门捷列夫晚年的失误
永远受到赞美并以崇敬之情来充实、丰富精神的东西，到现在为止还只有两个：一是布满繁星的天，二是载有道义的地。这是哲学家康德所说的。现在看来还应当再加上一条，这就是贯穿于包罗万象物质世界中的这种统一。
——门捷列夫
1869年从俄国传来了令欧洲科学界极为惊讶的消息：出生于西伯利亚的俄国化学家门捷列夫（Д.И.MeH eлeв，1834—1907）宣称，他用他制定的周期表可以预言还没有发现的化学元素和它的性质。他说：
俄国化学家门捷列夫
有一种元素还没有发现，我给它取名为“类铝”，这是因为它的性质与金属铝很相似。人们可以去证实它、寻找它，它一定会被找到的。
这个预言让人们哗然。还有令人惊诧的呢！这位西伯利亚的预言家还预言了两个元素，一个他称为“类硼”，是一个性质类似于硼的元素，门捷列夫还大胆地预言了它的原子量；另一个元素的物理、化学性质都由他作出了详细的描述。人们奇怪，这个名不见经传的门捷列夫，怎么能够预言这些从来没有人看见过、也没有人制出过的元素呢？
化学史上也确有人预言过新的元素，如洛克耶（Sir Joseph Norman Lockyer，1836—1920）和弗兰克兰（Edward Frankland，1825—1899），曾预言“氦”（Helium，即太阳之意）元素在存在。但他们是通过实验的结果作出预言的，而门捷列夫像是一个巫师对着神灯默默念着咒语那样，完全靠自己的大脑作出这些预言的！
门捷列夫可真是一位令人不可思议的人啊！
（一）
门捷列夫出身于一个勇敢的拓荒者家庭。在他出生前100多年，俄国伟大的君主彼得大帝（1672—1725）就决心使俄国强盛起来。在靠近西方边界的一块沼泽地上，他建立了一个现代化大城市，那就是今日的圣彼得堡，它成了通往西方的窗口。除了向西欧学习以外，彼得大帝还努力将俄罗斯文化向它的东部传播。到了1787年，门捷列夫的祖父在西伯利亚的图波尔斯克创办了第一家报纸。
1834年2月7日，门捷列夫诞生了，他是家中14个小孩中最小的那个。他的父亲毕业于圣彼得堡大学附属师范学院，因具有自由思想和同情十二月革命党人。因此又把他贬回西伯利亚，在图波尔斯克一所中学当校长。不幸的是门捷列夫出生后不久，父亲就因眼疾而双目失明，不得不辞去校长的职务。一个原本十分幸福的家庭遭到了第一次严重的打击。
由于父亲微薄的退休金无论如何也养不活这个大家庭，于是母亲玛丽娅·柯尼洛夫只好把家迁到她的娘家所住的城镇，经营起一座她的祖辈遗留下来的破落的玻璃厂。这是西伯利亚第一家玻璃厂。靠着母亲的坚韧和勤劳，玻璃厂经营得还十分顺利。
当时，西伯利亚的一些城镇，多是政治犯的流放地。门捷列夫的姐姐与一个十二月革命党人相好，门捷列夫正是从这位未来的姐夫那儿，学到了最初的基础科学知识，培养出对自然科学的兴趣。
1849年，门捷列夫刚从高中毕业，更大的不幸向他们家庭袭来：一是他父亲因传染病去世，二是他母亲的玻璃厂被一场大火烧毁了。生活的艰难考验着他们一家，尤其是年岁已老的母亲！
由于门捷列夫从小聪明过人，所以母亲决心要让他受到完整、良好的教育。她常常对孩子们说：
“只为了担心自己的身体而白活一辈子，那真是毫无意义；一天里哪怕有一点点自由支配的时间用在学习上，那就是十分幸福的。”
现在玻璃厂也毁了，丈夫也去世了，门捷列夫的母亲决心抛弃不值几文钱的家庭，领着门捷列夫和一个比他稍大的姐姐，毅然到遥远的莫斯科，期望最小的儿子能在那里上大学。
经过冰天雪地的极艰难的长途跋涉，他们终于来到莫斯科。但由于成绩不够理想，门捷列夫没有考上大学。望着极度失望的母亲，门捷列夫追悔莫及，这是对他在中学不努力学习严厉的惩罚。他此后从没有忘记母亲失望的眼神，每当他稍有懈怠，这眼神就向他逼来，使他奋起。
