为什么门捷列夫会成为元素周期表故事中的主角？

《元素的盛宴：元素周期表中的化学探险史与真实故事》，[美]山姆·基恩著，杨蓓阳曦译，天津科学技术出版社2022年7月版

本生使得元素周期表的

构建工作大大加速

或许可以说，元素周期表的历史就是构建它的众多人物的历史。我们先从历史书中摘出几个名字，比如吉约丹医生，比如查尔斯·庞兹，又或者朱尔斯·莱奥塔尔、艾蒂安·德·希维特。你微笑起来，想着他们会不会真的听见你的呼唤。在元素周期表的先驱中，有一位值得我们奉上特殊的敬意，因为以他命名的灯使得无数异想天开的尝试得以实现，它的意义比实验室里其他任何设备都大。不过有点扫兴的是，严格来说，本生灯并不是德国化学家罗伯特·本生发明的，他只是在19世纪中期改良了设计并推广了它的使用。不过，就算撇开本生灯不谈，罗伯特·本生一辈子打过交道的危险品也够多了。

砷是本生的初恋。虽然33号元素自古以来就声名赫赫（罗马时期就有刺客把砷涂在无花果上），不过在本生之前，几乎没有哪个遵纪守法的化学家对这玩意儿有太深的了解。本生最开始研究的是二甲砷基，这种化学品的名字来源于希腊语的“恶臭”。本生表示，二甲砷基的确很难闻，会让他产生幻觉，“手脚会产生突然的刺痛，甚至会导致眩晕、失去知觉”。他的舌头上“覆盖了一层黑色的舌苔”。或许是出于自身安全的考虑，不久后他发明了迄今为止对付砷中毒最好的解毒剂，这种化学品是氧化铁的水合物，和铁锈有点关系。它会抓住血液里的砷，将它拽出人体。不过，常在河边走，哪能不湿鞋，一次实验中，装着砷的烧杯不慎发生了爆炸，差点儿把本生的右眼珠子给炸出来，这次爆炸让他后半辈子60年中都只能依靠一只眼睛看东西。

罗伯特·本生（《元素的盛宴：元素周期表中的化学探险史与真实故事》内页插图）

事故之后，本生把砷搁到一边，他的热情转移到了自然界的爆炸上。本生热爱一切从地下喷出来的东西，他花了好几年时间调查研究间歇泉和火山，亲手搜集冒出来的蒸汽和沸腾的液体。他甚至在实验室里造出了老忠实泉的仿品，并由此发现了间歇泉内部的压力如何逐渐增加，最终喷发出来。

19世纪50年代，本生在海德堡大学重回化学领域，不久后就为自己赢得了科学界不朽的声名。他发明了光谱仪，从此以后科学家们就能利用光线来研究元素了。周期表中的每种元素受热时都会产生狭窄锐利的彩色光带，比如说，氢受热后会产生一条红色、一条黄绿色、一条浅蓝色和一条靛蓝色的光带。如果加热某种未知物质，它产生了这样的特定光线，那你就能肯定该物质中含有氢。这是个重大突破，不必煮沸或用酸溶解，就能看清不明化合物的成分，这在科学史上还是第一次。

为了制造第一台光谱仪，本生和一位学生一起，将一片棱镜放进空雪茄盒来分离光线，又从望远镜上取下两个目镜装在盒子上，以便观察盒子内部，就像万花筒一样。当时，限制光谱仪的唯一因素是怎么找到温度够高的火焰来激发元素。所以本生及时地发明了一种设备，正是这种设备让他成了所有曾经熔化过尺子或是点燃过铅笔的人的英雄。他以本地一位技术人员制造的燃气灯为原型，在上面加装了一个阀门来调节氧气流（如果你还记得本生灯底部给你拨来拨去的小旋钮，那就是它了）。改良后，灯的火焰从低效噼啪作响的橘色变成了纯净咝咝作响的蓝色，就像今天你在一个好炉子里能看到的那样。

本生的工作使得元素周期表的构建工作大大加速了。虽然他反对以光谱来归类元素，不过总有比他大胆的科学家。在光谱仪的帮助下，立刻就有新元素被发现了。而且还有很重要的一点，光谱仪能够拨开迷雾，发现藏在未知物质中的已知元素。可靠的鉴别手段让化学家们朝着终极目标迈出了一大步，从更深的层面上了解了物质。不过，科学家们不光是要找到新元素，还得把它们编进家谱里。

