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808年发表了气体反应体积关系定律。他指出： 在相同温度、压力下，气体反应中各气体体积互成简单整数比。他引用原子学说认 为，可能由于化合时的原子整数比，才形成了体积的整数比。即两种化合气体的体 积比和组成它们的原子数目比是致的。据此，他武断地提出了一个假说，在同温、 同压下，同体积的不同气体都含有相同数目的原子。他这种假定，暗示着气体单质 都是单原子分子。如果事情真是如此，就可以立即得出，两种元素的原子量之比， 恒等于它们同体积气态单质的质量比。这一结论，很不确切，在我解决分子式问题 上，遇到很大困难，并遭到道尔顿的坚决反对。因为这一假说成立，那必然要导致 半个原子的存在。例如，合成的水分子中，就会存在半个氧原子。因为两体积氢气 和一全积氧气化合，合成两体积水蒸气。存在半个原子，这是直接违背道尔顿原子 学说的。
1811年意大利物理学家阿伏伽德罗，在盖。吕萨克假说的基础上，进行了合理 的推量，引入了分子概念。他假设气态元素可以由多原子分子组成，并把它和原子 区别开来，成功地使分合体积的数据和原子不可分的概念统一起来。他认为，无论 是化合物还是单质，在不断被分割过程中，都存在一个分子阶段。并指出：在同温、 同压下，同体积的任何气体，都含有相同数目的分子。值得指出的是，他认为各种 气态单质分子一般都是双原子分子。这是他失误之处。阿伏伽德罗的学说，使半个 原子的矛盾，迎刃而解。一种化合物分子中的不同原子数目比，就是分子式，由形 成该化合物的各气态单质的体积比求得。要测定分子量，只要把它变成气体，测定 它的密度就可以了。根据分子式、分子量，当然就可以得到原子量。可以看到，这 些讨论，都昌对气态物质而言的。但是无论如何，阿伏伽德罗把原子学说和气体反 就关系定律统一起来，使原子学说摆脱了困难，并使其进一步发展了。其实，稍微 推广阿伏伽德罗的结论，不但可以完满地解决当时迫切的原子量问题，而且还会有 力地推动化学的迅速发展。我们只要想一想阿伏伽德罗常数在化学中的重要性，就 可以理解它的重要作用了。但分子学说和阿伏伽德罗定律，竞没有得到当时化学界 和物理界的承认。英国、法国和德国的科学家们都不相信阿伏伽德罗的理论。这一 理论被冷落以致被埋没了50年，在自然科学史上也是罕见的。他生前没有多大名望。 他在化学上却贡献很大。但法国巴黎科学院和英国皇家学会，都没有推荐他任院士 或会员。
（二）
分子论被冷落的原因是多方面的。这固然受到当时科学发展水平的限制。当时 所知道的气体或空易气化的物质还不多，用来测定物质基本量而收集到的可靠数据 多属于不易挥发的无机化合物。对分子量测定很关重要而易挥发的有机化合物，在 当时时只是刚刚开始研究。作为客观原因，也和当时人们的注意力多是集中在原子 量的测定，而对分子量的测定还不那么迫切有关。但是，我们要充分认识到，当时 对化学影响很大的形而上学思想和形而上学的自然观，严重地阻碍了人们对分子学 说的承认和肯定。情况大致是这样的：当时化学界的权威道尔顿和瑞典化学家贝采 里乌斯（Berzelius， 1779－1848）都强烈地反对分子学说。贝采里乌斯的关于分 子构成的电化二元论占据着统治地位。当时有一个法国科学家高丁（Gaudin，1804 －1880）曾对分子学说有着深刻的理解，并写过支持分子学说的文章。但由于贝采 里乌斯在化学界的威望很高，后来高相竟然也认为分子学说是错误的。在这种环境 下，分子学说的命运就可想而知了。
