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B站評分9.8,「天王」紮堆出現,秒殺所有頂流

2024-02-02科學

在歷史的長河中,總有一些閃耀的瞬間,照亮人類文明的行程。

其中, 門得列夫的名字如同一顆璀璨的星辰,在化學的天空中熠熠生輝。

他的一生,是對科學無盡的追求和獻身的寫照。

他憑借對元素的深刻洞察,繪制出了那張改變化學面貌的 【元素周期表】

他的發現,推動了整個化學領域的行程。

今天,就讓我們跟隨他的腳步, 走近【門得列夫很忙】,看一看元素是如何被人類發現,又如何改變了人類的命運的。

01

占蔔師還是預言家?

在門得列夫正式出場之前,我們需要將時間倒回到2000多年前。

這一時期,古希臘思想家恩培多克勒提出了元素這一概念。他認為世界是由4種元素組成的,分別是水、土、氣、火。

「四元素」說流傳了一千多年,直到1961年,英國科學家勞勃·波義耳在發表的著作「懷疑的化學家」中對四元素說提出了質疑。

他認為「元素應該是一種沒有任何摻雜物的物體。不能由其他物體造成,也不能彼此相互造成。」

之後, 法國化學家洛朗·拉瓦節制造出了一種瓦斯 ,他發現這種瓦斯可以與很多非金屬合成酸,因此, 把它命名為「氧」,意為酸的生成者。

對氧的研究讓拉瓦節重新定義了元素:它是任何方法都不能夠分解的物質。

四元素說至此被徹底推翻。

隨後,一種又一種的新元素不斷被發現,到門得列夫正式出場前,已經有63種元素被發現。

從4到63,這一過程,延續了近2000年。

慢慢地,人們意識到這些元素之間,可能會有某種關聯,於是開始了探索各種元素之間規律的道路。

在很多研討會上,化學家們都會探討與之有關的話題。而這些討論的人中,就有門得列夫。

他把元素的名稱、性質和原子量等等制作成了63張撲克卡牌,帶到研討會上用來展示自己所認為的元素周期律,結果受到了包括他老師在內的許多人的抨擊:

這麽嚴肅的事情,怎麽可能用這麽胡鬧的方法來對待?

然而門得列夫並沒有因此而退縮,他很快正式撰寫論文,提出了元素周期律。

不幸的是,在他公布元素周期律的前一天,因為身體突然不適,只能拜托自己的朋友幫忙展示。

幸運的是,因為這張元素周期表過於離譜,所以朋友被罵了一個體無完膚,而門得列夫則逃過一劫。

在這張離譜的元素周期表上,門得列夫不顧已經公認的原子量而堅持改變了一些元素的排列位置, 為了使元素能夠放在他認為正確的位置,他還修訂了其他一些元素的原子量,最後在表中留下了4個空格: 他認為這4種元素應該存在,只是暫時還沒有被發現罷了。

元素還能預測?

