門捷列夫到底夢到了什么?

當我們學習化學這門學科的時候，認識元素周期表都是一門必修課。面對元素周期表，我們可能會好奇門捷列夫是如何想出這樣一種元素排布的方式，可以囊括當時已知的元素并能預測尚未發現的元素；也可能驚訝于組成大千世界的化學元素竟然能以如此簡潔而有序的方式進行呈現。但我們可能并不知道，在這背后隱藏著2500年來人類開拓化學研究的道路從而認識世界本質的故事。

英國作家保羅·斯特拉森的作品《門捷列夫之夢：從煉金術到元素周期表》雖然以門捷列夫為題，但并非通篇介紹門捷列夫發現元素周期表的故事，實際上有關門捷列夫的內容在書中只占很小的篇幅。斯特拉森以門捷列夫和元素周期表為引子，回顧了化學發展史上的重要時刻，介紹了波義耳、拉瓦錫這些科學先驅如何點亮化學前進的道路。當然，他在書中也介紹了很多今日已經默默無聞的人物，例如接下來的文字所介紹的卡爾·舍勒，他們同樣對化學的發展產生了不可估量的影響。

瑞典化學家卡爾·舍勒發現磷是骨骼的組成部分，并發明了一種更簡單、更易于接受的提取方法。很快，磷就被用于制造最早的火柴。1855年，瑞典制造商J.E.倫德斯特羅姆獲得了安全火柴的專利，這迅速為他帶來了一筆財富。然而，這一切對于舍勒來說都來得太晚了，因為他在半個多世紀前就已去世，年僅40多歲。

▲卡爾·舍勒

舍勒或許是有史以來最不幸的科學發現者。在他相對較短的一生中，他所發現的元素超過了歷史上任何一位科學家。然而，在他發現的所有7種元素中，他的貢獻要么被掩蓋，要么遭到質疑，要么被忽視。

舍勒似乎并不介意。他為人謙遜，作為一位藥劑師，他的技藝無人能及。1742年，他出生在施特拉爾松德，這座城市位于現今德國的東北海岸。18世紀早期，這里仍然屬于瑞典的波美拉尼亞地區，是一個世紀前在三十年戰爭中被征服的領土。盡管他有著德國姓氏，但舍勒認為自己是瑞典人，并用瑞典語撰寫科學論文。

舍勒在十一個孩子中排行第七。由于沒有錢供他上學，14歲時他就成了一名藥劑師學徒。這個選擇后來證明頗具遠見。舍勒對化學原料有著近乎癡迷的興趣，這使他能牢記每一種物質的性質，而且在判斷化學元素構成方面具有無與倫比的直覺。舍勒很快引起了人們的注意，并最終在首都斯德哥爾摩獲得了一份藥劑師助理的職位。這聽起來可能微不足道，但在1775年，32歲的他被選為瑞典科學院院士——這是有史以來第一位（也是最后一位）獲得這一崇高榮譽的藥劑師助理。

不久之后，舍勒搬到了瑞典中部的湖邊小鎮雪平。當地一位藥劑師去世后，將藥店留給了他的遺孀薩拉·波爾。舍勒買下了這家店，并建立了一個實驗室以繼續他的實驗。他絲毫不被雪平沉悶乏味的單調生活所困擾，專心埋頭工作，而薩拉·波爾和他的妹妹則負責料理家務和打理藥店。偶有知名的瑞典和外國化學家會前來拜訪，這總是能引起當地居民的諸多猜疑。盡管柏林、斯德哥爾摩和倫敦的教授聘書接連寄來，但都被他置之不理。這位卓越的藥劑師并不想淪為茫茫教授中的普通一員。

多年來，舍勒一直飽受嚴重風濕病和一系列其他疾病的折磨。這些疾病幾乎可以肯定是由他的實驗操作導致的。舍勒堅信，必須親自分析他所分離和發現的許多物質的性質。他的實驗記錄甚至包括對氰化氫味道的準確描述，這種劇毒物質即使是少量吸入或通過皮膚吸收，也會導致可怕而痛苦的死亡。這些實驗記錄還表明，他也可能在用味覺和嗅覺判斷硫化氫特性時中了毒，這種氣體具有惡臭氣味和致命毒性，可以說是臭鼬和響尾蛇的結合體。

