元素的故事

导读（节选）
《元素的故事》生动地讲述了一些著名化学家发现元素的真实感人故事。他们平凡而又伟大，因为他们多数都出自寒门，经过艰辛努力成长为彪炳千秋的科学家。
自文明社会以来，智者就从哲学角度思考万物构成问题。东方有“金木水火土”五行说，西方有“水火土气”四元素说，元素构成说逐渐成为共识。
元素有多少种？谁也不知道。早期化学家把发现新元素作为人生的乐趣，他们从不同路径进行探索。有的擅长实验，有的擅长理论思考，精彩纷呈。舍勒以火为能源，戴维以电为能源，拉瓦锡善于理论思考，门捷列夫从理论上预测，本生和居里夫人更新实验手段，捕捉新元素。
舍勒时代，化学还没有完善的理论体系，主要从实验中获得经验性知识。舍勒擅长实验，发现了多种元素和几十种化合物。但他保守有余，创新不足。虽然首次弄清了空气成分，并发现了氧元素，却未能揭示出燃烧本质。
对燃烧现象本质的解释，早期依据“燃素说”，把一切跟燃烧有关的化学变化归结为燃素的转移。根据燃素说，金属燃烧，放出燃素，变成金属灰；金属灰与木炭共热，金属灰吸收木炭放出的燃素，又变成金属。据此，金属煅烧放出燃素，重量理应减轻，但实际上燃烧后的金属重量是增加的。
信奉燃素说的化学家，认为燃素有负重量（受到地心排斥）。舍勒对此深信不疑，继续沿着错误的途径前进。恩格斯说他是真理碰到了鼻尖也没有发现真理的人。
拉瓦锡敢于对燃素说进行质疑。他认为，如果有燃素存在，就逃不出他的天平。
拉瓦锡虽然没有发现氧，却借助氧的发现，推翻了燃素说，建立了“燃烧氧化理论”，揭开了燃烧之谜，使混乱的化学思想空前统一。他认为：
①物质燃烧时放出光和热。
②物质只有在氧存在时才能燃烧。
③物质在空气中燃烧，吸收氧而增重，增加的重量等于吸收氧的重量。
拉瓦锡把定量方法引入化学实验研究，使化学研究发生了质的飞跃。别人用天平称量物质，拉瓦锡用天平概括出质量守恒定律：“人工或天然不能无中生有地创造任何东西，每一次操作前后的物质总量相等，而且质和量保持不变，只发生更换和变形，可以看成公理。”
门捷列夫在大学执教时，化学教科书中的知识是孤立的，杂乱无章，看不到任何联系，教师教得辛苦，学生学得吃力。他决心找出元素之间的内在规律性。经过多年不懈努力，论文《元素性质和原子量的关系》横空出世，揭示了科学之美。
在门捷列夫元素周期表中，63种元素全在表中，并预留了四个空位。他预言必有对应的尚未被发现的元素存在。
他在一篇文章中写道：紧接锌后面，应该是具有原子量接近68的一种元素。这种元素在第Ⅲ族，位处铝下面，且将它称为“类铝”。它处在铝和铟之间位置，具有接近这两种元素的性质，该金属相对密度接近6。这种金属性应该是从铝的性质向铟的性质过渡。这种金属比铝有更大的挥发性，可望在光谱研究中发现。
五年后，法国化学家布瓦斯博德朗用光谱分析锌矿时发现了一种新元素，命名为镓。门捷列夫获悉后，立即写信说：镓正是类铝，不过镓的相对密度不是4.7，而是在5.96~6.0之间。看完来信，布瓦斯博德朗迷惑不解，镓是他发现的，异国他乡之人，怎么说镓的相对密度不准确？严谨的布瓦斯博德朗重新提纯镓，测得相对密度为5.94。
门捷列夫预言的“类硅”在1885年由德国化学家温克勒所发现，命名为锗。当温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，惊叹道：再也没有什么比类硅的发现能够更雄辩地证明元素周期律的正确性了。
门捷列夫的《元素性质和原子量的关系》，就像但丁神曲。
“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，化学不仅要描述物质性质的多样性，还要揭示物质性质的统一性。科学研究中，单纯积累事实是很不够的，关键是要对世界的和谐性有一个完整的认识，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去粗取精，去伪存真，由此及彼，由表及里，归纳出元素周期律，为化学发展树立了一座丰碑。

元素是我们用以认识世间万物的基本化学概念之一。本书作者以亲切活泼的笔触、生动有趣的故事，讲述了百年来有关化学元素的重大发现和发展，使读者在了解元素的同时，从中体会一代代研究者在缺乏物质条件或与当时主流定论相对立的情况下，不畏艰难、不惧权威、潜心钻研的科研精神。阅读本书的过程就像是破案解谜，一点点地了解元素与宇宙万物的奥秘。

