第7章 与化学家相约(7)
这期间，门捷列夫也在倾注精力探索原子量与元素性质之间的内在联系，并紧紧抓住原子量作为各种元素的基本特性去探讨元素性质的演变规律。他对所掌握的大量资料进行比较、核对和验证，做了一番去粗取精、去伪存真的整理工作，对有疑问的原子量，他根据其化学性质并利用原子价、当量、原子量之间的关系作了大胆修订。他对各种元素分类方案，诸如根据元素对氧和氢的关系所作的分类、按金属与非金属的分类、根据化学活性的顺序分类、根据原子价的分类、根据元素的综合化学性质的分类都一一作了认真的研究。在深入研究原子量与原子价时，门捷列夫对各种元素的原子量可以相差很大而原子价的变动范围较小这一情况有很深的印象，而且有许多元素具有相同的原子价，也恰恰是这些元素的化学性质彼此非常相似。他注意到一价元素都是最典型的金属，七价元素都是典型的非金属，四价元素的性质恰好介于金属与非金属之间。这就使他坚信各种元素之间一定存在着统一的规律性。他将元素按原子量的大小顺序排列起来，看到氯和钾的原子量相差不多，但性质截然不同；而钾与钠原子量相差颇大，但性质酷似。在钾以后的元素随原子量的增加其性质又显示出从钠到氯的相似演变。这些现象使他坚信各种元素的性质间存在着周期性变化规律。
1869年2月，门捷列夫发表了第一份关于元素周期律的图表，不久又作了进一步的修正，把自己的思想写在《元素属性和原子量的关系》的论文中，阐述了元素周期律的基本论点：
（1）按照原子量大小排列起来的元素，在性质上呈现明显的周期性。
（2）原子量的数值决定元素的特征。
（3）应该预料到还有许多未发现的元素，例如会有分别类似铝和硅，原子量介于65～75之间的两个元素。现在可以由已知元素的某些性质，去预测它们的同类元素，从而发现它们。
（4）当我们掌握了某些同类元素原子量之后，可借此修正该元素的原子量。
门捷列夫在这张表中初步实现了使元素系统化的任务，把已发现的63种元素全列进表中。全表有67个位置，尚有四个空位只有原子量而没有元素名称，门捷列夫预示必有与其相对应的尚未发现的元素存在。根据他的周期律，他还先后修正了十多种元素的原子量，实践证明都是正确的。
为什么其他人只发现了元素的周期性而门捷列夫却发现了比周期性具有更大理论价值的周期律呢？主要是门捷列夫在三个方面干得比他人更出色。
首先，他不是机械地利用已知的原子量，而是小心地把可疑的原子量找出来，一一加以校正。别的研究者在这方面比较大意，完全沿用已有原子量数据，导致按原子量排列的元素顺序出现不少差错。第二，门捷列夫觉得别人研究元素分类时，只重视原子量却忽视了对元素的各种性质的综合研究。这使他们所排的元素经常错位。门捷列夫排列元素位置时非常重视对多方面性质的综合考虑。为此他曾把当时已知元素的相关信息制成63张卡片，反复琢磨，在玩着特殊的牌，以至于有些人误认为他不务正业。第三，门捷列夫周期律不但能演绎出当时已知元素的性质，而且还能预言未知元素的性质。当他在根据原子量递增呈现周期性变化遭到破坏和中断时，这位卓越的科学家坚信自然界不可能有这样的断层。于是他大胆地预言自然界中必有尚未被发现的元素存在。他根据大自然应有的和谐规律，准确预言了这些尚未被发现的元素属性。他在一篇文章中写道：“紧接着锌后面，应该是具有原子量接近68的一种元素。因为这种元素在第Ⅲ族，紧接在铝下面，所以我把它叫类铝。它处在铝和钅因之间的位置上，因此具有接近这两种元素的性质，它在金属状态时比重接近6。这种金属性质在各方面应该是从铝的性质向钅因的性质过渡。完全可以设想，这种金属将比铝具有更大的挥发性，因此可望在光谱的研究中发现。”四年后，法国化学家布瓦德朗在用光谱分析锌矿时发现了一种新元素，正是类铝，即镓。门捷列夫获悉布瓦德朗发现镓的报告后，立即寄去了一封信。说镓正是类铝，不过镓的比重不是4.7，应在5.96～6.0之间。看完信，布瓦德朗十分震怒，镓是他首先发现的，远在千里之外的异国他乡的门捷列夫却武断地指责镓的比重测量不准确！严谨的科学作风促使他又重新提纯了镓，结果是5.94，这使他惊讶不已。门捷列夫所预言的类硅在1886年由德国化学家文克勒所发现。他把这种元素命名为锗。当文克勒看到自己发现的锗与门捷列夫预言的类硅性质十分吻合时，惊叹不已（比较见下表）。他说，再也没有比“类硅”的发现能这样雄辩地证明元素周期律的正确性了。它不仅证明了这个有胆识的理论，还扩大了人们在化学方面的眼界，而且在认识领域里也迈进了一步。
