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德米特里·伊萬諾維奇·門捷列夫
來源:互聯(lián)網(wǎng)

德米特里·伊萬諾維奇·門捷列夫(俄語:Дми?трий Ива?нович Менделе?ев,英語:Dmitri Ivanovich Mendeleev,1834年2月7日-1907年2月2日),俄羅斯著名化學家、科學家、進步的社會活動家。

門捷列夫在中學時期已在自然科學和數(shù)學學科中體現(xiàn)出他的學術潛力。1850年入圣彼得堡主要教育學院學習化學,1855年取得教師資格,并獲金質獎章。1856年,他碩士畢業(yè)于圣彼得堡主要教育學院,隨后開始其科研生涯。1860年9月在德國舉行的首屆化學會議促使門捷列夫編寫了俄語教科書《有機化學》,以及在1865年完成其博士論文《論酒精和水的化合物》的答辯。門捷列夫曾任圣彼得堡國立大學、圣彼得堡科技學院的化學教授,是多個協(xié)會、學會的會員。在晚年結束教授生涯后,他開始管理度量衡倉庫,后擔任計量總局局長。

1869年,門捷列夫通過自制卡片記錄元素性質并按原子量排列,創(chuàng)作了第一張化學元素周期表,還預測了三種當時尚未發(fā)現(xiàn)的元素(鍺、鎵和鈧[kàng]),并獲實驗證實。他是元素周期表的發(fā)現(xiàn)者,他編著的《化學原理》被國際化學界公認為標準學術著作,前后重版八次,影響了一代又一代的化學家,至今仍在化學界具有顯著地位。除了發(fā)現(xiàn)元素周期律外,門捷列夫還研究過氣體定律、氣象學、石油工業(yè)、農(nóng)業(yè)化學、無煙發(fā)射藥、度量衡等,在這些領域做出了不同程度的貢獻。主要的成果包括提出臨界溫度、對石油成分的研究、在俄羅斯引入公制、設計破冰船、開發(fā)無煙火藥等。

門捷列夫一生中曾獲1905年倫敦皇家自然知識促進學會科普利獎章、戴維獎章(1882年)等獎項,但遺憾的是三次錯失諾貝爾獎。為紀念門捷列夫,全俄計量研究所以門捷列夫的名字命名,聯(lián)合國大會宣布2019年為國際化學元素周期表年,聯(lián)合國教科文組織設立了俄羅斯門捷列夫國際基礎科學獎。此外,還有以門捷列夫命名的自然事物和科學事物,如1955年人工合成的101號化學元素(鍆[mén])、月球隕石坑等。

人物生平

早年求學

1834年2月8日(舊版說法為1月27日),德米特里·伊萬諾維奇·門捷列夫出生在西伯利亞小鎮(zhèn)托博爾斯克的一個東正教家庭。門捷列夫的父親是伊萬·巴甫洛維奇·門捷列夫,他是一名中學教師,母親是瑪利亞·德米特里耶芙娜·門捷列夫(Maria Dmitrievna Mendeleev)。門捷列夫是家里17個孩子中(其中3個孩子在出生時死亡)年紀最小的。

1841年,門捷列夫進入中學學習,在自然科學和數(shù)學學科中取得優(yōu)異成績,于1849年完成學業(yè)。此前,父親伊萬病逝于1847年,母親瑪利亞獨自經(jīng)營的玻璃廠也于1848年被大火燒毀。

盡管經(jīng)濟拮據(jù),但瑪利亞認識到門捷列夫的學術潛力,并決定將對他的教育放在首位。她帶著孩子們先后前往莫斯科、圣彼得堡求學,但被莫斯科國立大學和圣彼得堡國立大學拒絕。最后門捷列夫進入了父親的母校圣彼得堡主要教育學院(St. Petersburg's Main Pedagogical Institute)學習。

1855年,門捷列夫發(fā)表了《與晶體類型和組成之間的其它關系有關的同構》。1856年,門捷列夫畢業(yè)于圣彼得堡主要教育學院(St. Petersburg's Main Pedagogical Institute),碩士論文題目為《論比容》。這兩篇文章標志了他最早對物理化學領域的涉獵。隨后門捷列夫進入圣彼得堡帝國大學有機化學系工作。

科研生涯

1859年-1861年,門捷列夫在國外學習。他先去了巴黎,隨后又獲得了在海德堡學習的獎學金。在海德堡期間,他進入了羅伯特·本生(Robert Wilhelm Bunsen)的實驗室工作。