元素是我们用以认识世间万物的基本化学概念之一。本书作者以亲切活泼的笔触、生动有趣的故事，讲述了百年来有关化学元素的重大发现和发展，使读者在了解元素的同时，从中体会一代代研究者在缺乏物质条件或与当时主流定论相对立的情况下，不畏艰难、不惧权威、潜心钻研的科研精神。阅读本书的过程就像是破案解谜，一点点地了解元素与宇宙万物的奥秘。

依·尼查叶夫

原名雅可夫•潘，苏联青年科学文艺作家。其作品笔锋犀利、新颖有趣、说理详细、富有文艺色彩，《元素的故事》为其代表作。

滕砥平

著名翻译家，在国内翻译、出版界家喻户晓，被视为翻译界泰斗，一生致力于向我国青少年推介外国科学读物及有关外国科学家的文艺作品，其作品有《元素的故事》《趣味物理学续编》《趣味天文学》等40余部，翻译之精、影响之广，在国内读者和业内广受好评。

章“火焰空气”／1

药店里的学徒——卡尔·舍勒／1

火为什么会灭／4

“死空气”和“活空气”／7

不可捉摸的燃素／13

拉瓦锡和他的盟友／16

元素名单的刷新／22

第二章 化学和电相结合／25

伏打柱／25

汉夫里·戴维的童年和少年时代／27

在阿柏马里街的学院中／31

苛性钾和苛性钠／36

淡紫色火焰的秘密／38

出色的实验／42

入水不沉没，冰上能着火的金属／47

突击的6周／51

意外的中断／55

钙、镁及其他元素／58

戴维“爵士”／62

第三章 蓝色的和红色的物质／65

57种，多一种也没有了／65

本生和基尔霍夫／69

火焰的颜色／73

节日的焰火和俄罗斯科学之父／76

牛顿为什么玩太阳影儿？／80

夫琅和费线／84

光谱分析术／87

白昼点灯，大找特找／92

日光和石灰光／96

太阳的化学／100

铯和铷／103

又是“烈性”金属／108

几句插话／109

太阳元素／111

第四章 门捷列夫的周期律／114

化学的迷宫／114

原子量／118

元素在队伍里／121

是化学还是相术／124

预言陆续应验了／128

“空白点”结束了／132

在沙皇和资本家的压制下／134

第五章 惰性气体／137

1/1000克／137

重氮和轻氮／140

“去翻翻旧档案吧”／142

卡文迪什的实验／143

空气的组成／145

元素中的隐士／147

一种从矿物中来的气体／149

地球上的氦／153

新发现／155

元素还能分解吗／155

第六章 不可见的光线／160

伦琴的发现／160

值得庆幸的错误／163

当乌云遮蔽了日光的时候／166

完全因为铀／168

又是一个闷葫芦／170

斯可罗多夫斯卡的头几场实验／173

钋和镭／177

稻草堆里寻找绣花针／180

科学上的革命／182

尾声／186

元素是我们用以认识世间万物的基本化学概念之一。本书作者以亲切活泼的笔触、生动有趣的故事，讲述了百年来有关化学元素的重大发现和发展，使读者在了解元素的同时，从中体会一代代研究者在缺乏物质条件或与当时主流定论相对立的情况下，不畏艰难、不惧权威、潜心钻研的科研精神。阅读本书的过程就像是破案解谜，一点点地了解元素与宇宙万物的奥秘。

依·尼查叶夫

原名雅可夫•潘，苏联青年科学文艺作家。其作品笔锋犀利、新颖有趣、说理详细、富有文艺色彩，《元素的故事》为其代表作。

滕砥平

著名翻译家，在国内翻译、出版界家喻户晓，被视为翻译界泰斗，一生致力于向我国青少年推介外国科学读物及有关外国科学家的文艺作品，其作品有《元素的故事》《趣味物理学续编》《趣味天文学》等40余部，翻译之精、影响之广，在国内读者和业内广受好评。

导读（节选）

《元素的故事》生动地讲述了一些著名化学家发现元素的真实感人故事。他们平凡而又伟大，因为他们多数都出自寒门，经过艰辛努力成长为彪炳千秋的科学家。

自文明社会以来，智者就从哲学角度思考万物构成问题。东方有“金木水火土”五行说，西方有“水火土气”四元素说，元素构成说逐渐成为共识。

元素有多少种？谁也不知道。早期化学家把发现新元素作为人生的乐趣，他们从不同路径进行探索。有的擅长实验，有的擅长理论思考，精彩纷呈。舍勒以火为能源，戴维以电为能源，拉瓦锡善于理论思考，门捷列夫从理论上预测，本生和居里夫人更新实验手段，捕捉新元素。