这里我们就要谈到本生为周期表做出的另一个杰出贡献了——他帮助创建了海德堡的科学王朝。他的学生中，有不少人为周期律的早期工作做出了贡献，其中就有我们要谈到的第二位主角——德米特里·门捷列夫，人们公认是他创造了元素周期表。

门捷列夫成为元素周期表

故事中的主角有许多原因

实话实说，就像本生和本生灯一样，元素周期表也并不是门捷列夫单枪匹马发明的。有6个人分别独立地制出了周期表，而且他们的工作全都基于前辈化学家提到过的“化学亲和力”。门捷列夫最初的想法很粗糙，他试图找到一种方法，将元素分成有相似性的小组，并找到某种科学规律，将这些小组纳入一个周期体系，有点像是荷马将毫无联系的希腊神话串到一起，写出了《奥德赛》。和其他领域一样，科学界也需要英雄，门捷列夫成为元素周期表故事中的主角，有许多原因。

德米特里·门捷列夫

比如说，他的一生中充满悲剧。门捷列夫生于西伯利亚，家中共有14个孩子，他是最小的一个。1847年，门捷列夫13岁时，他的父亲去世了。为了生计，他的母亲接过了本地的玻璃工厂，管着手下的男人干活，这在当时可是十分大胆的。后来工厂因火灾而烧毁，母亲的希望就全落到了头脑敏锐的小儿子身上。她带着门捷列夫，乘坐马车，翻过白雪皑皑的乌拉尔山脉，穿越荒原峭壁，匆匆赶到了1200英里（约1931千米）外的莫斯科，希望把孩子送进一所精英大学——可是这所大学拒绝了门捷列夫，因为他不是本地人。这位顽强的母亲带着儿子又坐上了马车，跑了400英里（约644千米），匆匆赶到了圣彼得堡，这里有门捷列夫亡父的母校。门捷列夫刚刚登记入学，母亲就去世了。

事实证明，门捷列夫是个才华横溢的学生。毕业后，他在巴黎和海德堡继续学习，在海德堡，他短暂地得到过名宿本生的指导（他们俩关系不太好，部分是因为门捷列夫脾气古怪，还有一部分是因为本生臭名昭著的实验室里嘈杂且充满难闻的烟雾。）19世纪60年代，门捷列夫回到圣彼得堡，得到了一个教授的职位，他开始思考元素的本质，这样的思考最终促成了1869年元素周期表的诞生。

1869 年，门捷列夫首次发表的元素周期表（左）及其手稿，他将元素按原子量排列，揭示了元素的周期表规律（《元素的盛宴：元素周期表中的化学探险史与真实故事》内页插图）

当时，许多人都在冥思苦想如何归类、组织元素，甚至已经有人解决了这个问题，虽然还不完善，他们使用的方法和门捷列夫一样。1865年，英国一位30岁左右的化学家向化学学会介绍了自己的周期表雏形，他的名字叫约翰·纽兰兹。不过一个修辞上的失误毁了他。当时人们还不知道高贵气体（从氦到氡的那列），所以纽兰兹的周期表最上面几行每行只有7种元素，他异想天开地把这7列比作音阶中的“哆、来、咪、发、嗦、啦、西”。不幸的是，伦敦化学学会不够异想天开，所以他们把纽兰兹的“点唱机化学”奚落了一番。

为赶上教科书出版商的交稿期

匆匆拼出第一份周期表

另一位竞争者给门捷列夫带来的威胁就大得多了。尤利乌斯·洛塔尔·迈耶尔是德国人，长着一脸粗犷的白胡子，黑发油光水滑。迈耶尔也曾在海德堡师从本生，手里有正经的专业证书。此外，他还曾发现过血液中的红细胞会将氧气捆绑在血红蛋白上来运输。实际上，迈耶尔与门捷列夫公布周期表的时间几乎相同。1882年，他们两人因共同发现“周期律”而分享了戴维奖，这个奖很有含金量，几乎相当于后来的诺贝尔奖。（戴维奖是英国的，不过英国人纽兰兹却被这个奖项拒之门外，直到1887年他才争取到了自己的戴维奖章。）

