门捷列夫到底梦到了什么?

当我们学习化学这门学科的时候，认识元素周期表都是一门必修课。面对元素周期表，我们可能会好奇门捷列夫是如何想出这样一种元素排布的方式，可以囊括当时已知的元素并能预测尚未发现的元素；也可能惊讶于组成大千世界的化学元素竟然能以如此简洁而有序的方式进行呈现。但我们可能并不知道，在这背后隐藏着2500年来人类开拓化学研究的道路从而认识世界本质的故事。

英国作家保罗·斯特拉森的作品《门捷列夫之梦：从炼金术到元素周期表》虽然以门捷列夫为题，但并非通篇介绍门捷列夫发现元素周期表的故事，实际上有关门捷列夫的内容在书中只占很小的篇幅。斯特拉森以门捷列夫和元素周期表为引子，回顾了化学发展史上的重要时刻，介绍了波义耳、拉瓦锡这些科学先驱如何点亮化学前进的道路。当然，他在书中也介绍了很多今日已经默默无闻的人物，例如接下来的文字所介绍的卡尔·舍勒，他们同样对化学的发展产生了不可估量的影响。

瑞典化学家卡尔·舍勒发现磷是骨骼的组成部分，并发明了一种更简单、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.伦德斯特罗姆获得了安全火柴的专利，这迅速为他带来了一笔财富。然而，这一切对于舍勒来说都来得太晚了，因为他在半个多世纪前就已去世，年仅40多岁。

▲卡尔·舍勒

舍勒或许是有史以来最不幸的科学发现者。在他相对较短的一生中，他所发现的元素超过了历史上任何一位科学家。然而，在他发现的所有7种元素中，他的贡献要么被掩盖，要么遭到质疑，要么被忽视。

舍勒似乎并不介意。他为人谦逊，作为一位药剂师，他的技艺无人能及。1742年，他出生在施特拉尔松德，这座城市位于现今德国的东北海岸。18世纪早期，这里仍然属于瑞典的波美拉尼亚地区，是一个世纪前在三十年战争中被征服的领土。尽管他有着德国姓氏，但舍勒认为自己是瑞典人，并用瑞典语撰写科学论文。

舍勒在十一个孩子中排行第七。由于没有钱供他上学，14岁时他就成了一名药剂师学徒。这个选择后来证明颇具远见。舍勒对化学原料有着近乎痴迷的兴趣，这使他能牢记每一种物质的性质，而且在判断化学元素构成方面具有无与伦比的直觉。舍勒很快引起了人们的注意，并最终在首都斯德哥尔摩获得了一份药剂师助理的职位。这听起来可能微不足道，但在1775年，32岁的他被选为瑞典科学院院士——这是有史以来第一位（也是最后一位）获得这一崇高荣誉的药剂师助理。

不久之后，舍勒搬到了瑞典中部的湖边小镇雪平。当地一位药剂师去世后，将药店留给了他的遗孀萨拉·波尔。舍勒买下了这家店，并建立了一个实验室以继续他的实验。他丝毫不被雪平沉闷乏味的单调生活所困扰，专心埋头工作，而萨拉·波尔和他的妹妹则负责料理家务和打理药店。偶有知名的瑞典和外国化学家会前来拜访，这总是能引起当地居民的诸多猜疑。尽管柏林、斯德哥尔摩和伦敦的教授聘书接连寄来，但都被他置之不理。这位卓越的药剂师并不想沦为茫茫教授中的普通一员。

多年来，舍勒一直饱受严重风湿病和一系列其他疾病的折磨。这些疾病几乎可以肯定是由他的实验操作导致的。舍勒坚信，必须亲自分析他所分离和发现的许多物质的性质。他的实验记录甚至包括对氰化氢味道的准确描述，这种剧毒物质即使是少量吸入或通过皮肤吸收，也会导致可怕而痛苦的死亡。这些实验记录还表明，他也可能在用味觉和嗅觉判断硫化氢特性时中了毒，这种气体具有恶臭气味和致命毒性，可以说是臭鼬和响尾蛇的结合体。

