出氫原子核外電子離核所在的位置和運動規(guī)律。這是本世紀(jì)初，物理學(xué)的巨大成就之一。后來，原子結(jié)構(gòu)理論，仍是根據(jù)光譜的這一事實，又有了新發(fā)展，而且跟化學(xué)結(jié)合得更緊密。其中的基礎(chǔ)知識、主要結(jié)論及聯(lián)系化學(xué)實際的一些情況，在中學(xué)化學(xué)里都有介紹。原子核的加法早在2400多年前，古希臘著名哲學(xué)家德謨克利特提出“原子”這一概念時，“原子”的希臘文原意是“不可再分割”的意思。但放射性元素的發(fā)現(xiàn)，卻說明原子并非“不可分割”。前蘇聯(lián)科學(xué)文藝作家伊林，曾用非常通俗的比喻，說明了原子核裂變的原理：“就好像你把3枚5分的銅幣鎖在抽屜里。過了幾天，你發(fā)現(xiàn)抽屜里的5分銅幣不是3枚，而只有2枚了。那第三枚5分銅幣自己說成了3分的和2分的銅幣了”。這就是說，原子核的分裂，就好像5分銅幣兌成3分、2分的銅幣。隨著人們對放射現(xiàn)象的深入研究，也就逐漸認(rèn)清了化學(xué)元素的真面目。在1911年～1913年，科學(xué)家開始弄清楚原子是由原子核和電子組成的。電子圍繞著原子核飛快地旋轉(zhuǎn)。那么原子核又是由什么組成的呢？放射現(xiàn)象說明了，鈾、鐳等放射性元素的原子核會不斷分裂。那么也就是說，原子核是可分的，它是由更小的微粒組成的。在1932年，人們終于揭開了原子核的秘密：即原子核是由質(zhì)子和中子組成的。質(zhì)子、中子都比電子要大得多，質(zhì)子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的1836倍，中子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的1839倍，質(zhì)子是帶正電的微粒，而中子不帶電，是中性的微粒。

90自從揭開了原子核的秘密之后，人們便開始認(rèn)識了元素的本質(zhì)：氫是第1號元素，它的原子核中含有1個質(zhì)子；氦是第2號元素，它的原子核中含有2個質(zhì)子；碳是第6號元素，它的原子核中含有6個質(zhì)子鈾是第92號元素，它的原子核中就含有92個質(zhì)子。也就是說，元素的原子核中的質(zhì)子數(shù)，就等于它在元素周期表上的原子序數(shù)。這樣一來，關(guān)于錯綜復(fù)雜的種種化學(xué)元素之間也變得非常簡單：化學(xué)元

91素的不同，便在于它們的原子核中質(zhì)子的個數(shù)不同！原子核中質(zhì)子數(shù)相同的一類原子，便屬于同一種化學(xué)元素。由此看來，在原子核中舉足輕重的質(zhì)子，它的多少決定了原子的命運，原子的性質(zhì)。然而，中子起什么作用呢？人們經(jīng)過仔細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)同一元素的原子核中，雖然質(zhì)子數(shù)相同，但中子數(shù)有時卻不一樣。比如，普通的氫的原子核，只含有1個質(zhì)子；有一種氫原子的原子核，除了含有1個質(zhì)子外，還含有1個中子，叫做“氘”或“重氫”，還有一種氫原子的原子核，含有1個質(zhì)子和2個中子，叫做“氚”或“超重氫”。氫、氘、氚都屬于氫元素，但它們由于原子核中的中子數(shù)不相同，因而脾氣也不一樣，被叫做“同位素”。開始，人們對放射性元素，會變成鉛和氦，感到不可思議。這時，就可以得到正確地解釋：鐳是88號元素，它的原子核中含有88個質(zhì)子。它的原子核分裂后，變成4塊碎片。在那塊大的碎片中，含有82個質(zhì)子，也就是82號元素——正好是鉛；在那3塊小的碎片中，含有多少個質(zhì)子呢？用88減去82，剩6個質(zhì)子，而3塊碎片是一樣大小的，也就是各含有2個質(zhì)子——2號元素，正好是氦！這樣一來，放射現(xiàn)象即原子核分裂，無非是一種特殊的“減法”罷了。這就給了人們一個重要的啟示：可不可以進(jìn)行特殊的“加法”呢？比如說，那個43號元素，一直找不到，而42號元素——朝是人們熟知的。能不能運用“加法”，往鉬的原子核中“加”上一個質(zhì)子，豈不就可以人工地制造出43號元素嗎？這種原子核的“加法”，又燃起了人們尋找失蹤元素的熱情，于是，人們又繼續(xù)探根求源，千方百計去找尋失蹤元素。填補空白要想往一個原子核里加一個質(zhì)子或別的什么東西，并不是那么容易的事。從1925年起，整整經(jīng)過9個年頭——直到1934年，法國科學(xué)家弗列特里克·約里奧·居里和他的妻子伊雷娜·約里奧·居里（即鐳的發(fā)現(xiàn)者居里夫人的女兒）才找到了進(jìn)行原子“加法”的方法。當(dāng)時，他們在巴黎的鐳學(xué)研究院里工作。他們發(fā)現(xiàn)，有一種放射性元素—84號元素釙的原子核，在分裂的時候，會以極高的速度發(fā)射出它的“碎片”——氦原子核。在氦原子核里，含有2個質(zhì)子。于是，他們就運用這氦作為“炮彈”，去向金屬鋁板“開火”。出現(xiàn)了奇跡，鋁竟變成了磷！鋁，銀閃閃的，是一種金屬，磷，卻是非金屬。鋁怎么能變成磷呢？用“加法”一算，事情就很明白：鋁是13號元素，它的原子核中含有13個質(zhì)子。當(dāng)氦原子核以極高的速