當時的人們根本不信他的推論,嘲笑他不是科學家,而是占蔔師。

「占蔔師」門得列夫兩年後又公布了新一版的元素周期表,結果不出意外的又迎來了一波嘲笑。

然而, 在四年後的某一天,法國科學家布瓦博德朗發現了「鎵」元素 。

它的大部份數據和性質與門得列夫周期表中的「類鋁」完美融合,只是密度與預測的相去甚遠。

門得列夫知道這件事後,寫信給他說:我建議您重新測量一下密度。

這一次,「鎵」的各項數據與門得列夫的預測完全一致。

科學界因此震驚。

鈧元素和鍺元素在接下來的20年內被接連發現,至此,元素周期表上只有一個空位尚未被填上。

1937年,在門得列夫去世30年後,這一被稱為「類錳」的元素「鍀」透過人工合成的方法制成了。

它成為了第一個人工合成的元素,因為鍀在地球上根本沒有。

遺憾的是,因為著名化學家阿瑞尼士的反對,門得列夫錯失了1906年的諾貝爾化學獎,並於次年死於心肌梗塞。

在他去世後,人們發現了質子和中子的存在,並用質子數對元素進行重新排列,形成了我們如今所見的元素周期表。

02

元素屆四大天王

雖然「四元素說」被推翻了,但在元素屆,卻有著名副其實的「四大天王」:氫、氧、碳、氮。

他們是構成宇宙、地球和我們自身的最重要的因素。

碳,是人類最早發明並利用的元素之一。

直到如今,化石燃料依舊是我們主要的供能方式。

碳在我們生活中的套用多種多樣:焦炭可以煉鋼、木炭可以燒烤、活性炭可以用來「清潔」,碳形成的石墨可以做筆芯、可以導電;碳水化合物為人類提供生存所需要的能量。

退一萬步而言,碳酸飲料,解救了無數個酷熱的夏天。

但碳在地殼中的豐度只排在第十五位 ,因此,節能對我們每一個人來說都至關重要。

近年來,人們開始逐步使用新能源,比如氫能。

實際上,在地球的大氣中,氫的含量並不算高。

它真的太輕了,地球的吸重力根本抓不住它。所以,大氣中的氫,或者已經逃離了地球,或者在逃離地球的路上 。

氫具備很大的能量,人類用它作為燃料推動火箭登天,利用它爆炸的能量發氫彈。

有趣的是,太陽的燃燒也需要用到氫。

太陽每秒鐘燃燒需要消耗6億噸氫,這些氫被轉化為5.96億噸氦及0.04億噸能量。

而在這0.04億噸能量中,又有約400億分之一的能量,降臨到地球,照亮了我們的世界。

雖然氫在大氣中占比不多,但它在地殼中的含量卻排在了所有元素中的第十位。

這是因為絕大多數地殼中的氫都與氧結合形成了我們賴以生存的水。

在距今35億年前,氧在空氣中的含量高達35%。

或許正是因為如此,所以當時的動物體型都要比現在大上許多,有一種名為巨脈的蜻蜓,翅膀展開後,長度超過 75CM

但氧對人類的貢獻不只是水和氧氣。作為一種極其活躍的元素,它與眾多元素結合形成氧化物,把它們留在了地殼裏,讓人們得以發現和利用這些元素。

那麽,活躍的氧氣,為何能穩定地待在空氣中,不會與其他元素進行快速反應呢?

因為空氣中,有一種穩定的,性格十分「冷靜」的元素:氮。

氮氣的存在,降低了氧在空氣中的密度,使得大氣維持住了一種平衡。

氮,是組成胺基酸的必要元素。胺基酸、則是蛋白質的重要組成部份。

蛋白質、脂肪和醣類,是構成生命的基本物質。

可以說, 沒有氮,就沒有生命。

除了組成胺基酸之外,氮還與氫元素組成了氨。

而說到氨,就不得不提到一個充滿爭議的發明。

德國化學家哈伯發現德國對火藥的原料硝石極度依賴進口,於是經過多次努力,在1904年他發明了人工合成氨的技術。

這一發明,讓當時的德國獲得了戰爭需要的火藥,但也讓人們發現,氨可以用來制作氮肥,幫助農作物更好的生長,為人類提供更多的糧食。

科技的發展是具有雙面性的。

元素們有的單質有毒,化合物卻造福了人類。

有的本身無毒,卻被開發成了具有淪陷性的武器。

03

探索未知的「先鋒」

有些元素的出現,讓地球有了存在生命的可能,讓人類得以更好的發展。

而有些元素,從出現開始,就威脅著人們的生命。

比如說, 磷。

300年前,德國煉金術師布蘭德使磷燃燒,它金燦燦的顏色讓布蘭德以為自己發現了點石成金的秘技。然而,沒過多久,磷燃燒完全,亮光消失,布蘭德的夢想也隨之破滅。

但他很快就另辟蹊徑,對人體的尿液打起了主意: 水是生命之源,那麽人體或許就是點石成金的秘密裝置。

「畢竟,金子是黃色的,尿也是黃色的。」

於是, 布蘭德收集到了很多尿,然後不停地蒸發,希望從中可以獲得金子。

不幸的是,在受到了很多可以想象的「熏陶」之後,他沒有找到金子,但發現了磷。

萬幸的是,極易揮發,並帶有劇毒的磷,並沒有對他的健康造成太大的威脅。

磷,曾在二戰期間被制成白磷彈,落地炸開後會不斷燃燒,燒穿人的皮膚骨骼。

因為極不人道的殺傷效果,後來被列為禁用武器。

如今,磷多被用來制作磷肥,為解決糧食產量的問題做出了巨大的貢獻。

與布蘭德相比,氟元素的發現者們就沒那麽幸運了。

氯氣的首位發現者舍勒在1771年制造出了氫氟酸。 據說他有一個不好的習慣,就是要親口嘗一下自己制造出來的物質的味道。

雖然不確定他到底有沒有品嘗氫氟酸,但可以確定的是,他在44歲英年早逝。

之後,電化學的鼻祖漢弗萊·戴維與法國科學家蓋·呂薩克和泰納都嘗試使用電解法從氫氟酸中電解出氟,最後均已失敗告終。弗萊·戴維只活到了51歲,而蓋·呂薩克和泰納雙雙中毒。

比利時化學家魯耶特、法國化學家尼克雷皆死於氟的提取,甚至當時魯耶特只有23歲。

最後,成功提取氟的人,是英國化學家弗雷米的學生莫瓦桑。

在經歷四次中毒,多次調整實驗方案後,他終於在1886年,提取出了氟單質。

1906年,門得列夫先生錯過諾貝爾化學獎的這一年,莫瓦桑獲得了諾貝爾化學家獎。

在獲獎的兩個月後,56歲的莫瓦桑離開了這個世界。

如今,氟化工工業已經成為了重要的化工門類。

從不粘鍋到汽車電池,曾讓人聞風喪膽的氟,已經開始造福人類。

元素的種類雖然不多,但卻構成了世間萬物。

正是因為擁有無數具有好奇、探索和犧牲精神的科學家們前赴後繼的投身於科學,才有了我們如今的便利生活。

人類探索未來的腳步不會停止,人類文明的前進歷程更不會停止。

元素和化學,也還有更多神奇之處、未解之謎在等著我們發現。