这也许是化学探索史上最激动人心的时期。摆脱了炼金术的束缚后，18世纪的化学家们终于能够探索一门全新科学的无限可能。未被发现的元素触手可及，就像钢琴键盘上的琴键一样。他们既能弹奏其中一些基本的音符，也能演奏出某些复杂的和弦。但当他们的手在键盘上摸索时，第一次逐渐意识到更大范围音域存在的可能性。在他那个时代，舍勒将这一可能性扩展到了前所未有的程度。他不仅确定了一系列动物、植物和无机酸，还发现并鉴定了多种重要化合物的成分。

坚韧的舍勒挺了过来，使他能够将注意力转向元素研究。1770年，他成为第一位制备出氯气的化学家。任何去过游泳池的人都能体会到，即便是稀释后的氯气也会让人眼睛发酸，并且气味刺鼻，舍勒仅靠自己一人进行了这种气体的测试实验，产生的影响可想而知。遗憾的是，这一次舍勒引以为傲的化学直觉却出现了偏差。他没有认识到氯是一种元素，反而坚信自己制得的气体是空气中某种成分的化合物。直到三十年后，英国化学家汉弗里·戴维（矿工安全灯的发明者）才意识到这种气体是一种元素。事实上，正是戴维根据其浅绿色外观首次将其命名为“氯”（chlorine，源自希腊语，意思是“浅绿色”）。

▲汉弗里·戴维

这位英国人戴维逐渐成为舍勒科研路上的主要竞争对手，并且在钡的发现上再次超过了舍勒。舍勒率先完成了关键的实验工作，成功分离出氢氧化钡。三十年后，戴维通过进一步研究，分离出银白色的金属钡（barium，源自希腊语barys，意思是“重的”）。如今，钡被用于制造合金，用于吸收真空管中的杂质。

类似的遗憾在钼的发现上重演，这种金属后来成为步枪枪管所用钢材的一种重要成分。舍勒先是得到了一种物质，他确信其中含有一种新元素，并推测这种元素可以在高温条件下被分离出来。但由于没有熔炉，他把这种物质交给了他的朋友，年轻的化学家彼得·海基尔姆，他现在被认为是发现钼的人。大约在同一时期，舍勒还成功地将制取锰的方法传授给了他的朋友、矿物学家约翰·甘恩。（英语中的“锰”是manganese，错误地取自拉丁语magnes，意思是“磁铁”，被认为具有分解水的特性。）

从这些发现可以看出，这些年来，瑞典正在发展出一个先进而有能力的化学家群体。这些先驱者将在化学的发展中发挥重要作用。瑞典在科学领域做出了全方位的贡献。这一时期，林奈奠定了现代植物学的基础；摄尔修斯确立了温度计的刻度；在福特之前的两个世纪，发明家波尔赫姆就构想出了装配线工厂。这一切都发生在一个仅有200万人口、位于欧洲边陲的国家。瑞典对这一时期科学革命的贡献不逊于任何其他国家。18世纪堪称瑞典的黄金时代。到这一时期末，随着工业革命在欧洲蔓延，瑞典供应了全球三分之一以上的生铁。瑞典东印度公司的贸易航线远达日本；而著名神秘主义作家斯维登堡也不甘示弱，创作了多部著作，生动翔实地描绘了他游历天堂和地狱的经历。就连国王古斯塔夫三世也参与创作了一部歌剧（他后来在斯德哥尔摩歌剧院被枪杀，不过这与对该剧的评价毫无关系）。