92度向它沖擊過來時，它便吸收了氦原子核。氦核中含有2個質(zhì)子。13+2=15于是，形成了一個含有15個質(zhì)子的新的原子核。那么15號元素是什么？15號元素便是磷！就這樣，鋁好像變魔術(shù)似的，變成了另外一種元素——磷！

93不久美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了一種很神奇的裝置——回旋加速器。在這種加速器中，可以把某些原子核加速。這些原子核便像“炮彈”似的以極高的速度向另外的原子核進(jìn)行轟擊。這樣一來，為人工制造新元素創(chuàng)造了更加有利的條件，勞倫斯因此而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎金。1937年，勞倫斯在回旋加速器中，用含有1個質(zhì)子的氘原子核去“轟擊”42號元素——鉬，結(jié)果制得了第43號新元素。鑒于以前人們接連宣稱發(fā)現(xiàn)失蹤元素，而后來又被一一推翻，因此勞倫斯這一次特別慎重。他把自己制得的新元素，送給了著名的意大利化學(xué)家西格雷，請他鑒定。西格雷又找了另一位意大利化學(xué)家佩里埃仔細(xì)地對其性質(zhì)進(jìn)行分析。最后，由這兩位化學(xué)家向世界鄭重宣布——人們尋找多年的43號元素，終于被勞倫斯制成了。這兩位化學(xué)家把這新元素命名為“锝”，希臘的原意是“人工制造的”。锝，便成了第一個人造的元素！當(dāng)時，他們制得的锝非常少，總共才一百億分之一克。后來，人們進(jìn)一步了解到：锝并沒有真正的從地球上失蹤。其實，大自然中，存在著極微量的锝。1949年，美籍華人女物理學(xué)家吳健雄以及她的同事從鈾的裂變產(chǎn)物中，便發(fā)現(xiàn)了锝。據(jù)測定，1克鈾全部裂變以后，大約可提取26毫克锝。另外，人們還對從別的星球上射來的光線進(jìn)行光譜分析，發(fā)現(xiàn)在其他星球上也存在著礙。這種元素的真面目，終于被人們弄清楚了：锝是一種銀閃閃的金屬，具有放射性。它十分耐熱，熔點可高達(dá)攝氏2200度。有趣的是，锝在攝氏零下265度時，電阻便會全部消失，成為一種沒有電阻的金屬！自從锝被發(fā)現(xiàn)以后，元素周期表上便只剩下三個空白了。人們又繼續(xù)尋找那失蹤了的61號、85號、87號元素。1939年，法國女化學(xué)家佩雷在仔細(xì)地研究89號元素——錒。錒是一種放射性的金屬。佩雷想要提取純錒，結(jié)果在剩下的殘渣中發(fā)現(xiàn)了另一種具有放射性的物質(zhì)。她仔細(xì)一檢測，發(fā)現(xiàn)這是一種新元素：它是89號元素錒的原子在分裂時，失去了一個氦原子核，也就是失去了2個的質(zhì)子，變成了一個含有87個質(zhì)子的原子核——87號元素。這87號元素，正是人們苦苦追蹤的一個失蹤元素！佩雷便用她祖國的名字——“法蘭西”來給這一個新元素命名。譯成中文，就是“鈁”。鈁是一種壽命很短的放射性元素。如果有100個鈁的原子放在那里，經(jīng)過21分鐘之后，只剩下50個了——那50個鈁原子已經(jīng)分裂，變成了別的元素。正因為如此，人們費了九牛二虎之力，才找到這位“短命”的“隱士”。1940年，曾經(jīng)給锝進(jìn)行鑒定的意大利化學(xué)家西格雷遷居到美國，與美國科學(xué)家科森、麥肯共同合作，著手進(jìn)行人工制造86號元素的工作。