贝采里乌斯的二元论认为，各种原子都有两极。一极带正电，一极带负电。但 一个原子上两极所带的电，其强弱并不相等。有的负电多于正电，总的看来显负电 性；有的则正电多于负电，总的看来显正电性。由于不同原子（包括复杂原子）带 不同的电性，因而产生吸引力，由此形成化合物。例如，钾（＋）和氧（－）可以 生成氧化钾。硫（＋）和氧（－）可以生成硫酸。氧化钾（＋）和硫酸（－）可以 生成硫酸钾。贝采利乌斯这一套理论叫做电化二元论。它虽然从一个侧面反映了物 质相互化合的一些事实，但它的片面性是非常明显的。它不是从结构上讨论分子的 形成，而是把各种物质纳入他的正负电二元论中，用一种模式企图概括所有物质的 合成，结果出现牵强附会的现象。根据贝采里乌斯学说，同一元素的原子必然荷相 同的电性，彼此是互相排斥的。因而单质是不可能形成多原子分子的。他激烈反对 分子学说。其实，贝采里乌斯并没有真正理解物质化合成键的本质，这是显而易见 的。化学界在贝采里乌斯理论的统治下，分子学说被认为是错误的。很多化学现象 用分子学说来说明本来可以轻而易举，但竟被弃而不用，甚至被人们遗忘了。许多 人放弃了分子学说，继续致力于原子量的测定。在以后的年代里，分析技术虽然有 了很大的发展，也发现了一些与测定原子量有关的定律。但因分子式问题没有得到 解决， 原子量的测定一直处于困境。法国化学家杜马（Dumas，1800－1884）竟荒 唐地主张有机化学和无机化学应各有自己的原子量系统。在这种情况下，很多化学 家宁用由实验直接得来无误的当量，而不用莫衷一是的原子量。分子式的情况，也 众说纷纭。HO既可以代表水，又可以代表过氧化氢。C2H4既可可代表甲烷，也可能 代表乙烯。反之，一种物质又可以有很多种分子式。这种情况一直延续了几十年。 1839年杜马由醋酸制出了三氯醋酸。在这里，醋酸中正电性的氢，竟被负电性的氯 所取代，产生的物质，其性质并没有多大变化。杜马说：我所发现的事实与贝采里 乌斯的电化理论相矛盾。坚持电化理论的人反对杜马的取代学说。杜马的实验以及 后来的大量实验事实，动摇了电化理论。由此，分子学说的复兴和最后确立，额观 上才成为可能。 而这一切功绩应该归于意大利化学家康尼查罗（Cannizaro，1826 －1910）。他在分子学说的确立上，起到了决定性的作用。但这已经是1860年的事 情了。他进一步阐明了分子学说，对盖。吕萨克等人错误，一一加以澄清，并为确 定原子量提供了一个非常合理的途径。 德国化学家迈耳 （Meyer， 1830－1895） 1864年在他所著的《近代化学理论》一书中对分子学说积极给予推荐。因此，分子 学说逐渐得到了世界范围的承认。
（三）
分子学说的建立，经历了半个世纪。这段历史，给了我们许多有益的启示。在 自然科学发展史上，一种新理论的创建，由于认识的、历史的多种原因，境遇往往 是很不同的。阿伏伽德罗的分子学说是适应原子学说进一步发展的一个历史必然步 骤，但却长期被世人摈弃。机械唯物论有一个很突出的特征就是把人们的一些认识 绝对化。贝采里乌斯的电化理论反映了化合现象的某些规律性，有其历史的价值。 当时共价键的理论还没有被阐明。虽是如此，但企图把一切化合作用都看成为盐的 生成模式，以偏概全，就必然导致理论上误入歧途。原子学说是具有划时代意义的 成就，它为近代化学发展奠定了基础。道尔顿在原子学说方面的正确思想一旦为主 观主义的“最大简度原理”所束缚，在理论上就无法向前推进一步。他的这种“原 理”不能不说是受了他本人形而上学思想的限制。
人们的认识是一个历史的过程。由于受科学发展水平和思想方法的限制，人们 不能简单地、直线地揭示出某些特定过程的客观规律性。一种理论，通过曲折的道 路才最后得到确认，这是可以理解的。但我们也明显地看到，科学一旦离开辩证唯 物主义哲学思想的指导，就往往会导致令人惋惜的后果。当我们有意识地运用正确 的思想来指导我们的实践时，就可以避免那些历史曲折，使我们对客观物质世界的 认识，达到自由王国的彼岸。
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第十七章 从“痴人说梦”到天才预言