舍勒时代，化学还没有完善的理论体系，主要从实验中获得经验性知识。舍勒擅长实验，发现了多种元素和几十种化合物。但他保守有余，创新不足。虽然首次弄清了空气成分，并发现了氧元素，却未能揭示出燃烧本质。

对燃烧现象本质的解释，早期依据“燃素说”，把一切跟燃烧有关的化学变化归结为燃素的转移。根据燃素说，金属燃烧，放出燃素，变成金属灰；金属灰与木炭共热，金属灰吸收木炭放出的燃素，又变成金属。据此，金属煅烧放出燃素，重量理应减轻，但实际上燃烧后的金属重量是增加的。

信奉燃素说的化学家，认为燃素有负重量（受到地心排斥）。舍勒对此深信不疑，继续沿着错误的途径前进。恩格斯说他是真理碰到了鼻尖也没有发现真理的人。

拉瓦锡敢于对燃素说进行质疑。他认为，如果有燃素存在，就逃不出他的天平。

拉瓦锡虽然没有发现氧，却借助氧的发现，推翻了燃素说，建立了“燃烧氧化理论”，揭开了燃烧之谜，使混乱的化学思想空前统一。他认为：

①物质燃烧时放出光和热。

②物质只有在氧存在时才能燃烧。

③物质在空气中燃烧，吸收氧而增重，增加的重量等于吸收氧的重量。

拉瓦锡把定量方法引入化学实验研究，使化学研究发生了质的飞跃。别人用天平称量物质，拉瓦锡用天平概括出质量守恒定律：“人工或天然不能无中生有地创造任何东西，每一次操作前后的物质总量相等，而且质和量保持不变，只发生更换和变形，可以看成公理。”

门捷列夫在大学执教时，化学教科书中的知识是孤立的，杂乱无章，看不到任何联系，教师教得辛苦，学生学得吃力。他决心找出元素之间的内在规律性。经过多年不懈努力，论文《元素性质和原子量的关系》横空出世，揭示了科学之美。

在门捷列夫元素周期表中，63种元素全在表中，并预留了四个空位。他预言必有对应的尚未被发现的元素存在。

他在一篇文章中写道：紧接锌后面，应该是具有原子量接近68的一种元素。这种元素在第Ⅲ族，位处铝下面，且将它称为“类铝”。它处在铝和铟之间位置，具有接近这两种元素的性质，该金属相对密度接近6。这种金属性应该是从铝的性质向铟的性质过渡。这种金属比铝有更大的挥发性，可望在光谱研究中发现。

五年后，法国化学家布瓦斯博德朗用光谱分析锌矿时发现了一种新元素，命名为镓。门捷列夫获悉后，立即写信说：镓正是类铝，不过镓的相对密度不是4.7，而是在5.96~6.0之间。看完来信，布瓦斯博德朗迷惑不解，镓是他发现的，异国他乡之人，怎么说镓的相对密度不准确？严谨的布瓦斯博德朗重新提纯镓，测得相对密度为5.94。

门捷列夫预言的“类硅”在1885年由德国化学家温克勒所发现，命名为锗。当温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，惊叹道：再也没有什么比类硅的发现能够更雄辩地证明元素周期律的正确性了。

门捷列夫的《元素性质和原子量的关系》，就像但丁神曲。

“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，化学不仅要描述物质性质的多样性，还要揭示物质性质的统一性。科学研究中，单纯积累事实是很不够的，关键是要对世界的和谐性有一个完整的认识，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去粗取精，去伪存真，由此及彼，由表及里，归纳出元素周期律，为化学发展树立了一座丰碑。