元素类硅（1871年）锗（1886年）
原子量7272.32
比重5.55.47
原子体积13.013.22
原子价44
比热0.0730.076
氧化物比重4.74.703
氯化物比重1.91.887
四氯化物沸点100℃以下86℃
乙基化合物沸点160℃160℃
乙基化合物比重0.961.0
门捷列夫题为《元素性质和原子量的关系》的文章，就像但丁神曲。他科学地预言道：“按原子量的大小排列起来的元素在性质上呈现明显的周期性变化”，“原子量的大小决定了元素特征”，“应该预料到许多未知元素的发现”，“知道了某些元素的同类元素以后，有时可以修正该元素的原子量。”
门捷列夫认为，科学的目的是要在多样性中追求统一性。化学的目的不但要描述化合物的多样性，而且还要揭示隐藏在复杂现象中的统一性。科学研究中单纯地积累事实是很不够的。
关键要对世界的和谐性有一个完整认识，要善于把局部知识协调组织起来。门捷列夫将丰富的感性材料加以去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里地改造制作，归纳出一个自然界的规律——元素周期律。周期律的巨大魅力触发了人们探索新元素的激情。周期律就像原子世界的地图，指导着人们去发现新元素，研究新问题。在元素周期律的指导下，新元素以惊人的速度投入化学家的怀抱。短短的28年中人类就发现了十多种新元素，太令人振奋了。
由于元素周期律的巨大成功，门捷列夫几乎被各种荣誉淹没了。但他却泰然处之，仍然勤奋地工作，不懈地进行科学探索。他说：“对于我来说，最好的休息就是工作。停止工作，我就会烦闷而死。”
1907年2月2日，这位勤奋工作了一生的伟大科学家在自己的写字台旁与世长辞。除了不朽的元素周期律外，他还给世人留下了500多种科学著作。为了永远纪念这位伟大的科学家，1955年美国科学家把新发现的101号元素，命名为钔（Md）。
生物化学的创始人费歇尔
费歇尔是德国近代最有名的有机化学家之一。他发现了苯肼，对糖类、嘌呤类有机化合物的研究和合成取得了突出的成绩，因此荣获1902年度的诺贝尔化学奖。他是第二个荣获此项荣誉的化学家，可见科学界对他的推崇。
对于大多数诺贝尔奖获得者来说，获奖的成果往往是他一生中在科学上最主要的贡献。对费歇尔而言，他在科学征途上更令人敬仰的成就，却是在他获得诺贝尔奖之后完成的。他对科学发展的重大贡献，归纳起来，主要有四个方面：一是对糖类的研究；二是对嘌呤类化合物的研究；三是对氨基酸、多肽和蛋白质的研究；四是在化工生产和化学教育上的贡献。他的研究领域集中在对有机化学中那些与人类生活、生命密切相关的有机物质的探索。因此，可以说他是生物化学的创始人。
艾米尔·费歇尔1852年10月9日出生于德国科隆市郊的一个小镇。两个哥哥早年夭折，余下的六姐弟中他是年龄最小，又是家中惟一的男孩，在家里受到大家的宠爱是自然的事。他父亲是个很有经营之道的富有商人，除经营葡萄酒、啤酒外，还兼啤酒厂、毛纺厂、钢管厂、玻璃厂及矿山企业的董事长，富甲一方。费歇尔从小就在蜜罐中长大。在费歇尔少年时代，他父亲正倾注全力发展毛纺厂，亲自动手建立了一个小染坊，把买来的染料反复调和进行试验。由于缺乏化学知识，试验总是不顺心，为此他常常自言自语：“如果家里有一个化学家，这些困难便好解决了。”后来相继建立的钢铁厂、水泥厂更迫切需要化学知识，致使他父亲对化学这门科学更加崇拜。父亲的这一思想给费歇尔留下了深刻印象，他暗暗下定决心，将来一定要做一名化学家。
1869年，费歇尔以第一名的成绩从中学毕业，他没有忘记父亲过去的嘱咐“要把自己的一生献给科学，你就应该选择化学”，毅然决定投考大学化学系。他把自己的想法告诉父亲时，父亲却犹豫了，那么大的家产和企业由谁来继承？只有费歇尔。于是老爸改变了主意，动员费歇尔从商：“你还不满17岁，这么小的岁数就入大学也没有什么意思，是不是花一年半载时间学点经商之道？”费歇尔听从了父亲的劝告，到姐夫家一个经营木材的公司见习。
此时的费歇尔心里只有化学。他来到木材场后，很快就自己建了一个简易的化学实验室。整天泡在实验室做实验，什么商业买卖，他根本就没有放在心上。说他做生意，那才是笑话。