坚强的母亲没有放弃希望，她又带领孩子再次长途跋涉来到圣彼得堡。她决心已定：圣彼得堡不行，就去柏林，再不行，去巴黎。不管天涯海角，一定要让小儿子上大学！
总算幸运的是，在圣彼得堡大学附属师范学院遇见了门捷列夫父亲的好友，他现在是院长。在他的帮助之下，门捷列夫以官费生的待遇进了该院理学部。坚强、温柔的母亲宽慰地笑了：她完成了她的夙愿。但她的精力也枯竭了，1850年9月，门捷列夫成了大学生，他的敬爱的母亲却撒手西归！
哀哀父母，生我劬劳！……哀哀父母，生我劳瘁。……拊我育我，长我育我，顾我复我，出入腹我。欲报之德，昊天罔极！
门捷列夫的心碎了！他几乎失去活下去的勇气。但一想到母亲在莫斯科那失望的眼神，他奋起拼搏，决心以最优秀的成绩回报母恩！后来他在一篇纪念母亲的短文中写道：
我的这项研究是为了怀念母亲和献给母亲而作的。我的母亲作为一位妇女来经营工厂，用她的汗水抚育幼子，以身示范熏陶我，以真诚之爱鼓励我。为了能让儿子献身于科学事业，从遥远的西伯利亚长途跋涉来到这里，耗尽了她的全部物力和精力。临终之前还告诫我：“不要依靠幻想，不能依靠空谈，应该依靠实际行动，应该追求自然之神的智慧、真理的智慧，并要经久不倦地追求它。”……母亲的这些遗训将永志不忘，铭刻在心。
——Д.И.门捷列夫，1887年10月。
1855年，门捷列夫以全班第5名的成绩大学毕业。由于在大学学习期间用心过度，加之丧母之哀不时袭上心头，所以在毕业时身体十分糟糕，不时咳血。医生建议他毕业后到气候温暖的地方工作。这样，门捷列夫就选择到俄国南方的克里米亚一所中学任教。
（二）
1856年，门捷列夫又回到彼得堡，成为彼得堡大学的编外讲师；不久又被聘为副教授。这样，在1857年初，他就正式登上了彼得堡大学的讲台。1859年到1862年门捷列夫获准留学法国和德国。在留学期间他有幸参加了1860年在德国西南部城市卡尔斯鲁厄（Karlsruhe）召开的第一次国际化学会议。
这次会议是由德国著名化学家凯库勒（Friedrich A.Kekule，1829—1896）建议召开的，当时化学界正处于一片混乱之中，由于分子论没有建立，化合物的原子构造式五花八门，严重阻碍了国际化学界的交流和推进。HO既可以代表水，又可以代表过氧化氢；CH2可以代表甲烷，又可以代表乙烯；连一个简单的有机物醋酸CH3COOH竟有19种不同的化学式！凯库勒和化学界普遍希望能在这次国际化学会议上解决这种混乱局面。
会议上争论是十分激烈，几乎无法统一，各国化学家各执一说，相互不肯让步。幸亏到快散会时，一位不出名的意大利化学家康尼查罗（Stanislao Cannizzaro，1826—1910）向参加会议的各国的化学家指出：
“只要我们把分子和原子区别开来，那么，阿伏伽德罗的分子论就和已知事实毫无矛盾。”
由于康尼查罗的热情和有力的宣传，新时代的化学终于有了坚实的基础，澄清了错误，统一了分歧意见。这次大会除了取得了这些重大成就以外，它还促使一位名不见经传的新手为化学的发展，作出了卓越贡献。这位新手就是当时正在德国留学的门捷列夫。门捷列夫后来曾经说过：
周期律的思想出现的决定时刻在1860年，那年我参加了卡尔斯鲁厄会议。在会上我聆听了意大利化学家康尼查罗的演讲，他强调的原子量给我很大的启示。当时，一种元素的性质随原子量递增而呈现周期性变化的基本思想，冲击了我。
我们似乎可以说，正是出席了这次会议，门捷列夫才有了明确的研究方向和奋斗目标，才正式走进了巍峨的科学殿堂。
意大利化学家康尼查罗