——元素周期律发现的前前后后
化学元素周期律的发现，是19世纪自然科学的重大成就之一。它不仅给自然科 学特别是化学的发展以巨大的影响，而且对辩证唯物认义自然观的确立和发展也起 到了不可低估的作用。但是，在这一规律发现的前前后后，却经历了艰难而曲折的 斗争，其中，自然科学家们表现出的追求真理，坚持真理，不惧冷嘲热讽、舆论非 难和权威压抑的科学精神，给后人留下了极为深刻的教益和启示。
（一）
19世纪的头十年，是化学发展史上令人瞩目的十年。在这短短的时间里，新发 现的元素竟达14种之多。它们比18世纪以前人类全部认识的元素三分之一还多。
这些新元素的发现， 一方面使1789年拉瓦锡（Lavoisier，1743－1794）提出 的四类（即气、非金属、金属、土质）元素分类法受到了严重的冲击而瓦解，同时， 又在化学家面前提出了一系列新的问题。
自然界里究竟有多少种元素？未知元素的寻找有无规律可循？新元素的性质是 怎样的？其性质能否预测？
所有这些问题都集中在一个焦点上：元素之间有无内在的必然联系，是什么样 的联系？
正是这个问题迫使人们对已知元素不得不进行深入的重新认识。
1829年，德国的化学家贝莱纳（J。W。Dobereiner，1780－1849）首先敏锐地 察觉到已知元素所表露的这种内在关系的端倪：某三种化学性质相近的元素，如氯， 溴，碘，不仅在颜色、化学活性等方面可以看出有定性规律变化，而且其原子量之 间也有一定理的关系，即：中间元素的原子量为另两种元素原子量的算术平均值。 这种情况，他一共找到了五组，他将其称之为“三元素族”。
尽管他找到的规律仅能说明局部，而且使人感到偶然性的成份更大，但是，这 种从事物本身来说明事物，寻求联系，由定性到定量的过渡却代表了本质上正确的 新方向，开了寻找元素间规律的先河。
在此之后，长达40年的时间里，这方面的探索工作一直没有停止过，总计有90 起之多，其中具有代表性的如：
1857年， 法国人尚古多（B。De Chancortois，1820－1886）提出的关于元素 性质的《螺旋图》；1864年，德国的迈尔（J。L。Meyer，1830－1895）发表的《六元素表》；1865年，英国人纽兰兹（J。A。R Newlands，1837－1898）发表的关于元素性 质的《八音律》等等。
从《三元素组》到《八音律》的三十多年间，被组织起来的元素越来越多，它 们之间的规律性也越来越明显了。在这些向真理逼近的工作中，科学家们付出了巨 大的代价，铺平了通向打开周期律大门的道路。
1869年，同1842年因能量守恒与转化定律被几个人不约而同发现而载入物理学 史册一样，元素周期律由门捷列夫（Д。И。MehДeИeB，1834…1907）和迈尔同时 提出而载入化学史册。
（二）
然而，新生事物的出现往往不是一帆风顺的。周期律的探求者们不仅要在同自 然界的奋斗中耗费精力，而且还要承爱来自社会方面的攻击和非难。
在法国， 尚古多的《螺旋图》 受到了巴黎科学院的冷遇。他虽然在1862年和 1863年先后把有关这方面的三篇论文、图表和模型送交科学院，但一直没有被接纳；
在德国，迈尔的《六元素表》由于遭到非难，在当时也未能及时公布于世；
在英国，纽兰兹在化学学会上提《八音律》时，不但没有受到欢迎，反而遭到 了嘲笑。英国化学学会会长福斯德森教授还当场质问纽兰兹：“是否尝试把元素按 字母的顺序排列，这样可能得到更精彩的符合！”英国化学会也拒绝发表他的论文。
在俄国，门捷列夫的阻力更大。一些知名的学者，包括他的导师，“俄罗斯化 学之父”沃斯克列森基教授和化学界权威齐宁一开始就不支持他从事这项研究，嘲 笑他不务正业。还训斥他说：“到了干正事、在化学方面作些工作的时候了！”
还有一些人说什么，门捷列夫的周期律是科学研究中“不能依靠”的“一种普 遍分类法”，来加以排斥和贬低。