94起初，他們想用84號元素——釙作為“材料”，往它的原子核中加入1個質(zhì)子，制成85號元素?？墒牵曉诖笞匀恢泻苌?，價格又比較昂貴。他們就改用83號元素——鉍作為“原料”。鉍比釙要便宜點。他們在美國加利福尼亞大學(xué)用旋加速器將氦原子核加速，去轟擊金屬鉍，從而制得了85號元素。這又是原子的“加法”——鉍核中含有83個質(zhì)子，氦核中含有2個質(zhì)子：

9583+2=85正當(dāng)他們的研究工作獲得了初步成績時，由于發(fā)生第二次世界大戰(zhàn)，不得以而中斷了工作。在戰(zhàn)后，他們又重新開始進(jìn)行研究，終于在1947年發(fā)表了關(guān)于發(fā)現(xiàn)85號元素的論文。西格雷把這一新元素命名為“砹”，希臘文的原意是“不穩(wěn)定的”意思。砹是一種非金屬物質(zhì)，它的性質(zhì)跟碘很相似。砹確實很不穩(wěn)定。當(dāng)西格雷制成了砹以后，只過了8個多小時，便有一半砹的原子核已經(jīng)分裂，變成別的元素了。后來，人們在鈾裂變后的產(chǎn)物中，曾找到了極微量的砹，這說明在大自然中，還是存在天然砹的。正因為砹在大自然中又稀少又不穩(wěn)定，因此很不容易找到它。只剩下最后一個失蹤元素61號了。起初，有人想用60號元素釹或者59號元素鐠作“材料”來人工地制造61號元素。雖然他們在1940就宣稱制成了61號元素，然而沒有把它單獨地分離出來，因而沒有得到世界的公認(rèn)。直到1945年，美國橡樹嶺國立實驗室的科學(xué)家馬林斯基、格倫德寧和科里寧從原子能反應(yīng)堆中鈾的裂變產(chǎn)物中，分離出61號元素。他們認(rèn)為，61號元素的發(fā)現(xiàn)和原子能的應(yīng)用是分不開的，因此就用希臘神話中從天上盜取火種的英雄普羅米修斯的名字來命名它——當(dāng)初，普羅米修斯盜來了天火，使人類開始進(jìn)入取火、用火的時代；如今，61號元素的發(fā)現(xiàn)，則象征人類進(jìn)入了原子時代。直到1949年，國際化學(xué)協(xié)會才正式承認(rèn)了馬森斯基等的發(fā)現(xiàn)，并同意了他們的命名?！捌樟_米修斯”譯成中文的元素名稱便是“钷”。钷是一種具有放射性的金屬。钷的化合物經(jīng)常會射出淺藍(lán)色的熒火，被用來制造夜光表上的熒光粉。用钷還可以制成只有鈕扣那么小的原子能電池，它能連續(xù)工作達(dá)5年之久，是人造衛(wèi)星上必需的體積小、重量輕、壽命長的電源。自從人類發(fā)現(xiàn)了钷之后，失蹤元素就全部找到了，元素周期表上的空白也就全部填滿了。鈾不是最后的元素自從發(fā)現(xiàn)钷以后，人類認(rèn)識化學(xué)元素的道路，是否到達(dá)終點了呢？有很多的科學(xué)家并不滿足。他們想雖然從第1號元素氫到第92號元素鈾，已經(jīng)全部被發(fā)現(xiàn)了，可是難道鈾會是最末一個元素？誰能擔(dān)保，在鈾以后，不會有93號、94號、95號、96號這么看來，周期表上的空白，并沒有真正的全被填滿——因為92號元素鈾以后，或者還有許許多多的元素等著發(fā)現(xiàn)呢！

