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B站评分9.8,「天王」扎堆出现,秒杀所有顶流

2024-02-02科学

在历史的长河中,总有一些闪耀的瞬间,照亮人类文明的进程。

其中, 门捷列夫的名字如同一颗璀璨的星辰,在化学的天空中熠熠生辉。

他的一生,是对科学无尽的追求和献身的写照。

他凭借对元素的深刻洞察,绘制出了那张改变化学面貌的 【元素周期表】

他的发现,推动了整个化学领域的进程。

今天,就让我们跟随他的脚步, 走近【门捷列夫很忙】,看一看元素是如何被人类发现,又如何改变了人类的命运的。

01

占卜师还是预言家?

在门捷列夫正式出场之前,我们需要将时间倒回到2000多年前。

这一时期,古希腊思想家恩培多克勒提出了元素这一概念。他认为世界是由4种元素组成的,分别是水、土、气、火。

「四元素」说流传了一千多年,直到1961年,英国科学家罗伯特·波义耳在发表的著作「怀疑的化学家」中对四元素说提出了质疑。

他认为「元素应该是一种没有任何掺杂物的物体。不能由其他物体造成,也不能彼此相互造成。」

之后, 法国化学家洛朗·拉瓦锡制造出了一种气体 ,他发现这种气体可以与很多非金属合成酸,因此, 把它命名为「氧」,意为酸的生成者。

对氧的研究让拉瓦锡重新定义了元素:它是任何方法都不能够分解的物质。

四元素说至此被彻底推翻。

随后,一种又一种的新元素不断被发现,到门捷列夫正式出场前,已经有63种元素被发现。

从4到63,这一过程,延续了近2000年。

慢慢地,人们意识到这些元素之间,可能会有某种关联,于是开始了探索各种元素之间规律的道路。

在很多研讨会上,化学家们都会探讨与之有关的话题。而这些讨论的人中,就有门捷列夫。

他把元素的名称、性质和原子量等等制作成了63张扑克卡牌,带到研讨会上用来展示自己所认为的元素周期律,结果受到了包括他老师在内的许多人的抨击:

这么严肃的事情,怎么可能用这么胡闹的方法来对待?

然而门捷列夫并没有因此而退缩,他很快正式撰写论文,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,因为身体突然不适,只能拜托自己的朋友帮忙展示。

幸运的是,因为这张元素周期表过于离谱,所以朋友被骂了一个体无完肤,而门捷列夫则逃过一劫。

在这张离谱的元素周期表上,门捷列夫不顾已经公认的原子量而坚持改变了一些元素的排列位置, 为了使元素能够放在他认为正确的位置,他还修订了其他一些元素的原子量,最后在表中留下了4个空格: 他认为这4种元素应该存在,只是暂时还没有被发现罢了。

元素还能预测?