1860年9月3日至5日,門捷列夫在德國卡爾斯魯厄參加了首個國際化學會議。弗里德利?!P庫勒(August Kekulé)、羅伯特·本生(Robert Bunsen)和邁克爾·法拉第(Michael Faraday)等化學傳奇人物出席此次會議,會議的主要目的是建立化學標準化的方法,會議結果是使化學界采用了統(tǒng)一的原子量分配系統(tǒng)。

1861年2月,門捷列夫回到俄羅斯,在圣彼得堡大學授課?;瘜W會議對門捷列夫影響巨大,使他出于對俄羅斯在化學科學方面落后于德國的擔憂,編著了一本500頁的俄語教科書《有機化學》。同年起,門捷列夫開始在多所學校任教。

1862年,門捷列夫在姐姐的壓力下娶了費奧茲瓦·列什切娃(Feozva Leshcheva),他們育有兩個孩子:弗拉基米爾和奧爾加。這不是一段幸福的婚姻,兩人分隔異地,門捷列夫優(yōu)先考慮他在圣彼得堡的工作,而他的妻子獨自帶著孩子住在莫斯科附近400英里外的地方。

1863年,計價和評估部要求門捷列夫進入酒精計檢查委員會,門捷列夫開始在該領域進行研究,并在1864年5月至9月的旅途中繼續(xù)計算和處理論文的實驗數(shù)據(jù)。1865年,門捷列夫完成了為博士論文《論酒精和水的化合物》的答辯,并于次年在圣彼得堡大學獲得終身教職。

1865年-1872年,門捷列夫一直在圣彼得堡大學擔任教授職位。60年代后期,他對農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)化學產(chǎn)生了濃厚的興趣,并在博布洛沃莊園工作。此外,他還積極投身于自由貿(mào)易協(xié)會(Free Economic Society)的工作。

1868年,俄羅斯化學協(xié)會(Russian Chemical Society)成立,門捷列夫是創(chuàng)立成員之一。

1869年3月6日,在圣彼得堡舉行的俄國化學學會會議上,門捷列夫的同事尼古拉·門舒特金 (Nikolai Menshutkin) 向聽眾宣讀了門捷列夫的一篇論文,題目是“性質與元素原子量的關系”。門捷列夫使用兩組數(shù)據(jù)對化學元素進行了完整的分類,提出了元素周期表。

1870年末,門捷列夫首次使用“元素周期表”一詞。1871年,他提出元素周期律的具體概念。同年,他被選為巴黎科學學會和德國化學家協(xié)會的成員。

職業(yè)生涯

1871年12月,門捷列夫轉向了對氣體物理的研究。盡管對這個領域的研究并未得到預期的結果,但這對門捷列夫后來的研究有所幫助,包括他的關于液體物理學的論文,以及在氣象、計量、介質、阻力、航空等領域的研究。

1875年,門捷列夫預測的新元素“鎵”被博伊斯博德蘭(Paul-émile Lecoq de Boisbaudran)發(fā)現(xiàn)。

1876年,門捷列夫代表俄羅斯政府前往美國賓夕法尼亞州。他在費城參加了國際土壤和礦山藝術、制造和產(chǎn)品展覽會(百年博覽會),在博覽會展示了他在研究不同溫度下的氣體后開發(fā)的差壓氣壓計。

門捷列夫從美國返回俄羅斯時,帶回了新生石油工業(yè)的信息,使俄羅斯政府將大部分的巴庫石油儲量移交給開始使用美國鉆井技術的私營企業(yè)家,其中包括路德維希和羅伯特·諾貝爾(Ludwig and Robert Nobel),后者是諾貝爾獎創(chuàng)始人阿爾弗雷德·諾貝爾(Alfred Nobel)的兄弟。到1870年代后期,諾貝爾兄弟中國石油天然氣集團有限公司主導了石油行業(yè),建造了管道并開發(fā)了第一艘橫跨里海油輪。直到80年代初,門捷列夫研究的主要方向為石油工業(yè)的技術和經(jīng)濟。1881年,門捷列夫發(fā)表了一系列名為《煉油廠應該建在哪里》的論文,譴責俄羅斯的石油工業(yè)盲目地遵循美國的生產(chǎn)技術導致大量剩余的石油被燃燒或被傾倒入里海。同年,在門捷列夫的推動下建立了俄羅斯首座煉油廠。