1862年，门捷列夫回到了彼得堡大学，在教学之余，他从事科学著述。在60天时间里，他编写出500页的有机化学教科书，为此他获得托米多夫奖金。1863年，他当选为技术学院的教授，完成题为《论酒精与水的化合作用》的博士论文。彼得堡大学这时发现，门捷列夫不仅是一位多才多艺的天才教师，而且还是一位化学哲学家和技术精湛的实验专家，于是彼得堡大学在 1866年聘他为该大 学化学系教授，1867年又提升为化学教研室主任。
接着，划时代的1869年来到了。门捷列夫在此之前，尽力从各种可能的渠道收集有关元素的资料，并利用这些资料，用表格形式反复排列这些元素，希望揭开其中隐藏的规律。有时，他不得不花很多时间来查找遗漏的资料，以完善他的表格。
门捷列夫把已搜集到的63种元素的全部资料，包括已经知道但还没有分离出来的氟，进行了仔细分析后，把它们按元素的原子量从1（氢）到238（铀）排列起来。它们的性质各不相同，有些是气体、液体，有些是固体；有的是金属，有的是非金属；金属中有的很硬，有的又很软；有的金属很重，例如锇比水重22.5倍，有的又很轻，如锂可以浮在水面；金属在一般情形下大都是固体，但汞却是液体……这真是一个五光十色、变化万千的迷宫啊！多少优秀化学家进入了这座迷宫后，都被弄得晕头转向，只好望洋兴叹。
现在门捷列夫也走到了这座迷宫前面，他也思考着几乎是同样的问题；在这几十种元素中，能够找到某种秩序、某种规律吗？门捷列夫是一位科学家，也是一位哲学家，他不相信这些元素真会杂乱无章，毫无秩序，他坚信其中必然存在某种内在的规律。
也许，按原子量的大小把元素排列起来，会有什么规律呈现出来？
门捷列夫知道，英国化学家纽兰兹（John Alexander Reina Newlands，1837—1898）在3年前，曾在英国皇家学院的会议上宣读过关于元素按原子量大小排列的论文。纽兰兹把元素排列与钢琴上的八音键相比较，结果他发现：按排列顺序往下数，每第八个元素的性质与第一个元素的性质十分近似，这使他大吃一惊。因此，他把他制作的元素排列表称为“八音律”。
英国化学家们听了纽兰兹的论文后，许多人都嘲笑他。著名化学家福斯特（Sir Michael Foster，1836—1907）教授毫不留情面地质问纽兰兹：
“您为什么不按元素的第一个字母的排列顺序去研究元素呢？真是异想天开，竟然想到化学元素与钢琴的键相比较！”
人们也都觉得纽兰兹的“八音律”纯属无稽之谈。经过这次打击，纽兰兹放弃了化学研究，从事制糖工业。他的八音律也逐渐被人们遗忘。
机敏的门捷列夫没有陷进同样的泥坑。他用63张卡片写下所有已知元素的名称和最重要的性质，把它们钉在实验室的墙上。然后，他小心地反复核对这些卡片，找出性质类似的元素，再把它们归到一排钉到墙上……久而久之，一种引人注目的规律逐渐清晰地呈现在门捷列夫眼前。
门捷列夫把63种元素排成7组，用锂（原子量为7）开头，接着是铍（9）、硼（11）、碳（12）、氮（14）、氧（16）和氟（19）；下一组开头是钠（23），这个元素的物理和化学性质都非常接近于锂，所以他把钠排在锂下面。接着他又依序排下了5个元素，在这一组最后排下的是氯，在氟的下面，而氯的性质又正好与氟很相似。按照类似的方法，他把其他元素一一排列下去时，他注意到有一种奇妙的秩序出现了：每个元素在这张表上似乎都有它们自己“恰当”的位置。例如：非常活泼金属锂、钠、钾、铷、铯都归到了一个组里；而极其活泼的非金属氟、氯、溴、碘又都出现在第七组里。看来，元素的性质“是它们原子量的周期性函数”，即：按原子量大小顺序排列所知道的元素，元素的化学性质呈周期性变化，每7个元素重复一次。