這也許是化學探索史上最激動人心的時期。擺脫了煉金術的束縛后，18世紀的化學家們終于能夠探索一門全新科學的無限可能。未被發現的元素觸手可及，就像鋼琴鍵盤上的琴鍵一樣。他們既能彈奏其中一些基本的音符，也能演奏出某些復雜的和弦。但當他們的手在鍵盤上摸索時，第一次逐漸意識到更大范圍音域存在的可能性。在他那個時代，舍勒將這一可能性擴展到了前所未有的程度。他不僅確定了一系列動物、植物和無機酸，還發現并鑒定了多種重要化合物的成分。

堅韌的舍勒挺了過來，使他能夠將注意力轉向元素研究。1770年，他成為第一位制備出氯氣的化學家。任何去過游泳池的人都能體會到，即便是稀釋后的氯氣也會讓人眼睛發酸，并且氣味刺鼻，舍勒僅靠自己一人進行了這種氣體的測試實驗，產生的影響可想而知。遺憾的是，這一次舍勒引以為傲的化學直覺卻出現了偏差。他沒有認識到氯是一種元素，反而堅信自己制得的氣體是空氣中某種成分的化合物。直到三十年后，英國化學家漢弗里·戴維（礦工安全燈的發明者）才意識到這種氣體是一種元素。事實上，正是戴維根據其淺綠色外觀首次將其命名為“氯”（chlorine，源自希臘語，意思是“淺綠色”）。

▲漢弗里·戴維

這位英國人戴維逐漸成為舍勒科研路上的主要競爭對手，并且在鋇的發現上再次超過了舍勒。舍勒率先完成了關鍵的實驗工作，成功分離出氫氧化鋇。三十年后，戴維通過進一步研究，分離出銀白色的金屬鋇（barium，源自希臘語barys，意思是“重的”）。如今，鋇被用于制造合金，用于吸收真空管中的雜質。

類似的遺憾在鉬的發現上重演，這種金屬后來成為步槍槍管所用鋼材的一種重要成分。舍勒先是得到了一種物質，他確信其中含有一種新元素，并推測這種元素可以在高溫條件下被分離出來。但由于沒有熔爐，他把這種物質交給了他的朋友，年輕的化學家彼得·?；鶢柲?，他現在被認為是發現鉬的人。大約在同一時期，舍勒還成功地將制取錳的方法傳授給了他的朋友、礦物學家約翰·甘恩。（英語中的“錳”是manganese，錯誤地取自拉丁語magnes，意思是“磁鐵”，被認為具有分解水的特性。）

從這些發現可以看出，這些年來，瑞典正在發展出一個先進而有能力的化學家群體。這些先驅者將在化學的發展中發揮重要作用。瑞典在科學領域做出了全方位的貢獻。這一時期，林奈奠定了現代植物學的基礎；攝爾修斯確立了溫度計的刻度；在福特之前的兩個世紀，發明家波爾赫姆就構想出了裝配線工廠。這一切都發生在一個僅有200萬人口、位于歐洲邊陲的國家。瑞典對這一時期科學革命的貢獻不遜于任何其他國家。18世紀堪稱瑞典的黃金時代。到這一時期末，隨著工業革命在歐洲蔓延，瑞典供應了全球三分之一以上的生鐵。瑞典東印度公司的貿易航線遠達日本；而著名神秘主義作家斯維登堡也不甘示弱，創作了多部著作，生動翔實地描繪了他游歷天堂和地獄的經歷。就連國王古斯塔夫三世也參與創作了一部歌?。ㄋ髞碓谒沟赂鐮柲Ω鑴≡罕粯寶?，不過這與對該劇的評價毫無關系）。