1879年,門捷列夫預測的新元素“鈧”被拉爾斯·弗雷德里克·尼爾森(Lars Frederik Nilson)發(fā)現(xiàn)。

1880年,46歲的門捷列夫遇見并愛上了19歲的音樂學生安娜·波波娃(Anna Popova)。門捷列夫向她求婚并以死相逼,并與現(xiàn)任妻子離婚。東正教教會禁止門捷列夫在六年內(nèi)再婚,但他無視教會裁決,在當時社會引起了軒然的反應。兩人育有四個孩子。同年年初,洛塔爾·邁耶(Lothar Meyer)就誰先發(fā)現(xiàn)周期系統(tǒng)提出爭議,迫使門捷列夫對此回應。

1886年,門捷列夫預測的新元素“鍺”被C·溫克勒(Clemens Winkler)發(fā)現(xiàn)。

晚年貢獻

在門捷列夫晚年的二十年生活中,他的研究和參加活動只增不減:根據(jù)政府的指示前往頓巴斯研究了瀝青行業(yè)危機的原因(1888年);參與關稅重制(1889-1891年);開發(fā)了無煙發(fā)射藥配方(1890-1893年);4次再版《化學原理》(1889年、1895年、1903年和1906年);設計用于高緯度考察的破冰船(1901年)。他為俄羅斯的現(xiàn)代化做出了貢獻。在此期間,他在國際上的名望仍在擴大,先后成為多個協(xié)會、學會的成員,包括愛丁堡皇家學會(1888年)、捷克科學學會(1891年)、羅馬科學學會(1893年)、意大利科學協(xié)會(1901年)、華盛頓哥倫比亞特區(qū)國家科學學會(1903年)。

1890年3月,門捷列夫離開圣彼得堡大學,他在一封未寄出的信中提到,這是因為他“厭倦了35年的教授職位”、受到學生騷亂的影響,以及反對新的大學規(guī)則。1892年11月,放棄教授職位后,他開始管理標準度量衡局(MCWM),并于1893年起擔任度量衡局局長。

1902年,門捷列夫撰寫了論文《全球以太的化學理解嘗試》。

1904年,《幽思錄》首次出版,其中包括導言和前四章的內(nèi)容,分別論述了俄羅斯的農(nóng)業(yè)、人口、對外貿(mào)易和工廠四個問題,而后陸續(xù)補充了俄日戰(zhàn)爭、高等教育、教師培養(yǎng)、工業(yè)等章節(jié),最終完成了這部著作,于1905年出版。

1905年-1907年,門捷列夫因元素周期表而三次獲得諾貝爾化學獎提名,其中1906年諾貝爾化學獎評選中以4:5票數(shù)落選,但最終都未獲獎。

1907年2月2日,門捷列夫因心肌梗死圣彼得堡去世,享年73歲。他被埋葬于圣彼得堡沃爾科娃公墓,在他母親的墓地附近,葬禮是國葬。

主要成果

德米特里·門捷列夫是世界第一張化學元素周期表的創(chuàng)作者,元素周期表的發(fā)現(xiàn)者。他如此總結自己的科學成就:“ 建立我聲譽的僅有四個方面:化學元素周期律、對氣體彈性的研究、對溶液締合作用的探討和《化學原理》的出版。這就是我一生的全部財富?!背思?a href="/hebeideji/7158714377398468615.html">化學之外,德米特里·門捷列夫的興趣還延伸到工業(yè)(占他的出版物的17%)、經(jīng)濟學(14%)、計量學(11%)、航空(9%)和農(nóng)業(yè)(7%)等領域,主要的成果還包括提出臨界溫度、對石油成分的研究、在俄羅斯引入公制、設計破冰船、開發(fā)無煙發(fā)射藥等。

元素周期表

在門捷列夫之前,化學家們聚焦于研究當時已知的元素的性質。1789年,安托萬-洛朗·德·拉瓦錫(Antoine Lavoisier)首次根據(jù)元素的性質對元素進行分類,分為氣體、非金屬、金屬和土,后來還嘗試將元素進行組合。1829年,約翰·德貝萊納(Johann D?bereiner)識別出具有相似化學性質的三元組元素,例如,并表明中間元素的性質可以從其余兩種元素的性質中預測。直到1860年,在德國卡爾斯魯厄舉行的化學會議上出現(xiàn)了更準確的元素原子質量表,現(xiàn)代元素周期表的發(fā)現(xiàn)才取得了真正的進展。