啊，这是一个多么美妙而又简单的规律啊！
（三）
1869年3月6日，在圣彼得堡大学召开的俄国化学会议上，门捷列夫宣读了题为《元素属性和原子量之间的关系》的论文，阐述了他划时代的元素周期律。
俄国和全世界科学界因此而沸腾了起来。
一个好的（或能够被人承认的）理论，除了它能概括、统一许多在此之前看来杂乱无章的现象之外，它还应该预言许多新的现象。一旦这些预言得以证实，这个新的理论就会被人们承认是一个成功的理论。纽兰兹的八音律之所以迅速被人抛弃，并不是因为它完全不合理，而是它没有作出任何预言。而门捷列夫却根据他的周期律作出了令人叹绝的预言。
当门捷列夫按元素原子量大小顺序排列63种元素时，他发现一个令他忧心忡忡的问题。按原子量，元素碘（当时测出的原子量为127）应该放在元素碲（128）之前，但按照元素性质的周期变化，碘却应该放到碲的后面。为什么颠倒了呢？难道元素周期律纯属子虚乌有？难道他的发现又是竹篮打水一场空？
门捷列夫思考再三，确信他发现的周期律不会错。于是，他大胆预言碲的原子量被它的发现者弄错了，碲的原子量绝不可能是128，应该是在123-126之间。这一预言一经公布，立即遭到许多著名化学家的嘲笑和反对，但门捷列夫没有胆怯，更没有退缩，他还是果断地把碲放到碘之前，虽然他暂时只能用错误的碲原子量。数年以后，他的预言被证实了，碲的原子量的确小于碘的。这真可以说是化学元素发现史上最富有戏剧性的事件。
还有一个相同的例子。金的公认的原子量当时是196.2，铂的是196.7，但按元素性质的周期律，铂应在金在前面。那些不相信元素周期律的人，又开始嘲笑起门捷列夫的发现了。但门捷列夫再次断定，问题决不出在他的周期律上，而是金或铂的原子量测得不精确。他劝嘲笑者们不要急于做傻事，事实将会证明他是正确的。结果，还是门捷列夫对了！人们开始认为，这个俄国人的周期律，几乎是不可思议地精确。
另外还有一类预言，不仅令人叹服门捷列夫周期律的正确，而且让人惊讶人的理论思维威力之伟大！当时化学家们（包括门捷列夫本人）只知道63种元素，并不知道元素多达92种。因此在排列元素时，他肯定会碰到“空位”，即在元素周期表上有些未知元素的位置暂时空缺。现在我们当然可以轻松地说：
“啊，他碰上了空位呀！”
可是当时这些“空位”几乎可置门捷列夫周期律于死地！如果不假定周期表上有些暂时空缺的位置，死板地把63种元素一个接一个地排下去，那就根本显示不出什么“周期”的规律了，伟大的“和谐”也根本不存在，一切又将显得毫无秩序。门捷列夫“火眼金睛”，预见到了这一巨大的危险，预言周期表上一定有空位。例如，在第3组的钙和钛之间，门捷列夫预言有一个空位。他说：
“这里应该有一缺位元素，在以后发现它时，它的原子量比钛小，排在钛之前。”
因为空位出现在硼的下面，所以这个暂时没有发现的元素，其性质一定类似于硼；门捷列夫据此把预言中的元素取名为“类硼”。与此类似，门捷列夫还预言了“类铝”和“类硅”。他一共预言了3个尚未发现的元素，留给他同时代的化学家去寻找、去证实。
门捷列夫在宣读他的周期律时，没有忘记前人的功劳，他特别强调：
我综合了1860年到1870年许多同时代化学家所得到的知识，这个规律正是这种综合的直接结果。
说得很对。事实上，法国的赞科托伊斯，德国的斯特瑞切尔，英国的纽兰兹，还有美国的库克，都曾注意到元素有某种规律的类似性。更令人注意的是，德国化学家迈耶（Julius Lothar Meyer，1830—1895），他几乎与门捷列夫同时得到周期律。这说明发现这个伟大的定律的时机已经成熟了：发现了足够多的元素；原子量的精确的测定；原子性质的深入研究……正是有了这些研究成果，才有可能使得元素性质周期规律显示出来。门捷列夫早出生一代，尽管他异常聪慧，也是不可能发现周期律的；如果他迟出生十年，那么发现这个规律的荣誉恐怕就归迈耶得去。