96早在1934年，意大利的物理學(xué)家費米就認(rèn)為周期表的終點不在92號元素鈾，在鈾之后應(yīng)該存在“超鈾元素”。費米試著用質(zhì)子去沖擊鈾原子核，宣布自己制得了93號元素。費米把這一新元素命名為“鈾X”。然而，過了幾年，費米的試驗卻被人們否定了。人們仔細(xì)研究了費米的試驗，認(rèn)為他并沒有制得93號元素。因為當(dāng)費米用質(zhì)子攻擊鈾原子核時，把

97鈾核撞裂，裂成兩塊差不多大小的碎片，并不像費米所說的變成一個含有93個質(zhì)子的原子核。直到1940年，美國加利福尼亞大學(xué)的麥克米倫教授和物理化學(xué)家艾貝爾森在鈾裂變后的產(chǎn)物中，才發(fā)現(xiàn)了93號新元素！他們倆把這新元素命名為“镎”，镎的希臘文原意是“海王星”，這名字是跟鈾緊密相連的，因為鈾的希臘文原意是“天王星”。鋒是銀灰色的金屬，也具有放射性。它的壽命很長，可以長達(dá)220萬年，并不像砹、鈁那樣“短命”。在鈾裂變后的產(chǎn)物中，含有微量的镎。在空氣中，镎很易被氧化，表面上蒙上一層灰暗的氧化膜。镎的發(fā)現(xiàn)，充分說明了鈾并不是周期表上的終點，說明化學(xué)元素大家庭的成員不只有92個。镎的發(fā)現(xiàn)，還有力地說明了镎的本身也并不是周期表上的終點，在镎之后還有許多化學(xué)元素。镎的發(fā)現(xiàn)，鼓舞著化學(xué)家在認(rèn)識元素的道路上繼續(xù)前進(jìn)！繼續(xù)追尋就在發(fā)現(xiàn)93號元素镎的時候，麥克米倫便認(rèn)為，可能還有一種新的超鈾元素與镎混在一起。不出所料，過了沒多久，美國化學(xué)家西博格、沃爾和肯尼迪又在鈾礦石中，發(fā)現(xiàn)了94號元素。他們把這一新元素命名為“钚”，希臘文的原意是“冥王星”。這是因為镎的希臘文原意是“海王星”，而冥王星是在海王星的外面，是太陽系中離太陽最遠(yuǎn)的一個行星。最初，西博格等人只獲得了極微量的钚，總重量還不到一根頭發(fā)重量的千分之一。這樣稀少的元素，在當(dāng)時根本沒有引起人們的注意，人們只是把它看作一種新元素而已，誰也沒有去研究它到底有什么用處。但在后來，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)了原子彈之后，钚就一下子青云直上，成了原子舞臺上非常難得的“明星”！原來，原子彈中的主角是鈾。在大自然中，鈾有兩種不同的同位素，一種叫“鈾235”，一種叫“鈾238”。在鈾235的原子核中，含有92個質(zhì)子、143個中子，加起來便是235個，所以叫“鈾235”；在鈾238的原子核中，含有92個質(zhì)子、146個中子，加起來是238個，所以叫“鈾238”。鈾238跟鈾235不同，是因為它的原子核中多了3個中子。鈾235與鈾238的性質(zhì)不一樣：鈾235非常活躍，鈾238卻要差多了。當(dāng)鈾235受到中子攻擊時，即會迅速發(fā)生鏈?zhǔn)降姆磻?yīng)，在一剎那間釋放出大量原子能，形成劇烈的爆炸。在原子彈里，就裝著鈾235。但是，鈾238在受到中子攻擊時，卻不動聲色地把中子“吞”了進(jìn)去，并不會發(fā)生爆炸。

98在天然的鈾礦中，絕大多數(shù)都有鈾238，而鈾235僅占千分之七（重量比）。人們總是千方百計地從鈾礦中提取那少量的鈾235，用它來制造原子彈，而大量的鈾238卻被廢棄了。鈾238難道真的不能利用起來嗎？人們經(jīng)過仔細(xì)的研究后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鈾238可以作為制造钚的原料，而钚的性質(zhì)跟鈾235差不多，也是個活躍分子，也可以用來制造原子彈！本來，在天然鈾礦中，只含有一百億分之一的钚。如今，人們用鈾238