門捷列夫最初于1869年提出的元素周期表包含63個已知的化學元素,按原子量(即摩爾質量)對元素進行排序,水平行被稱為同周期元素,金屬在最左邊,非金屬在右邊,垂直列被稱為同組元素。此外,門捷列夫還能夠根據(jù)他的表格預測當時仍未知的元素,包括鍺、鎵和鈧,但他遺漏了惰性氣體等重要元素。

元素周期表隨著越來越多的元素被發(fā)現(xiàn)而不斷變化。在門捷列夫的文章發(fā)表后,威廉·拉姆齊爵士(William Ramsay)往表格里添加了惰性氣體,莫塞萊(Henry Mosley)發(fā)現(xiàn)了一種定量找到元素原子序數(shù)的方法,并將門捷列夫表的順序改為按原子序數(shù)排列。1945年,曼哈頓計劃發(fā)現(xiàn)了許多新的放射性元素。隨著、鋦元素及其特性被發(fā)現(xiàn),格倫·西博格(Glenn T. Seaborg)建議對表格進行更改,在表格底部添加錒系金屬鑭系金屬?,F(xiàn)代的元素周期表中,垂直列從左到右編號為1-18,第1、2組分別為堿金屬堿土金屬,第17組為鹵族元素,第18組為惰性氣體。元素大致可分為金屬、非金屬和半金屬。半金屬表現(xiàn)出介于金屬和非金屬之間的特性。金屬位于左側,非金屬位于右上方,它們被對角線的半金屬隔開。

元素周期表提供元素的原子結構及元素之間的化學異同的信息。在學術上,元素周期表被用于研究化學物質、設計實驗。在實際應用方面,表格被用于研發(fā)制藥和化妝品行業(yè)的化學品,和用于技術設備的電池。聯(lián)合國教科文組織認為,元素周期表“不僅僅是宇宙中所有已知原子的指南或目錄,它本質上是一扇了解宇宙的窗口,有助于擴大我們對周圍世界的理解”。

元素周期律

門捷列夫提出了他元素周期表編制背后的元素周期律。該定律指出,當元素按原子量增加的順序列出時,它們的性質會發(fā)生周期性變化。即相似的元素沒有相似的原子量,相反,當按原子量順序列出元素時,會定期觀察到相應的性質。為了強調這種相似性質的周期性重復,門捷列夫在元素周期表中排列了元素的符號和原子量,使每個垂直列都包含一組或一系列相關元素。堿金屬屬于I族,堿土屬于II族,硫族化合物屬于VI族,鹵族元素屬于VII族。門捷列夫不太確定將鑄幣金屬的位置,因此它們出現(xiàn)了兩次,而每次銅、銀和金都位于同一列。

臨界溫度

物理化學領域,門捷列夫提出了絕對沸騰溫度(absolute 沸騰 溫度)的公式,在這個溫度下,氣體無法液化。這是被加熱的密閉容器中物質狀態(tài)的重要特征。相較托馬斯·安德魯斯(Thomas Andrews)后來提出的臨界溫度(critical temperature)的概念,門捷列夫給出的定義對臨界現(xiàn)象的本質解釋得更深入。臨界溫度被用于確定分子間相互作用的能量,并使得20世紀的科學家成功得到了液態(tài)空氣和液態(tài)氦氣。

石油的無機起源說

石油的無機起源理論最早可以追溯至1877年,門捷列夫在《賓夕法尼亞與高加索的石油工業(yè)》一書中的《關于石油的起源》章節(jié)提到,石油源于地球深處。他推測地球深處的金屬碳化物在高溫下與水反應形成乙炔(C2H2),乙炔縮合可形成較重的碳氫化合物。他們的理論是,地幔中含有碳化鐵,碳化鐵會與滲透的水反應,形成甲烷。雖然該理論缺乏地幔中存在碳化鐵的證據(jù),但它促進了對石油組成成分和地質過程的研究。

其它成果

計量學領域,門捷列夫發(fā)展了一種精確的砝碼理論,設計了平衡臂和制動裝置,并提出了高度精確的稱重方法,在俄羅斯引入公制。在農(nóng)業(yè)領域,門捷列夫創(chuàng)辦了俄國第一個農(nóng)業(yè)實驗站網(wǎng),從事改良土與合理施肥的研究,推動了農(nóng)業(yè)化學的發(fā)展。在航空航海領域,門捷列夫是俄國技術協(xié)會航空分會的奠基人之一,他參與了俄國第一艘破冰船、潛水艇和多種航空器的設計。在軍事領域,門捷列夫發(fā)展了無煙火藥。