1875年，元素周期律发现后的第6年，法国化学家布瓦博德朗（Paul Lecoq de Boishaudran，1838—1912）在分析比利牛斯山的闪锌矿时，发现了“类铝”（学名为镓）。更有意思的是，当门捷列夫看了布瓦博德朗的文章以后，立即写信告诉布瓦博德朗，指出他的测定一定有误。根据门捷列夫的推算，镓的比重应该在5.9—6.0之间，而不会是布瓦博德朗测定的4.7。布瓦博德朗大为惊奇，因为他知道他本人是唯一据有镓的人，但门捷列夫却似乎比他更清楚镓的性质。开始布瓦博德朗不相信门捷列夫的指正，但重新提纯了镓之后，测得它的比重果然如门捷列夫所预料的那样，是5.94。他感慨万分地说：
“我认为没必要再来说明门捷列夫这一理论的巨大意义了。”
但是，仍然有许多人不相信门捷列夫的预言，他们争辩说：
“这纯粹是学识浅薄的人的一种异想天开式的幻想，只有笨蛋才相信人们竟然能够如此精确地预言一种新元素！”
怀疑者还不厌其烦地引用“近代化学之父”拉瓦锡说过的话，来证明自己的怀疑和反对是有道理的，因为拉瓦锡曾说过：
“对元素的性质和数目的认识，我们只能被限制在形而上学的范围内，而它能给我们提供的只是一些不确定的问题。”
但是，到1886年又爆出了新消息：德国的温克勒（Clemens Winkler，1838 —1904）发现了一种新元素，它与门捷列夫预言的“类硅”相吻合。寻找一种新元素一直是化学家最热衷的研究课题。但是如何寻找新元素呢？以前由于没有正确的科学理论指导，因而在寻找时带有极大的盲目性，许许多多科学家耗费终生精力而一无所获。温克勒这次却十分幸运，因为他知道并相信门捷列夫的周期律。门捷列夫预言，有一个空位元素“类硅”，它的原子量大约是72，密度为5.5，它可以与酸作用……温克勒正是沿着这条线索开始寻找“类硅”。他从银矿中分离出一种原子量为72.2，密度为5.5的银白色物质，它在空气中加热后形成的氧化物与预计的一样；它的沸点也正好与门捷列夫预言的一致。毫无疑问，门捷列夫的第二个预言又实现了。
两年以后，瑞典化学家尼尔逊（Lars Nilson，1840—1899）分离出了门捷列夫预言的“类硼”。
美国科学家博尔顿赞叹说：
元素周期律使化学有了预见功能，而以前人们一直认为只有天文学才有这种特殊的荣誉！
博尔顿道出了人们心中对门捷列夫周期律的赞美之情。
（四）
爱因斯坦曾经说过：“科学史只写某某人取得成功，……这不公平。”在我们中国，似乎特别喜欢为某些人（如上级、名人……）设立一些忌讳，对这些人只歌功颂德，而不愿触及他的错误、失败……这的确“不公平”。而且也无益于读者。
正当门捷列夫经受了种种嘲弄、反对的考验后，赞美的言辞以及他科学思想的局限性，又使他犯下了种种错误，甚至在某种程度上还成为科学进步的障碍。这段历史想必对读者也会大有教益。
门捷列夫根据归纳法和大胆的想象，总结出优美和谐的元素周期律，这的确赋予了化学以崭新的面貌，成为化学史上继道尔顿原子论之后的又一个光辉的里程碑。但门捷列夫并不清楚，为什么元素的性质会随原子量的递增而呈现周期性变化；归纳法不可能告诉他更深层的本质原因。在这种情形下，门捷列夫过分看重和强调原子量变化对元素性质的影响，而且错误地把原子量的变化视为元素周期律的不可动摇的、唯一的基础。前面提到的几次辉煌胜利，更使门捷列夫的思想凝固在这个地方了。于是，错误发生了……