当时的人们根本不信他的推论,嘲笑他不是科学家,而是占卜师。

「占卜师」门捷列夫两年后又公布了新一版的元素周期表,结果不出意外的又迎来了一波嘲笑。

然而, 在四年后的某一天,法国科学家布瓦博德朗发现了「镓」元素 。

它的大部分数据和性质与门捷列夫周期表中的「类铝」完美融合,只是密度与预测的相去甚远。

门捷列夫知道这件事后,写信给他说:我建议您重新测量一下密度。

这一次,「镓」的各项数据与门捷列夫的预测完全一致。

科学界因此震惊。

钪元素和锗元素在接下来的20年内被接连发现,至此,元素周期表上只有一个空位尚未被填上。

1937年,在门捷列夫去世30年后,这一被称为「类锰」的元素「锝」通过人工合成的方法制成了。

它成为了第一个人工合成的元素,因为锝在地球上根本没有。

遗憾的是,因为著名化学家阿伦尼乌斯的反对,门捷列夫错失了1906年的诺贝尔化学奖,并于次年死于心肌梗塞。

在他去世后,人们发现了质子和中子的存在,并用质子数对元素进行重新排列,形成了我们如今所见的元素周期表。

02

元素届四大天王

虽然「四元素说」被推翻了,但在元素届,却有着名副其实的「四大天王」:氢、氧、碳、氮。

他们是构成宇宙、地球和我们自身的最重要的因素。

碳,是人类最早发明并利用的元素之一。

直到如今,化石燃料依旧是我们主要的供能方式。

碳在我们生活中的应用多种多样:焦炭可以炼钢、木炭可以烧烤、活性炭可以用来「清洁」,碳形成的石墨可以做笔芯、可以导电;碳水化合物为人类提供生存所需要的能量。

退一万步而言,碳酸饮料,解救了无数个酷热的夏天。

但碳在地壳中的丰度只排在第十五位 ,因此,节能对我们每一个人来说都至关重要。

近年来,人们开始逐步使用新能源,比如氢能。

实际上,在地球的大气中,氢的含量并不算高。

它真的太轻了,地球的吸引力根本抓不住它。所以,大气中的氢,或者已经逃离了地球,或者在逃离地球的路上 。

氢具备很大的能量,人类用它作为燃料推动火箭登天,利用它爆炸的能量发氢弹。

有趣的是,太阳的燃烧也需要用到氢。

太阳每秒钟燃烧需要消耗6亿吨氢,这些氢被转化为5.96亿吨氦及0.04亿吨能量。

而在这0.04亿吨能量中,又有约400亿分之一的能量,降临到地球,照亮了我们的世界。

虽然氢在大气中占比不多,但它在地壳中的含量却排在了所有元素中的第十位。

这是因为绝大多数地壳中的氢都与氧结合形成了我们赖以生存的水。

在距今35亿年前,氧在空气中的含量高达35%。

或许正是因为如此,所以当时的动物体型都要比现在大上许多,有一种名为巨脉的蜻蜓,翅膀展开后,长度超过 75CM

但氧对人类的贡献不只是水和氧气。作为一种极其活跃的元素,它与众多元素结合形成氧化物,把它们留在了地壳里,让人们得以发现和利用这些元素。

那么,活跃的氧气,为何能稳定地待在空气中,不会与其他元素进行快速反应呢?

因为空气中,有一种稳定的,性格十分「冷静」的元素:氮。

氮气的存在,降低了氧在空气中的密度,使得大气维持住了一种平衡。

氮,是组成氨基酸的必要元素。氨基酸、则是蛋白质的重要组成部分。

蛋白质、脂肪和糖类,是构成生命的基本物质。

可以说, 没有氮,就没有生命。

除了组成氨基酸之外,氮还与氢元素组成了氨。

而说到氨,就不得不提到一个充满争议的发明。

德国化学家哈伯发现德国对火药的原料硝石极度依赖进口,于是经过多次努力,在1904年他发明了人工合成氨的技术。

这一发明,让当时的德国获得了战争需要的火药,但也让人们发现,氨可以用来制作氮肥,帮助农作物更好的生长,为人类提供更多的粮食。

科技的发展是具有双面性的。

元素们有的单质有毒,化合物却造福了人类。

有的本身无毒,却被开发成了具有毁灭性的武器。

03

探索未知的「先驱者」

有些元素的出现,让地球有了存在生命的可能,让人类得以更好的发展。

而有些元素,从出现开始,就威胁着人们的生命。

比如说, 磷。

300年前,德国炼金术师布兰德使磷燃烧,它金灿灿的颜色让布兰德以为自己发现了点石成金的秘技。然而,没过多久,磷燃烧完全,亮光消失,布兰德的梦想也随之破灭。

但他很快就另辟蹊径,对人体的尿液打起了主意: 水是生命之源,那么人体或许就是点石成金的秘密装置。

「毕竟,金子是黄色的,尿也是黄色的。」

于是, 布兰德收集到了很多尿,然后不停地蒸发,希望从中可以获得金子。

不幸的是,在受到了很多可以想象的「熏陶」之后,他没有找到金子,但发现了磷。

万幸的是,极易挥发,并带有剧毒的磷,并没有对他的健康造成太大的威胁。

磷,曾在二战期间被制成白磷弹,落地炸开后会不断燃烧,烧穿人的皮肤骨骼。

因为极不人道的杀伤效果,后来被列为禁用武器。

如今,磷多被用来制作磷肥,为解决粮食产量的问题做出了巨大的贡献。

与布兰德相比,氟元素的发现者们就没那么幸运了。

氯气的首位发现者舍勒在1771年制造出了氢氟酸。 据说他有一个不好的习惯,就是要亲口尝一下自己制造出来的物质的味道。

虽然不确定他到底有没有品尝氢氟酸,但可以确定的是,他在44岁英年早逝。

之后,电化学的鼻祖汉弗莱·戴维与法国科学家盖·吕萨克和泰纳都尝试使用电解法从氢氟酸中电解出氟,最后均已失败告终。弗莱·戴维只活到了51岁,而盖·吕萨克和泰纳双双中毒。

比利时化学家鲁耶特、法国化学家尼克雷皆死于氟的提取,甚至当时鲁耶特只有23岁。

最后,成功提取氟的人,是英国化学家弗雷米的学生莫瓦桑。

在经历四次中毒,多次调整实验方案后,他终于在1886年,提取出了氟单质。

1906年,门捷列夫先生错过诺贝尔化学奖的这一年,莫瓦桑获得了诺贝尔化学家奖。

在获奖的两个月后,56岁的莫瓦桑离开了这个世界。

如今,氟化工工业已经成为了重要的化工门类。

从不粘锅到汽车电池,曾让人闻风丧胆的氟,已经开始造福人类。

元素的种类虽然不多,但却构成了世间万物。

正是因为拥有无数具有好奇、探索和牺牲精神的科学家们前赴后继的投身于科学,才有了我们如今的便利生活。

人类探索未来的脚步不会停止,人类文明的前进历程更不会停止。

元素和化学,也还有更多神奇之处、未解之谜在等着我们发现。