主要著作與論文

據(jù)統(tǒng)計,門捷列夫共發(fā)表著作和論文431種,其中,物理化學106種,化學40種,物理學99種,工業(yè)技術99種,經(jīng)濟與社會58種,其它29種。為了保護本國工業(yè)企業(yè)的發(fā)展,門捷列夫出版了《關稅解說》《俄國工廠企業(yè)與貿(mào)易》等著作;為了找出烏拉爾鋼鐵工業(yè)發(fā)展緩慢的原因,門捷列夫經(jīng)過調查發(fā)表了《1899年的烏拉爾鋼鐵工業(yè)》的長篇報告;為了消除日俄戰(zhàn)爭中所產(chǎn)生出來的悲觀情緒,門捷列夫出版了《了解俄羅斯》的小冊子。

社會職務

人才培養(yǎng)

1871年,門捷列夫為第一批接受女性學生的課程的建立做出了貢獻,并呼吁中學改革,使中學進入終身教育體系。他曾詳細闡述了高中和中等教育改革計劃,并提出了取消考試的建議。

1871-1873年,他開設了關于顏料和色彩的講座,吸引了伊里亞·列賓、雅羅申科、弗魯貝爾、庫因吉、伊凡·希施金等著名藝術家。他加入攝影師俱樂部,助力俄羅斯藝術的傳播,并且每周在自己的公寓里主持了著名的“門捷列夫星期三”,促成科學家與藝術家的交流。

榮譽獎項

門捷列夫先后獲得了以下大學的博士學位:圣彼得堡大學、愛丁堡大學、哥廷根大學、牛津大學、劍橋大學、普林斯頓大學、格拉斯哥大學、耶魯大學。

人物評價

恩格斯在《自然辯證法》中指出:“門捷列夫通過不自覺地應用格奧爾格·威廉·弗里德里?!ず诟駹?/a>的量轉化為質的規(guī)律,完成了科學上的一個勛業(yè),這一勛業(yè)足以同奧本·勒維耶計算出尚未見過的行星海王星軌道的勛業(yè)媲美。”

諾貝爾獎金獲得者格倫·西博格(G. Seaborg):“ 一個世紀以來, 門捷列夫周期系是一把尋找新元素的鑰匙?!?/p>

伍茲(A.D. Wurtz)在《原子理論》一文中評價門捷列夫的工作“從崇高而全面的角度來看待化學事實”。

維恩貝格(B. P. Veinberg)認為:“在他的演講中,他的科學意識形態(tài)的哲學基礎總是很有吸引力?!?/p>

人物名言

后世紀念

命名

紀念

1911年12月21日,圣彼得堡大學開放了位于校內(nèi)的“門捷列夫的書房”。1934年,為紀念門捷列夫誕辰100周年,書房被改造成博物館(Dmitri Mendeleev's memorial museum apartment)。

1945年,全俄計量研究所以門捷列夫的名字命名(The D.I. Mendeleev All-Russian Institute for 計量學,VNIIM),如今它是俄羅斯計量精確測量領域的領先組織,也是俄羅斯國家測量標準的主要中心。

2009年,俄羅斯發(fā)行了一張郵票,紀念門捷列夫誕辰175周年。

2016年2月8日,谷歌推出紀念門捷列夫誕辰182年的涂鴉。

2017年12月20日,聯(lián)合國大會宣布2019年為國際化學元素周期表年,以此紀念 “現(xiàn)代化學之父”之一、偉大的俄國科學家門捷列夫于150年前發(fā)表的第一版元素周期表。

2019年9月9日,在圣彼得堡召開的門捷列夫化學大會開幕式上,俄羅斯總理德米特里·梅德韋杰夫提出,希望在聯(lián)合國教科文組織的支持下,以門捷列夫的名字設置一個國際獎項。聯(lián)合國教科文組織—俄羅斯門捷列夫國際基礎科學獎旨在促進基礎科學領域的科學進步、科學普及和國際合作,同時紀念周期表之父門捷列夫非凡的科學遺產(chǎn)。該獎項首次頒發(fā)于2021年11月3日。

參考資料 >

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