与此同时，在雪平省的偏远地区，舍勒继续着他那费力不讨好的化学元素研究。此时瑞典的化学成就开始引起国际关注。两位西班牙学生——唐·何塞和唐·福斯托·德埃尔胡亚尔兄弟，前来拜访舍勒。在会面中，舍勒解释了他是如何从白钨矿（这种矿物后来以他的名字命名）中获得一种他称之为“钨酸”的物质。大约一年后，德埃尔胡亚尔兄弟成功地从这种物质中分离出了钨元素，在瑞典语中，“钨”的意思是“重石”。这种元素日后将被用于制造灯丝。德埃尔胡亚尔兄弟后来移居美洲，唐·福斯托在那里担任墨西哥矿业总监。

舍勒最重要的工作是在气体领域，这一领域后来被证明对化学的下一个重大进展至关重要。舍勒成功地证明空气包含两种不同的成分，其中只有一种能支持燃烧。他将其中一种命名为“火空气”，另一种命名为“变质空气”。他成功地从后者中分离出氮元素，但他不知道苏格兰化学家丹尼尔·卢瑟福（小说家沃尔特·斯科特的叔叔）4年前就已经完成了这项工作。不过，舍勒最伟大的成就是发现了“火空气”，也就是氧气。正如我们现在所知，这种元素在许多最重要的自然化学反应中扮演着主要角色，它是打开化学未来大门的关键元素。1772年，舍勒首先通过加热氧化汞制得“火空气”——氧化汞容易分解成汞和氧气。他在他唯一出版的著作《火与空气的实验》中记述了这个实验。然而，由于出版商的一系列失误（这些都不是舍勒的过错），这部著作推迟到1777年才最终面世。此时，英国化学家约瑟夫·普里斯特利已经发表了对同一实验的描述，因此抢先获得了这一最重要元素发现的荣誉。

▲约瑟夫·普里斯特利

舍勒毫不气馁地继续他细致入微的研究，取得了许多远远领先于时代的原创性成果。其中最具代表性的是他发现了光对含银化合物的作用。半个世纪后，法国艺术家和发明家路易·达盖尔利用这一效应发展了摄影术（photography，字面意思是“用光书写”）。

然而，长期从事化学实验分析最终损害了舍勒的健康。1786年，40多岁的他患上了重病，症状表明是汞中毒。在病床上，他与寡妇萨拉·波尔结婚，以确保她能重新继承药房，没几天他就去世了。舍勒曾与欧洲各地的顶尖科学家广泛通信，他在学术交流中展现的慷慨精神或许永远无法被完全认知。就像他的诸多发现一样，他对化学发展的影响似乎注定被历史所忽视。

（本文摘编自《门捷列夫之梦：从炼金术到元素周期表》第八章“从未见过的东西”，配图和标题为编者所加）

书名：《门捷列夫之梦：从炼金术到元素周期表》

‍♂️ 作者：[英]保罗·斯特拉森 翻译：王加祥

内容简介

化学究竟是什么？这是个跨越千年的漫长故事。从古希腊哲学家第一次思考世界由什么构成，到中世纪炼金术士对“点石成金”的执念……化学，这门古老的学科在哲学思辨和神秘主义的迷雾中艰难萌发。人们渴望理解自然的构成，掌握改变物质的力量，而这些知识往往来自泥泞、火焰和烟雾。

在这里，你将会认识一群充满热情，甚至有点疯狂的化学家。他们中有像帕拉塞尔苏斯这样特立独行的江湖医生，也有像波义耳、拉瓦锡这样奠定现代化学基础的科学先驱。你会看到他们的奇思妙想和不懈探索，他们的成功与谬误。故事的高潮，无疑是俄国化学家门捷列夫的灵光一闪——元素周期表不仅优雅地归纳了已知元素，更以惊人的准确度预言了未知世界，为化学世界带来了前所未有的清晰秩序。

本书并非门捷列夫的个人传记，也不仅仅是一部线性的化学编年史。我们将跟随作者穿梭于历史长河，探索梦想如何实现，目睹人类智慧如何创造奇迹。