此后，迈耶尔又做出了很大贡献，声名蒸蒸日上——在他的帮助下，不少当初不被认可的激进理论，后来得以被大众接受——而门捷列夫却越发古怪，他居然拒绝相信原子的存在。（要是他活得更久一些，肯定也会拒绝相信其他看不见的东西，比如电子和辐射。）如果在1880年左右把这两个人拿出来比较，看看谁是更伟大的理论化学家，你很可能会选择迈耶尔。那么，是什么让门捷列夫从同样发现了元素周期表的6位化学家中脱颖而出，获得了更高的历史地位呢？

首先，门捷列夫对元素本质特性的理解更为深刻，同时代的许多化学家甚至根本没有这个意识。许多人认为某种化合物，比如氧化汞（一种橘色固体）里“包含”着气态的氧和液态金属汞，而门捷列夫却不这么想。恰恰相反，他认为只是组成氧化汞的两种元素的单体形式恰好是气体和金属而已。不变的是每种元素的原子量，门捷列夫认为这是元素的本质特征，这和现代的观点非常接近。

其次，有许多人浅尝辄止地尝试过把元素排成行列，但门捷列夫却在实验室里花费了整整一生，元素摸起来、闻起来是什么样，会如何反应，他的了解比别人深刻得多。尤其是金属，这些元素性质模糊，很难放到周期表中合适的位置上。有了这样深刻的了解，门捷列夫才能把已知的全部62种元素都编进他的行行列列里。他还着魔般地修订周期表，甚至曾经把元素名字写在卡片上，在自己办公室里玩某种化学单人纸牌游戏。还有最重要的一点，门捷列夫和迈耶尔的周期表中都留有空白，因为没有哪种已知元素填得进去。

不过门捷列夫可没有迈耶尔那么保守，他大胆预测会出现新的元素。“使劲儿找啊，你们这些化学家、地质学家。”他像是在嘲讽，“一定会找到的。”分析每一列最下方的已知元素的特性，门捷列夫甚至预测过隐藏元素的密度和原子量，预言实现时，全世界都为他倾倒。此外，19世纪90年代，科学家们发现了高贵气体，门捷列夫的元素周期表通过了这次决定性的考验，它只增加了一列，就轻而易举地将这些元素纳入了系统。（最初门捷列夫否认高贵气体的存在，不过那时候周期表已经不光是他一个人的了。）

然后就是门捷列夫鲜明的个性了。和同时代的俄罗斯作家陀思妥耶夫斯基一样——为了还赌债，他3周内就写出了一整本小说《赌徒》——门捷列夫也曾为了赶上教科书出版商的交稿期，匆匆拼出了第一份周期表。当时，他已经写完了整本教科书的第一卷，那是一本厚达500页的巨著，可是他才讲了8种元素。拖延了6个星期以后，门捷列夫突发奇想，觉得要介绍元素的信息，最简约的方法是画一张表格。他激动地推掉了给当地奶酪工厂做化学顾问的兼职，着手编写这份表格。教科书出版时，门捷列夫不但预测硅和硼的下方会出现性质相似的新元素来填充表里的空白，他还给这些新元素起了临时的名字。虽然他找了一种神秘的外语来为新元素命名，不过这并未损害他的名誉（一切还不确定的时候，人们总喜欢相信权威），他用借用一个梵文词（eka）来表示“超越”之意，分别把这些元素叫作类硅（eka-silicon）、类硼（eka-boron）等。

几年后，门捷列夫已经非常出名了，他和妻子离了婚，又想再娶一个。虽然保守的本地教堂告诉他必须得等7年，不过他贿赂了一位牧师，顺利举行了婚礼。从技术上说，他犯了重婚罪，可没人敢逮捕他。当地有个官员向沙皇抱怨此案中的双重标准——为门捷列夫主持婚礼的牧师被剥夺了圣职，沙皇一本正经地回答：“我允许门捷列夫拥有两位妻子，因为我只有一个门捷列夫。”不过，沙皇的忍耐也是有限的。1890年，因为同情主张暴力的左倾学生组织，自居无政府主义者的门捷列夫被剥夺职位赶出了大学。