99來作原料，大量的制造钚。于是，钚的產(chǎn)量迅速增加，從只有一根頭發(fā)的千分之一那么少猛增到數(shù)以噸計。不久，人們不僅制造了以钚為原料的原子彈，并且還用它制成了原子能反應(yīng)堆，用來發(fā)電。這樣一來，钚一下子便成了原子能工業(yè)的重要原料。钚是一種銀灰色的金屬，很重。在空氣中也很易氧化，在表面形成一層黃色的氧化膜。钚的發(fā)現(xiàn)及廣泛應(yīng)用，使用人們對元素的認(rèn)識，進(jìn)入了一個新的階段：原來，世界上還有許多很重要的未被發(fā)現(xiàn)的新元素哩！钚的壽命也是長達(dá)24360年。人們繼續(xù)努力，要尋找94號以后的“超钚元素”。在1994年底，钚的發(fā)現(xiàn)者——美國化學(xué)家西博格和加利福尼亞大學(xué)教授喬索合作，用質(zhì)子轟擊钚原子核，最先是制得了96號元素，緊接著又制得了95號元素。他們將95號元素和96號元素分別命名為“镅”和“鋦”（過曾譯成“鋸”，因與鋸子的“居”字相同，容易誤會，改譯為“鋦”），用以紀(jì)念發(fā)現(xiàn)地點美洲（“镅”的原意即“美洲”。镅在元素周期表上的位置正好在63號元素銪之下，銪的希臘文原意為“歐洲”，所以就用“美洲”命名镅。）和居里夫婦（“鋦”的原意即“居里”）。镅和鋦都是呈銀白色的金屬。镅很柔軟，可以將之拉成細(xì)絲，也可以壓成薄片。镅有10種同位素，絕大部分都是“短命”的，很快裂變成其他元素，只有一種“镅243”的壽命很長，達(dá)8000年左右。鋦是一種很有意思的放射性金屬，它輻射出來的能量非常大，可以使鋦變得很熱，溫度高達(dá)攝氏1000度左右。如今，人們已把鋦用于人造地球衛(wèi)星和宇宙飛船中，以此作為不斷發(fā)熱的熱源。西博格和喬索繼續(xù)努力，在1949年又制得了97號元素——锫；在1905年制得了98號元素——锎。锫的原意是“柏克立”。因為它是在柏克立城的回旋加速器幫助下制成的；锎的原意是“加利福尼亞”，因為它是在加利福尼亞州的回旋加速器幫助下制成的。锫和锎都是金屬元素，也都具有放射性。锫在目前還沒有得到應(yīng)用，锎可用作原子能反應(yīng)堆中的原子燃料。另外，由于锎能射出中子，現(xiàn)在已經(jīng)被用來治療癌癥。接著，人們又開始尋找99號元素和100號元素。當(dāng)人們準(zhǔn)備用回旋加速器制造出這兩種新元素之前，卻在另一個場合無意中發(fā)現(xiàn)了它們。那是在1952年11月，美國在太平洋上空爆炸了第一顆氫彈。當(dāng)時，美國科學(xué)家在觀測這次爆炸產(chǎn)生原子“碎片”時，發(fā)現(xiàn)竟夾雜著兩種新元素——99號和100號元素。1955年美國加利福尼亞大學(xué)在實驗室中制得了這兩種新元素。為了紀(jì)念

100在制成這兩種新元素前幾個月逝世的著名物理學(xué)家愛因斯坦和意大利科學(xué)家費米，分別把99號元素命名為“锿”（原意即“愛因斯坦”），把100號元素命名為“鐨”（原意即“費米”）。1955年，就在制得锿以后，美國加利福尼亞大學(xué)的科學(xué)家們用氦核去轟擊锿，使锿原子核中增加2個質(zhì)子，變成了101號元素。他們把101號元素命名為“锿”，以紀(jì)念化學(xué)元素周期律的創(chuàng)始人、俄羅斯化學(xué)家們捷列夫。