账目让他记得一塌糊涂，往往是一钻进他的小实验室，整天不出来。一会儿发出爆炸声，一会儿又发出呛人的气味，他却做得津津有味。姐夫拿他没办法，决定将他交回去。他姐夫不得不把费歇尔的见习情况如实地向老岳父汇报：“费歇尔这孩子在商业上是不会有出息的。您还是让他安心读他的书吧！”面对现状，老爸也拿他没有办法，只好作出让步：“既然你不愿意做买卖，就还是去上学吧！”费歇尔终于如愿以偿，进入波恩大学化学系。
在波恩大学，费歇尔拜凯库勒为师。凯库勒的讲课水平很高，给学生们留下深刻的印象，但是该校的化学实验室却非常简陋，对此，费歇尔十分不满，他认为学习化学就必须做化学实验，只有掌握了高超的实验技术才能成为一个有作为的化学家。他的这一观点几乎贯穿在他一生的治学活动中。他对于创立一整套假说或某一学说不感兴趣，而是致力于发现新现象和阐明新的实验事实，依靠坚忍不拔的毅力和出类拔萃的实验技巧，开辟有机化学研究的新领域。为此，他在波恩大学学习了一年之后，就忍痛离开了他尊敬的教师凯库勒，转学到斯特拉斯堡大学，从学于实验有机化学家拜尔。拜尔教授很快发现了这位勤奋好学的年轻人的才能，并精心地加以培养。
当时，正是德国以染料为中心的有机合成工业蓬勃发展时期，许多化学家都把合成染料的研究选作自己的课题。拜尔当时的主要研究对象就是曙红、靛蓝等有机染料。费歇尔在拜尔指导下所做的许多实验大多与染料有关，他的毕业论文就是关于酚染料的研究。在拜尔的指导下，费歇尔不仅全面掌握了化学最基础的知识，同时获得了化学实验技巧的严格训练。1874年，他完成了《有色物质的荧光和苔黑素》论文，获得了博士学位，这时他才22岁，成为该校有史以来最年轻的博士。
斯特拉斯堡大学一向以严格求实著称，在这样的学校获得博士学位是要经过严格考核的。在隆重的毕业典礼上，大学总监也抑制不住内心的激动，他颇为骄傲地大声宣布：“本校自创建307年以来，本届出了一位最年轻的博士，他就是艾米尔·费歇尔。”从此以后，“最年轻的博士”就成为费歇尔的另一个名字。1875年，他以优异的成绩从大学毕业，并有幸留校做拜尔的助手。这年拜尔应聘去慕尼黑大学，接替刚去世的李比希留下的职务。留恋自己教师的费歇尔也随同恩师到了慕尼黑大学，在那里开始研究碱性品红。由于成绩突出，1878年他被任命为讲师，第二年被提升为副教授。
1882年，费歇尔接受了艾尔兰根大学的聘请，出任化学教授。两年后又转到维尔茨堡大学任教。他之所以选择这所大学，是因为这里为他创造了较好的实验研究条件。在完成教学任务之后，就可以专心致志地从事他所喜爱的实验研究。1883年，德国最著名的化学企业——巴登苯胺和纯碱公司曾以超过任何大学教授收入的年薪10万马克的高薪聘请费歇尔出任公司的研究室主任，尽管他对染料工作很感兴趣，但是不喜欢受拘束地进行科学研究的费歇尔还是拒绝了。在维尔茨堡大学的10年中，他在糖类和嘌呤类化合物的研究中取得了突破性的成就。
1892年，柏林大学化学教授霍夫曼去世。柏林大学是当时德国的最高学府，化学教授一职必然是聘请德国化学界最有威望的教授出任，谁来接替霍夫曼的职位是化学界所关注的。合适的人选有凯库勒或拜尔，这两位化学界泰斗均因年事已高，都不愿意离开原来工作的学校。
柏林大学和教育当局热情地邀请费歇尔前去就职。然而费歇尔对自己在维尔茨堡的工作环境很满意，无意离开。父亲和妻子极力鼓动他去柏林大学任教。经多方面做工作，费歇尔最后答应了柏林大学的聘请。不惑之年的费歇尔成了德国化学界的最高权威。关于蛋白质和氨基酸的研究就是在这里开始的。
作为柏林大学化学教授，除了完成本校教学任务外，还必须兼任军医学院的化学教授，必须参加许多社会公务活动，这些繁忙的工作和事务花费了他不少的精力。为了不中断科研，费歇尔不得不躲避各种社交活动，牺牲休息时间和个人享受。在这段时期内，他对氨基酸、多肽和虫白质的研究取得了重大突破。
费歇尔临终前仍念念不忘化学的发展，在遗嘱中他吩咐从他的遗产中拿出75万马克，献给科学院，作为基金提供给年轻化学家使用，鼓励他们为发展化学而努力。
费歇尔最初的研究领域是染料，其中最主要的成绩是对品红的研究。1885年，霍夫曼曾用四氯化碳处理粗的苯胺，得到一种红色染料，他称它为碱性品红。它可以直接染毛、丝棉织品，还是鉴别酮和醛的试剂。但是碱性品红究竟是什么？霍夫曼没有解答。费歇尔仔细研究了品红的性质，为合成这一染料提供了实验基础。
在研究各种染料的过程中，他发现了化合物苯肼，它是联氨（H2N—NH2）中氨原子被苯基取代的生成物（NHNH2），通过进一步研究，费歇尔还发现它是鉴别醛酮的好试剂，这为他以后的研究提供了一种重要的手段。