继本生灯之后

镓成了化学界恶作剧的重要道具

很容易看出历史学家和科学家为什么会倾慕门捷列夫的传奇人生。当然，如果他当时没有制出元素周期表，今天的人们就不会记得他的生平。总的来说，门捷列夫的工作就像是达尔文提出进化论、爱因斯坦创立相对论。他们都不是一个人做完了全部工作，但他们却做出了最大的贡献，而且比其他人做得更为精美。他们洞见了自己研究方向的前景，并以大量证据夯实了自己的发现。和达尔文一样，门捷列夫也因研究工作得罪了不少人。为自己没见过的元素命名的确有点独断专横，这激怒了罗伯特·本生的嫡传弟子——他发现了“类铝”，所以他理所当然地认为荣誉和命名权都该属于自己，而不是那个偏激的俄国佬。

类铝（现在叫镓）的发现带来了一个问题：到底是什么推动了科学的进步——理论带给人们观察世界的框架，但最简单的实验也可能推翻最优美的理论。发现镓的实验化学家与理论化学家门捷列夫舌战一番后，找到了自己的答案。1838年，保罗·埃米尔·弗朗索瓦·勒科克·德·布瓦博德兰出生在法国干邑地区的一个酿酒之家。他长得英俊潇洒，一头鬈发，胡须卷曲，喜欢戴时髦的领结。成年后，他搬到巴黎，操作本生的光谱仪。后来，他成了世界上最棒的光谱仪大师。

1875年，勒科克·德·布瓦博德兰从矿物中发现了一种从未见过的色带，凭着丰富的经验，他立刻准确地推断这是一种新元素。他将这种元素命名为镓（gallium），这个名字来自拉丁语，意思是法国（高卢，Gallia）。（阴谋论者指责他其实是偷偷地用自己的名字给元素命名，因为勒科克的意思是公鸡，在拉丁语中拼作gallus。）勒科克想抓住这份荣耀好好品味，所以他着手提纯一份镓样品。

花了好几年时间，1878年，这位法国人终于得到了一块又好又纯的镓。镓在室温下呈固态，但它的熔点还不到30℃，这意味着如果你把它握在掌心里（人类体温约为36.7℃），它就会熔化成厚厚的糊状液体，就像水银一样。像这样能让你摸到却不会把手指头烧焦的液态金属可不多。所以，继本生灯之后，镓成了化学界恶作剧的重要道具。其中一个流行的恶作剧是用镓来做汤勺，因为它看起来很像铝，却又很容易化掉。把镓勺和茶一起送到客人桌上，然后你就可以好好看戏了，客人看见格雷伯爵茶“吃掉”了茶具，一定会吓一跳。

勒科克在科学期刊上公布了自己的发现，理所当然地为自己发现了这种多变的金属而自豪。1869年门捷列夫制出元素周期表以来，这是人们发现的第一种新元素。理论化学家门捷列夫读到了勒科克的发现，就企图横插一脚，他宣称勒科克之所以能发现镓，是因为他先预言了类铝。勒科克干脆利落地回答：“不，我做的才是实际的工作。”门捷列夫表示反对，德国佬和俄国佬在科学期刊上唇枪舌剑，就像连载小说里不同的角色在不同的章节中各自独白。勒科克被门捷列夫的喋喋不休激怒了，他宣称有一位法国无名氏早在门捷列夫之前就制出了元素周期表，俄国佬不过是剽窃了别人的创造——这在科学界是很重的罪名，仅次于伪造数据。（门捷列夫从来不乐意分享荣誉，相比之下，19世纪70年代，迈耶尔却在自己的作品中引用过门捷列夫的周期表，在后世的人们眼中看来，就像迈耶尔不过是步了门捷列夫的后尘。）

门捷列夫仔细检查了勒科克关于镓的数据，然后毫无根据地告诉那位实验化学家，他的测量一定有问题，因为镓的密度和质量与门捷列夫的预测不一样。这样的傲慢简直让人目瞪口呆，不过正如科学界的哲人兼历史学家埃里克·思科瑞（Eric Scerri）所说，门捷列夫总是“企图扭曲事物的本性，使之适合自己伟大的哲学框架”。不过门捷列夫也不光会搞破坏，在这件事上他是正确的：不久后勒科克收回了原来的数据，重新发表的实验结果与门捷列夫的预测吻合。