对于门捷列夫的这些工作，连迈尔也曾表示过怀疑，认为他在“薄弱”的基础 上来修改当时公认的原子量，是近乎“鲁莽”的行为。
更有甚者，一些人竟对此报之以挖苦和讥讽：“化学是研究业已存在的物质的， 它的研究结果是真实的无可争辩的事实。而他（指门捷列夫）却研究鬼怪——世界 上不存在的元素，想象出它的性质和特征。这不是化学，而是魔术！等于痴人说梦！”
这种几乎来自当时所有科学大国，学术权威的冷落，嘲讽，压制和诋毁，使这 一科学发现本来就十分曲折的道路，变得更加陡峭和险峻，其结果是令人痛心的。
尚古多的研究成果被推迟了整整20年，直到1889年，1891年才先后被翻译出版， 这不仅在一定程度上影响了对元素周期发现的进展，而且使法国科学界没有起到在 这一重大发现中应起的作用；
纽兰兹在英国科学界和权威的巨大压力下，不得不放弃这一重要理论问题的探 索，转向制糖工艺的研究，这不仅使本来颇具希望的纽兰兹本人失去了进一步深入 研究，获得更好成果的可能性，也使英国化学学会和权威们不得不承受历史上的难 洗之耻；即使周期律发现之后，由于种种原因，使这一重要的科学成果仍迟迟不为 科不界公认。
（三）
经过五年多的沉默，事实终于说话了。
1875年，门捷列人根据周期律所作出的对新元素的预言第一次得到了证明：法 国人布瓦博德朗（P。E。L de Boisbaudran， 1838－1912） 发现的新元素“镓” （Ga）正是门捷列夫预言的“类铅”。
1879年，瑞典化学家尼尔森（L。F。Nilson，1840－1899）发现了新元素“钪” （Sc），又一次证实了门捷列夫预言的“类硼”，是完全正确的。
1886年， 当德国科学家克勒（C。A。Winkler，1838－1904）看到自己发现的 “锗”（Ge）正是门捷列夫在16年前就已预言过的“类硅”时，惊奇之余，用一段 极为精采的话说明了这一科学发现的无可争辩的真理性：“再没有比‘类硅’的发 现能这样好地证明元素周期律的正确性了，它不仅证明了这个有胆略的理论，它还 扩大了人们在化学方面的眼界，而且在认识领域里迈进了一步！”
恩格斯也曾高度地赞扬了周期律的发现，他说：门捷列夫“完成了科学上的一 个勋业，这个勋业可以和勒维烈计算尚未知道的行星海王星的轨道的勋业居于同等 地位。
（四）
历史是现实的一面镜子。尽管元素周期律从发现到现在已经过去了一百多年， 当时周期律发现者面临的那些乌去早已消散殆尽，但是认真从中汲取有益的教训， 对今后科学发现尽量减少不必要的阻力，仍是大有裨益的。
回顾19世纪初自然科学发展的情况，正如恩格斯所指出的那样：当时，“经验 自然科学积累了如此庞大数量的实证的材料，以致在每一个领域中有系统地和依据 材料的内在联系把这些材料加以整理的必要，就简直成为无可避免的”。这种形势， 迫使自然科学家面对理论思维，每一个科学家都面临着一种选择：要么适应这种形 势，适应客观辩证法运动规律作出贡献；要么站在对立面上，自觉不自觉地成为科 学前进的阻力。
门捷列夫是属于哪一种呢？还是看一看他自己的回答吧：“人们不只一次问我， 根据什么由什么思想出发而发现肯定了周期律？让我尽力来答复一下吧！……当我 考虑物质的时候……总不能避开两个问题：多少物质和什么样物质？就是说两种观 念：物质的质量和化学性质……因此自然而然就产生了这样的思想；在元素的质量 和化学性质之间，一定存在着某种联系，物质的质量既然最后成为原子的形态，因 就应该找出元素的特性和它的原子量之间的关系”。
显而易见，他是属于前一种人：在客观上，门捷列夫顺应了自然科学辩证发展 的形势，在主观上，他又在自己的科学研究中，自发地站在唯物主义立场上，运用 了辩证法的相互联系思想和量变质变等规律。正因为如此，他才势如破竹，高屋建 翎，不仅一举完成了周期律的发现，而