與此同時，在雪平省的偏遠地區，舍勒繼續著他那費力不討好的化學元素研究。此時瑞典的化學成就開始引起國際關注。兩位西班牙學生——唐·何塞和唐·福斯托·德埃爾胡亞爾兄弟，前來拜訪舍勒。在會面中，舍勒解釋了他是如何從白鎢礦（這種礦物后來以他的名字命名）中獲得一種他稱之為“鎢酸”的物質。大約一年后，德埃爾胡亞爾兄弟成功地從這種物質中分離出了鎢元素，在瑞典語中，“鎢”的意思是“重石”。這種元素日后將被用于制造燈絲。德埃爾胡亞爾兄弟后來移居美洲，唐·福斯托在那里擔任墨西哥礦業總監。

舍勒最重要的工作是在氣體領域，這一領域后來被證明對化學的下一個重大進展至關重要。舍勒成功地證明空氣包含兩種不同的成分，其中只有一種能支持燃燒。他將其中一種命名為“火空氣”，另一種命名為“變質空氣”。他成功地從后者中分離出氮元素，但他不知道蘇格蘭化學家丹尼爾·盧瑟福（小說家沃爾特·斯科特的叔叔）4年前就已經完成了這項工作。不過，舍勒最偉大的成就是發現了“火空氣”，也就是氧氣。正如我們現在所知，這種元素在許多最重要的自然化學反應中扮演著主要角色，它是打開化學未來大門的關鍵元素。1772年，舍勒首先通過加熱氧化汞制得“火空氣”——氧化汞容易分解成汞和氧氣。他在他唯一出版的著作《火與空氣的實驗》中記述了這個實驗。然而，由于出版商的一系列失誤（這些都不是舍勒的過錯），這部著作推遲到1777年才最終面世。此時，英國化學家約瑟夫·普里斯特利已經發表了對同一實驗的描述，因此搶先獲得了這一最重要元素發現的榮譽。

▲約瑟夫·普里斯特利

舍勒毫不氣餒地繼續他細致入微的研究，取得了許多遠遠領先于時代的原創性成果。其中最具代表性的是他發現了光對含銀化合物的作用。半個世紀后，法國藝術家和發明家路易·達蓋爾利用這一效應發展了攝影術（photography，字面意思是“用光書寫”）。

然而，長期從事化學實驗分析最終損害了舍勒的健康。1786年，40多歲的他患上了重病，癥狀表明是汞中毒。在病床上，他與寡婦薩拉·波爾結婚，以確保她能重新繼承藥房，沒幾天他就去世了。舍勒曾與歐洲各地的頂尖科學家廣泛通信，他在學術交流中展現的慷慨精神或許永遠無法被完全認知。就像他的諸多發現一樣，他對化學發展的影響似乎注定被歷史所忽視。

（本文摘編自《門捷列夫之夢：從煉金術到元素周期表》第八章“從未見過的東西”，配圖和標題為編者所加）

書名：《門捷列夫之夢：從煉金術到元素周期表》

?♂? 作者：[英]保羅·斯特拉森 翻譯：王加祥

內容簡介

化學究竟是什么？這是個跨越千年的漫長故事。從古希臘哲學家第一次思考世界由什么構成，到中世紀煉金術士對“點石成金”的執念……化學，這門古老的學科在哲學思辨和神秘主義的迷霧中艱難萌發。人們渴望理解自然的構成，掌握改變物質的力量，而這些知識往往來自泥濘、火焰和煙霧。

在這里，你將會認識一群充滿熱情，甚至有點瘋狂的化學家。他們中有像帕拉塞爾蘇斯這樣特立獨行的江湖醫生，也有像波義耳、拉瓦錫這樣奠定現代化學基礎的科學先驅。你會看到他們的奇思妙想和不懈探索，他們的成功與謬誤。故事的高潮，無疑是俄國化學家門捷列夫的靈光一閃——元素周期表不僅優雅地歸納了已知元素，更以驚人的準確度預言了未知世界，為化學世界帶來了前所未有的清晰秩序。

本書并非門捷列夫的個人傳記，也不僅僅是一部線性的化學編年史。我們將跟隨作者穿梭于歷史長河，探索夢想如何實現，目睹人類智慧如何創造奇跡。