还是思科瑞说的，“科学界震惊地发现，理论化学家门捷列夫竟然比亲手发现新元素的化学家更了解这种元素的特性”。一位文学老师曾教过我什么能成就一个好故事——元素周期表的制定就是一个好故事——故事的高潮“出人意料但合情合理”。我猜测，门捷列夫发现周期表的伟大框架时一定非常震惊——但同时也相信它一定是正确的，因为这张表格如此简洁优美。难怪他有时候会因自己感受到的力量而有点忘乎所以。

先放下门捷列夫在科学上的“霸气”不提，这场争辩真正的核心是理论和实验谁主谁从。是理论为勒科克带来了灵感，让他发现了新东西，还是说实验提供的是切实的证据，门捷列夫的理论不过恰好吻合了实验数据？在勒科克为周期表中的镓找到证据之前，门捷列夫还不如预言火星上有奶酪。那么法国佬就得再次撤回数据，重新发布吻合门捷列夫预言的新结果。尽管勒科克宣称自己从未见过门捷列夫的表格，但他仍可能从别人那里听说过周期表的内容，又或者是整个科学界都在谈论周期表，间接启发了科学家留意新的元素。正如天才阿尔伯特·爱因斯坦所说，“理论决定了我们能观察到什么”。

伯特格尔和契恩豪斯发现了

中国瓷器的秘密

归根结底，要厘清理论和实验谁先谁后，谁为推动科学发展做出的贡献更大，几乎是件不可能的事情。尤其是考虑到门捷列夫也作出过不少错误的预测。他真该庆幸是勒科克这样优秀的科学家先发现了类铝。如果有人揪住了他的小辫子——门捷列夫说过氢之前还有许多元素，他还信誓旦旦地说日晕中有一种叫作“coronium”的特殊元素——那俄国佬可能死无葬身之地。不过正如人们原谅古代占星家那些错误甚至自相矛盾的观测，只记得他们准确预测到了一颗闪亮的彗星，大众也倾向于只记住门捷列夫成功的预测。

此外，将历史化繁为简的过程中，人们总倾向于给门捷列夫和迈耶尔这样的人物过高的评价。他们的确搭建了元素周期表的初步框架，使元素得以各居其位，但截止到1869年，所有元素中只有三分之二被发现了，而且接下来的许多年里，就算是最好的周期表里也有某些元素被放在错误的位置上。

工作的重担压在门捷列夫肩上，他根本无法写出一本现代的教科书来，尤其是考虑到那堆乱七八糟的镧系元素（现在我们把这些元素单独放在周期表下方）。镧系元素从57号元素镧开始，它们到底应该放在周期表里的哪个位置，这个问题直到20世纪仍深深折磨着化学家。埋藏起来的电子使得镧系元素喜欢挤到一块儿，这给研究者带来了额外的困难，要把它们分离开来，简直就像是解开野葛或常春藤纠缠的藤蔓一样。在镧系元素面前，光谱分析也不太好使，因为哪怕科学家探测到了几十种新色带，他们也不知道这到底代表着多少种新元素。就连最敢于预测的门捷列夫也觉得镧系元素太麻烦了，难以揣摩。

1869年，人们知道的就只有镧系元素中的老二——铈。不过门捷列夫并没有预测“类铈”什么的，而是老实承认了自己的无奈。在他的表格里，铈后面只留下了一行行丧气的空白。后来在将新的镧系元素填进周期表的时候，他经常搞错这些元素的位置，部分是因为许多“新”元素其实是几种已知元素的混合物。似乎铈就是门捷列夫所知的世界的边界，就像直布罗陀是古代水手的边界一样，一旦越过这条界限，他们就得冒着掉进漩涡或是从地球边缘冲下去的风险。

事实上，门捷列夫只需从圣彼得堡往西走上几百英里，就能解决所有问题。这个村子在瑞典，离铈的发现地很近，村名很滑稽，叫于特比（Ytterby）。如果门捷列夫来到这里，就会和一种难以归类的制瓷矿物不期而遇。

1701年，一个名叫约翰·弗莱德里奇·伯特格尔（Johann Friedrich Böttger）的年轻人骗来了一群人，在他们面前欣喜若狂地掏出两枚银币，准备给他们变个魔术。他手舞足蹈，给银币施了点儿化学巫术，银币“消失了”，一枚金币突然出现在人们眼前。当地人从没见过比这更有说服力的炼金术，伯特格尔觉得自己一定会声名鹊起——不幸的是，他的确声名鹊起了。