101然而，最后制得的锿竟如此之少——只有17個原子！但正是這17個原子，從而宣告了一種新元素的誕生。緊接著，在1958年，加利福尼亞大學(xué)與瑞典的諾貝爾研究所合作，用碳離子去轟擊鋦，使鋦這個本來只有96個質(zhì)子的原子核一下子增加了6個質(zhì)子，制得了極少量的102號元素。他們用“諾貝爾研究所”的名字來命名它，叫做“锘”。然而，他們的研究成果，在開始并沒有得到人們的承認(rèn)。直到幾年以后，有人用另一種辦法也制成了102號元素時，這才獲得國際上的正式承認(rèn)。人們對新元素探索不息。1961年，美國加利福尼亞大學(xué)的科學(xué)家們著手制造103號元素。他們用原子核中含有5個質(zhì)子的硼，去轟擊原子核中含有98個質(zhì)子的锎，進(jìn)行原子“加法：5+98=103從而制得了103號元素。這個新元素被命名為“鐒”，以紀(jì)念當(dāng)時剛?cè)ナ赖拿绹锢韺W(xué)家、回旋加速器的發(fā)明者勞倫斯。鐒是一個極不穩(wěn)定的元素。每經(jīng)過3分鐘，鐒的原子中便有半數(shù)自動分解掉了。在1964年、1967年，前蘇聯(lián)弗列羅夫所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，分別制得了104號和105號元素。其中104號元素被命名為“”，用來紀(jì)念于1960年去世的前蘇聯(lián)原子物理學(xué)家?guī)鞝柷⊥蟹?。與此同時，美國喬索領(lǐng)導(dǎo)的小組用另一種方法制得了104號、105號元素，并分別命名為“”、“”，分別用來紀(jì)念著名物理學(xué)家盧瑟福和德國物理學(xué)家哈恩。然而到現(xiàn)在，關(guān)于104號、105號元素的命名，仍爭論不休，沒有得到統(tǒng)一。104號和105號元素也都是“短命”的元素，只能活幾秒鐘，很快就裂變成其他的元素。1974年前蘇聯(lián)弗列羅夫等人用24號元素——鉻的原子核去轟擊82號元素——鉛的原子核，進(jìn)行原子加法：24+82=106于是，制得了106號元素。與此同時，美國喬索及西博格等人卻用另外的“算式”進(jìn)行原子“加法”：拿8號元素——氧的原子核去轟擊98號元素——锎的原子核。8+98=106于是，也制得了106號元素。與104號、105號元素結(jié)果一樣，這一次又引起了爭論。雙方都說是自己最早發(fā)現(xiàn)了新元素，爭論不休。1976年，前蘇聯(lián)弗列羅夫等人著手試制107號元素。他們用24號元素——鉻的原子核，去轟擊83號元素的原子核。

10224+83=107就這樣，107號元素被制成了。107號元素是一種壽命非常短暫的元素，它竟然只能活1毫秒！到目前為止，得到世界各國科學(xué)家公認(rèn)的化學(xué)元素，總共有107種。然而，世界上到底存在有多少種化學(xué)元素？人們會不會無休止地把化學(xué)元素逐個制造出來呢？

103這個問題引起了激烈的爭論。有人認(rèn)為，從100號元素鐨以后，人們雖然合成了許多新元素，但是這些新元素的壽命卻越來越短。像107號元素，只能活1毫秒。照此推理下去，108號、109號、110號這些元素的壽命可能更短，因此要人工合成新元素的希望將越來越渺茫。他們預(yù)言，即使今后人們還有可能再制成幾種新元素，但卻已為數(shù)不多了。但是，很多科學(xué)家認(rèn)真研究了元素周期表，并推算出在108號元素以后，可能又會出現(xiàn)幾種“長命”的新元素！經(jīng)過科學(xué)家推算，認(rèn)為當(dāng)元素的原子核中質(zhì)子數(shù)為2、8、20、28、50、82，或者中子數(shù)為2、8、20、28、50、82、126時，原子核就比較穩(wěn)定，壽命比較長。他們根據(jù)這一理論，曾預(yù)言114號元素，將是一種很穩(wěn)定的元素，壽命可達(dá)1億年之久！也就是說，人們?nèi)绻l(fā)現(xiàn)了114號元素，這種元素將像金、銀、銅、鐵一樣“長壽”，并且可以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用?？茖W(xué)家甚至根據(jù)元素周期表，預(yù)言了114號元素的一些特征：它的性質(zhì)類似于金屬鉛，目前可稱它為“類鉛”。是一種金屬，密度為每立方厘米16克。其沸點為攝氏147度。熔點攝氏67度。可以用它來制造核武器，并且這種核武器體積非常小，用114號制成的一顆小型核彈，甚至可以放在手提包中隨身攜帶。

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