我们在现代的元素周期表上可以看出，氩的原子量为39.94，而在它后 面的钾的原子量是39.098；钻为58.9332，而它后面的镍是58.70；碲 是127.6，它后面的碘是126.9045。为什么这三对元素在周期表中的排列不按原子量递增的顺序？这个问题难不住现在的高中学生，因为我们知道元素的性质是由核外电子的数量来决定的。但当时门捷列夫和他同时代的化学家们还不知道原子还有结构，他们的信仰是原子是不可分的。所以在遇到上述违犯周期律的3对元素以后，他立即以不可置疑的信心说：
“氩和钾，钻和镍，碲和碘这三对元素的原子量测定有错误。”
事实上，门捷列夫直到去世以前，一直认为这3对元素的原子量测量有误。在后来稀土元素再次出现类似情形时，他仍然不惜改变一些元素的原子量以满足他的元素周期律。
元素周期律是伟大的，这是人所公认的事实，但如果因此就认为元素周期表是尽善尽美，老虎的屁股摸不得，那恐怕就过分了。事实上门捷列夫就因此犯下了另一个错误。那是1894年，英国科 学家拉姆赛（Sir William Ramsay，1852—1916，1904年获得诺贝尔化学奖）和瑞利 （Lord Rayleigh，1842—1919，1904年获得 诺贝尔物理学奖）发现了惰性气体氩。氩的发现似乎对门捷列夫的元素周期表构成了威胁，因为周期表上没有给这种元素留下空位，如果硬塞进去，又会引起巨大的混乱。所以氩的发现引起了化学界巨大的反响，人们似乎觉得已经建立起的化学宫殿将可能倒塌、毁灭。但拉姆塞却看出，这正是扩建宫殿的大好时机。1894年5月24日，拉姆塞给瑞利的信中写道：
英国化学家拉姆赛
“您可曾想到，在周期表第一行最末的地方，还有空位留给气体元素这一事实吗？”
英国物理学家瑞利。以上两人发现惰性元素。
这年8月，英国科学协会在牛津开会，拉姆塞和瑞利向科学界宣布了第一种惰性气体的发现；会议主席马丹（H.G.Madan）建议，把这第一个惰性气体取名为Argon（氩），意即“懒惰”。
世界科学界知道了瑞利和拉姆赛的重大发现之后，都十分惊骇。门捷列夫这时也似乎不够冷静，他唯恐新发现会破坏了他的周期律，因而在1895年俄国化学会议上宣称：氩的原子量是40，这显然不适合周期律，因为后面的钾是39,氩只能排在钾后；但这样排列又造成周期表更大的混乱。据此，门捷列夫说氩不是一种新元素，而“密集的氮”N3。但后来光谱实验证实氩的的确确是一种新的元素。拉姆赛和瑞利并将氩列入“零族”。以后，零族元素氦、氖、氪、氙和氡果然先后被发现了，周期律不但没有被破坏，反而更加完善和美妙。可惜门捷列夫由于严重的作茧自缚的心理，阻塞了自己的思路，丧失了继续探索的勇气，在惰性气体的发现历程中，不但没有起促进作用，反而阻碍了它的前进。
除了上述心理上的误区以外，门捷列夫科学思想上的局限性也曾阻碍他接受新发现。他的周期律是对道尔顿原子论的一个绝佳的证实，这是明显的事实。门捷列夫本人也的确是一位原子论的捍卫者，但他也同时接受了“原子是不可分”的这样一个颇有局限性的科学思想，并把它奉为圭臬和不能改变的金科玉律。因此，当J.J.汤姆逊声称他发现了比原子更小的粒子——电子的时候，门捷列夫立即表示反对。他说：
承认原子可以分解成电子……只会使事情复杂化，丝毫也不能把事情变得更清楚。……元素不能转化的观念特别重要，它是整个世界观的基础。
门捷列夫不仅自己不相信原子还有结构，而且还极力鼓励他的学生们反对电子理论。我们也许会记得，当年汤姆逊在公布电子的发现时，他曾经开心地说：
“有不少人认为我声称发现了电子，纯粹是在糊弄人。”
看来，门捷列夫正是这“不少人”中的一个，而且恐怕是其中很重要的“一个”！