元素古今談

自然界多姿多彩,無限多樣,但是組成世界萬物的基礎——化學元素卻是有限的。它們不是彼此孤立地存在著的,而是形成一個完整的化學元素周期體係。曆代的化學家們研究和發現化學元素,曾經走過一條坎坷不平的艱辛道路。元素周期律遲至19世紀60年代才被發現,化學從此才第一次具備較完整的理論體係。

我國遠在商周時代就開始研究元素。在戰國時代形成了金、木、水、火、土“陰陽五行”說。在古印度的孔雀王朝時代,也產生了地、水、風、火“四大元素”說。

在古代,無論中國和外國,對於物質構造的認識,基本上可以歸納為兩種理論:原子論和元素論。

古代原子論要討論的問題是物質的無限可分或分割有限而具有不可再分割的最小單位。這一理論雖然提出了正確的命題,但當時的生產技術水平很低,還遠遠不能建立在科學實驗的基礎上,隻能是一種直觀的臆測,因而遭到人們的懷疑甚至反對。

另一種是元素論,它是從具體事物中概括歸納出來的,有一定的經驗事實作為基礎,為大眾所承認,但古代關於元素的概念,主要是指物質的性質而言的。比方說,古希臘四元素說的含義是:自然界本來存在著熱、冷、幹、濕四種相互對立的“原性”,由四種“原性”組合,生成火、氣、水、土四種元素。所以說古代的元素並不是現代科學條件下所認識的元素。

也正是因為這樣的元素觀念,把人們的思想長期禁銅起來,以至化學家們經過了一千多年的實踐和鬥爭,才從“原性”元素的觀念中解放出來,建立了科學的元素理論。

在錯誤的元素觀的指導下,便產生了煉丹術,又叫煉金術。煉金,就是企圖把普通的元素轉變成黃金;煉丹,則是企圖製造使人長生不老的仙丹。煉丹術始於我國西漢時期,後又傳於阿拉伯、歐洲。然而,由於煉丹術本身是違反化學元素的客觀規律的。特別是煉丹所用的藥物都是汞、鉛、砷等有毒的化合物,不僅不能使人長生不老,反而使一些封建統治者斷送了性命。

但是,人們在長期的煉丹、煉金過程中,卻積累了不少化學知識,掌握了一些化學元素的特性,煉丹家、煉金家們製造了各種化學儀器,他們還用各種符號表示化學元素,這些,都為進一步揭開化學元素的本質準備了條件。

17世紀70年代,英國化學家波意耳在觀察和實驗的基礎上,公開向傳統的化學觀念挑戰並提出了化學元素論的科學概念。他認為化學元素是用一般化學方法,不能再分解為更簡單的某些實物,是原始的和簡單的物質,或者是完全純淨的物質。

18世紀下半葉英國化學家普利斯特列等人發現氧。法國化學家拉瓦錫據此建立了燃燒的氧素理論,證明燃素的不存在,否定了燃素學說。

化學科學對於元素的認識,在十分漫長的歲月裏,經曆了一個否定之否定的過程,最終在發現了幻想的元素的真實對立物——氧元素之後,才真正確立了現代的元素論。

此後,許多金屬和非金屬元素相繼被發現。到1871年,已經發現了63個元素。

1869年俄國化學家門捷列夫發現了元素的性質隨著原子量增加而呈現周期性變化的規律,即化學元素周期律。由元素所組成的一個完整的周期體係,稱為元素周期係。從此化學科學形成了完整的理論體係。

20世紀以來,化學進一步深入到原子內部結構的研究,提出了原子結構和原子核結構理論,因而更深刻地闡述了元素周期律的本質。無素是由同種原子組成的物質,元素性質主要決定原子價殼層電子的排布。核外電子的周期性排布決定了元素性質的周期性變化。原子量是由質子和中子組成的原子核質量所決定的,原子序數即為核電荷數,與核外的電子數相同。同一種元素由於中子數的不同,尚存在不同的同位素。到本世紀50年代,已經基本上弄清了元素周期律的本質。

在原子和原子核結構理論的指導下,自40年代起,開始人工合成92號元素鈾以後的新元素。到目前為止,已經人工合成出第109號元素。這些人工合成的新元素稱為超鈾元素。

以核反應和核裂變為研究對象的核化學,實現了古代煉金術家的夢想,可以成功地把賤金屬汞轉變為金元素,而且人工合成了許多新元素,被人們稱為“新煉金術”。

人類的認識能力是無限的。科學的發展無止境。人們對於化學元素的認識,正在不斷地深入和發展。