关于伯特格尔的流言终于传到了波兰国王、号称“强力王”的奥古斯特二世的耳朵里。国王逮捕了这位年轻的炼金术士，把他关进了城堡里，让他替王国生产金子，听起来有点像是童话里的故事。显而易见，伯特格尔没法满足国王的要求，几次徒劳无功后，这位人畜无害的小骗子发现自己快要被送上绞刑架了。为了挽救自己可怜的脖子，伯特格尔恳求国王宽恕自己。他表示，虽然他不会炼金，却懂得如何制造瓷器。

在当时，这样的宣言简直是天方夜谭。自从13世纪末期马可·波罗从中国回来以后，欧洲贵族就迷上了洁白的中国瓷器，它们如此坚固，指甲刮蹭都不会留下划痕，可是与此同时，它又呈现半透明的奇妙光泽，就像蛋壳一样。帝国的兴衰竟能从他们所用的茶具来判断，还有不少关于瓷器拥有神奇力量的传言。有传言说，用瓷质的杯子喝水就不可能中毒；还有传言说，中国的瓷器多得吓人，中国人用瓷器砌成了一座9层的高塔（这个传言是真的）。几个世纪以来，实力雄厚的欧洲人一直在资助瓷器研究，比如佛罗伦萨的美第奇家族，可最终他们只做出了低劣的仿制品。

伯特格尔很走运，奥古斯特国王手下有个瓷器高手，他的名字叫埃伦弗里德·瓦尔特·冯·契恩豪斯（Ehrenfried Walter von Tschirnhaus）。契恩豪斯此前的工作是对全波兰的土壤进行取样，寻找合适的地点挖掘宝石矿，为王室提供宝石，他刚刚发明了一种特殊的炉子，能够达到约1648℃的高温。利用这个炉子，他能将瓷器熔化，分析它的成分。

国王把聪明的伯特格尔派给了契恩豪斯当助手，研究工作从此一日千里。这对搭档发现，中国瓷器的秘诀是一种名叫高岭土的白色黏土和一种长石，在高温下，二者会熔合成玻璃质。他们还发现了同样重要的另一件事情：和大多数陶器不同，瓷器的釉面和黏土必须同时烧制，而不是分步进行。高温下釉质和黏土互相熔合，正是这个步骤赋予了瓷器透亮的外表和坚韧的内在。两人完善了整个工序，然后放心地回到宫廷向国王汇报。奥古斯特慷慨地赏赐了这对搭档，他梦想着瓷器会让他立刻成为欧洲最有影响力的君主，至少在社交上最有影响力。既然取得了这么大的突破，伯特格尔觉得自己一定会得回自由。可不幸的是，国王觉得他现在太有价值了，不能放走，所以反倒把他看得更紧了。

在于特比发现了门捷列夫表格里

空缺的镧系元素

不可避免地，瓷器的秘密泄露了出去，伯特格尔和契恩豪斯的秘方传遍了整个欧洲。既然有了基础的化学理论，接下来的半个世纪里，手工匠人即兴发挥，又对工序进行了改良。不久后，人们一旦发现长石马上就地开采，哪怕冰天雪地的斯堪的纳维亚也不例外。在这里，人们更喜欢用瓷质的炉子，因为比起铁炉来，瓷质的炉子能达到更高的温度，保温时间也更长。为了满足欧洲蓬勃发展的制瓷业的需求，1780年，在离斯德哥尔摩十多英里外的于特比岛上，一个长石矿动工了。

伯特格尔和契恩豪斯方法烧制的瓷器，约1720 年（《元素的盛宴：元素周期表中的化学探险史与真实故事》内页插图）

于特比的意思是“偏僻的村落”，它看起来就是个典型的瑞典海滨村庄，水面上矗立着红顶的房屋，屋子都有大大的白色百叶窗，宽阔的院子里种着许多枞树。人们乘着渡船在群岛间往返，街道都以矿物和元素的名字命名。

于特比矿场位于岛屿东南角，就像是用勺子把山顶挖去了一块，这里为制瓷业和其他产业提供了优质的矿石。对于科学家来说更有趣的是，这里的矿石能制出富有异国情调的颜料，还能用来给瓷器上釉。