火为什么会灭

一天夜里，舍勒坐在乌普萨拉城中一家药店的实验室里，安排实验。

药店里是死一般的寂静。店门早已在后一位顾客离店时关好了，东家也早已回屋睡下了，只剩下舍勒一个人兴致勃勃地守着自己那些烧瓶和曲颈甑。

他从橱柜里拿出了一只盛满了水的大罐子，有一块像蜡一样的黄色东西沉在罐底。在半明半暗中，水和蜡状物正在发着一种神秘的淡绿色的光。

那蜡状物就是磷。磷这种物质，化学家们永远要把它保存在水里。因为在空气中，它很快就发生变化，而完全失去平时的性能。

舍勒拿一把刀插进罐里试了试，却不把蜡状物捞出罐外，只在水中把磷切下一小块来。他把这一小块弄出来，扔进空烧瓶里，塞上瓶塞，然后把烧瓶送到一支燃烧着的蜡烛跟前去。

烛焰的边沿刚刚触到烧瓶，瓶里的磷立刻熔化，沿着瓶底摊成一片。又过了一秒钟，磷爆发出一阵明亮的火焰，烧瓶里立刻浓雾弥漫，没多久，这浓雾就沉积在瓶壁上，像层白霜。

这里的全部过程只消一眨眼的工夫就能完成了。磷立刻烧尽，变出干的磷酸来。

这个实验很能使人产生深刻的印象，可是舍勒似乎无动于衷。因为使磷着火，观察它怎样变成酸，这对他来说已经不是次了。现在他感兴趣的，不是磷本身，而是截然不同的另一件事：他只想知道烧瓶中的空气在磷燃烧时起了什么变化。

烧瓶刚凉，舍勒立刻将瓶颈朝下，将其没入一盆水中，然后拔去瓶塞。这时候，却发生了一件奇事：盆里的水从下而上涌进瓶中，填充了烧瓶体积的1/5。

“又来了！”舍勒喃喃地说，“又有1/5的空气不知去向了，留下来的空位，由涌进来的水把它填满……”

怪事！舍勒无论把什么东西放在密闭的容器里燃烧，总会看见相同的有趣现象，即容器内的空气会在燃烧中少掉1/5。而现在发生的也是这样：磷烧完了，磷酸全部留在烧瓶里，而空气却溜掉了一部分。

烧瓶不是用塞子塞严的吗？瓶里的空气怎么能够溜掉呢？

就在磷燃尽的烧瓶缓缓冷却的时候，舍勒已经安排好了另一场实验。他这次决定在密闭的容器中烧另一种易燃物质——金属溶解在酸中时产生的一种易燃的气体。

这种易燃气体，只消几分钟就制好了。舍勒把一些铁屑塞进一个小瓶里，然后往铁屑上滴了些稀硫酸溶液。他事先在一个软木塞上钻通了一个孔，并且通过这个孔插上了根长长的玻璃管。现在他就把这个带玻璃管的塞子塞在瓶口上。这时候，瓶里的铁屑已经开始咝咝地响，酸也开始沸腾，冒出一串串的气泡来。

舍勒把一支蜡烛拿到玻璃管上端附近时，冲出管来的气体立刻着火，形成一个极其尖细的苍白色火舌。

接着，舍勒把小瓶放进一只水很深的玻璃缸里，又把一只空烧瓶底朝天地罩在火焰上面。烧瓶的口被他直接插进水里，这就使瓶外的空气无法进入瓶中，而那气体就在密闭的空间里燃烧。

烧瓶刚一罩到火焰上，玻璃缸里的水就立刻自下而上往瓶里涌。

上面的气体燃烧着，下面的水不断地向上升。

水越升越高，那气体燃烧所产生的火焰也越来越暗。后，火焰完全熄灭了。

这时候，舍勒发现涌入瓶中的水只占烧瓶体积的1/5左右。

“那好，”他想，“假定由于我不知道的某种原因，空气应该是在燃烧过程中消失了吧。可是，这时候消失的为什么只是一部分空气，而不是全部空气呢？那种气体现在不是还够燃烧好久吗？铁屑还在咝咝地响，小瓶里的酸还在沸腾。现在我要是拿掉烧瓶，在开阔的地方，把那气体点着，它当然又会开始燃烧。那么，在烧瓶里面，它为什么就要熄灭呢？烧瓶里不是还剩下4/5的空气吗？”

近几天，舍勒常常有一种模糊的疑念，不断在他脑海里闪现：

“这不就是说，瓶里剩下的空气和那在燃烧中从瓶里消失的空气，完全不同吗？”

舍勒准备立刻进行几种新实验，把自己的想法彻底检验一下。可是看了看钟，只得叹口气，停止工作。原来这时已是深夜，明天一早，他还得坐在这里配药呢。

舍勒恋恋不舍地吹熄蜡烛，离开了实验室。但空气有两种，彼此不同，这个想法，再也不肯离开他的脑海。不过想着想着，他也就睡着了。

此书着重于描述科学家发现的经过：谈新的实验时，总要详细描述科学家进行探索的路线；谈新的理论时，总要尽力描写推理的自然过程；谈分光镜等仪器时，不是简单地讲它所依据的原理，还要详细描述它是怎样创造成功的，以及科学家曾怎样用它来进行探索……犹如领着读者进入科学家的实验室，与科学家同尝失败的痛苦和成功的喜悦。

——化学家 尼古拉·谢苗诺夫