今天，我们知道明亮的色彩是镧系元素的馈赠，由于某些地质原因，于特比的矿脉里富含镧系元素。地壳中的稀土元素原本是均匀分布的，就像是有人把整个调料架上的佐料倒进一个碗里，又搅拌了一番。不过金属元素喜欢成群结队地行动，镧系元素尤其如此，所以随着地壳内部熔化的泥土的搅动，它们聚到了一块儿。最后，镧系元素矿脉恰好出现在瑞典附近——当然实际上是地底。斯堪的纳维亚附近有一条断层，在遥远的过去，板块运动将富含镧系元素的岩石从地底深处刨了出来，这个过程中本生钟爱的热液喷发也帮了一把手。最后一次冰河期中，广袤的斯堪的纳维亚冰川刮去了大陆表层，最终使于特比附近富含镧系元素的岩石暴露出来，人们轻而易举就能开采。

就算合适的经济条件使得在于特比采矿有利可图，优越的地理条件也使采矿在科学上颇有价值，不过要真正发掘出这个地方的财富，还需要合适的社会环境。17世纪晚期，斯堪的纳维亚刚刚走出维京时代，当地的大学甚至还大规模举行猎巫活动，跟他们相比，塞勒姆审巫案简直不值一提。不过到了18世纪，瑞典从政治上征服了斯堪的纳维亚半岛，瑞典启蒙运动又从文化上侵入了这片土地，斯堪的纳维亚人投入了理性主义的怀抱，伟大的科学家开始纷纷涌现。相对于这里的人口基数而言，比例简直高得吓人。其中一位就是生于1760年的化学家约翰·加多林（Johan Gadolin），他的家族中有好几位富有科学头脑的学者（约翰·加多林的父亲是一位物理学兼神学教授，他的祖父更加不可思议，老爷子居然身兼物理教授和主教二职）。

年轻时代，加多林走遍了欧洲大陆——也包括英国，在英国，他参观了瓷器制造商约书亚·韦奇伍德的黏土矿，还为他们提供过帮助——后来他在图尔库定居下来。图尔库这个地方现在属于芬兰，毗邻波罗的海，与斯德哥尔摩隔海相望。在图尔库，加多林成了一位小有名气的地球化学家。业余的地质学家开始从于特比寄给他一些不同寻常的岩石，征求他的意见。加多林发表的文章渐渐引起了科学界的重视，人们开始注意到于特比这个小小的采石场。

7 种元素发现地——于特比（《元素的盛宴：元素周期表中的化学探险史与真实故事》内页插图）

虽然加多林手中没有合适的化学工具（也没有相应理论）来把14种镧系元素全部鉴别出来，但他仍在这方面做出了很大贡献。他把寻找新元素当成一种消遣，甚至可以算是种嗜好。等到门捷列夫已近迟暮，那时的化学家们有了更好的工具。他们回头去重温加多林对于特比岩石的研究，新元素就像硬币一样哗啦啦掉了出来。

为了纪念这些元素的故乡，加多林把即将出现的新元素命名为“yttria”。在他的带领下，化学家们开始在周期表上为于特比树起丰碑。包括镱（ytterbium）、钇（yttrium）、铽（terbium）、铒（erbium）共有7种元素可以追根溯源到于特比（Ytterby），比世界上其他任何地方都多。趁着字母表里的字母还没用完（rbium这种名字感觉可不怎么对劲），化学家们也给另外3种新元素找到了名字：钬（holmium），采用斯德哥尔摩（Stockholm）的后半部分音节；铥（thulium），神话里斯堪的纳维亚的名字；在勒科克的坚持下，加多林（Gadolin）的名字也登上了周期表，属于他的元素是钆（gadolinium）。

总体来说，在于特比发现的7种元素中，有6种是门捷列夫表格里空缺的镧系元素。如果门捷列夫再往西走一小步，穿过芬兰湾与波罗的海，来到这座元素周期表上的科隆群岛，那么他也许就能亲手修订元素周期表，补充铈后面的所有空白，我们看到的历史也就大大不同了。

本文节选自《元素的盛宴：元素周期表中的化学探险史与真实故事》，小标题为编者所加，非原文所有。文中所用插图均来自该书。已获得出版社授权刊发。

原文作者/[美]山姆·基恩

摘编/安也

编辑/何安安

校对/赵琳

为什么门捷列夫会成为元素周期表故事中的主角？

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