德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫

德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫（俄语：Дми́трий Ива́нович Менделе́ев，英语：Dmitri Ivanovich Mendeleev，1834年2月8日-1907年2月2日），俄罗斯著名化学家、科学家、进步的社会活动家。^[2][6]

门捷列夫在中学时期已在自然科学和数学学科中体现出他的学术潜力。^[4]1856年，他硕士毕业于圣彼得堡主要教育学院，随后开始其科研生涯。1860年9月在德国举行的首届化学会议促使门捷列夫编写了俄语教科书《有机化学》，以及在1865年完成其博士论文《论酒精和水的化合物》的答辩。^[1][3][2]门捷列夫曾任圣彼得堡大学、圣彼得堡科技学院的化学教授，是多个协会、学会的会员。在晚年结束教授生涯后，他开始管理度量衡仓库，后担任计量总局局长。^[1][7]

1869年，门捷列夫创作了第一张化学元素周期表，还预测了三种当时尚未发现的元素（锗、镓和钪kàng）。^[5][8]他是元素周期律的发现者，他编著的《化学原理》被国际化学界公认为标准学术著作，前后重版八次，至今仍在化学界具有显著地位。^[9]除了发现元素周期律外，门捷列夫还研究过气体定律、气象学、石油工业、农业化学、无烟火药、度量衡等，在这些领域做出了不同程度的贡献。^{[10][11][1][9]}主要的成果包括提出临界温度、对石油成分的研究、在俄罗斯引入公制、设计破冰船、开发无烟火药等。^[10][12][13]

门捷列夫一生中曾获科普利奖章、戴维奖章等奖项，但遗憾的是三次错失诺贝尔奖。^[1]为纪念门捷列夫，全俄计量研究所以门捷列夫的名字命名，联合国大会宣布2019年为国际化学元素周期表年，联合国教科文组织设立了俄罗斯门捷列夫国际基础科学奖。^{[14][15][16][17]}此外，还有以门捷列夫命名的自然事物和科学事物，如化学元素（钔mén）、月球陨石坑等。^[18][19]

1834年2月8日^[2]（旧版说法为1月27日^[1]），德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫出生在西伯利亚小镇托博尔斯克的一个东正教家庭。^[20]门捷列夫的父亲是伊万·巴甫洛维奇·门捷列夫，他是一名中学教师，母亲是玛利亚·德米特里耶芙娜·门捷列夫（Maria Dmitrievna Mendeleev）。^[2]门捷列夫是家里17个孩子中（其中3个孩子在出生时死亡）年纪最小的。^[1]

1841年，门捷列夫进入中学学习，在自然科学和数学学科中取得优异成绩，于1849年完成学业。^[4]此前，父亲伊万病逝于1847年，母亲玛利亚独自经营的玻璃厂也于1848年被大火烧毁。^[1]

尽管经济拮据，但玛利亚认识到门捷列夫的学术潜力，并决定将对他的教育放在首位。她带着孩子们先后前往莫斯科、圣彼得堡求学，但被莫斯科大学和圣彼得堡大学拒绝。最后门捷列夫进入了父亲的母校圣彼得堡主要教育学院（St. Petersburg's Main Pedagogical Institute）学习。^[3]

1855年，门捷列夫发表了《与晶体类型和组成之间的其它关系有关的同构》。1856年，门捷列夫毕业于圣彼得堡主要教育学院（St. Petersburg's Main Pedagogical Institute），硕士论文题目为《论比容》。这两篇文章标志了他最早对物理化学领域的涉猎。随后门捷列夫进入彼得堡帝国大学有机化学系工作。^[1]

1859年-1861年，门捷列夫在国外学习。他先去了巴黎，随后又获得了在海德堡学习的奖学金。^[2]在海德堡期间，他进入了罗伯特·威廉·本生（Robert Wilhelm Bunsen）的实验室工作。^[4]

1860年9月3日至5日，门捷列夫在德国卡尔斯鲁厄参加了首个国际化学会议。奥古斯特·凯库勒（August Kekulé）、罗伯特·本生（Robert Bunsen）和迈克尔·法拉第（Michael Faraday）等化学传奇人物出席此次会议，会议的主要目的是建立化学标准化的方法，会议结果是使化学界采用了统一的原子量分配系统。^[3]

1861年2月，门捷列夫回到俄罗斯，在圣彼得堡大学授课。^[1]化学会议对门捷列夫影响巨大，使他出于对俄罗斯在化学科学方面落后于德国的担忧，编著了一本500页的俄语教科书《有机化学》。^[3][2]同年起，门捷列夫开始在多所学校任教。^[9]

1862年，门捷列夫在姐姐的压力下娶了费奥兹瓦·列什切娃（Feozva Leshcheva），他们育有两个孩子：弗拉基米尔和奥尔加。这不是一段幸福的婚姻，两人分隔异地，门捷列夫优先考虑他在圣彼得堡的工作，而他的妻子独自带着孩子住在莫斯科附近400英里外的地方。^[3]

1863年，计价和评估部要求门捷列夫进入酒精计检查委员会，门捷列夫开始在该领域进行研究，并在1864年5月至9月的旅途中继续计算和处理论文的实验数据。1865年，门捷列夫完成了为博士论文《论酒精和水的化合物》的答辩，并于次年在圣彼得堡大学获得终身教职。^[1]

1865年-1872年，门捷列夫一直在圣彼得堡大学担任教授职位。60年代后期，他对农业和农业化学产生了浓厚的兴趣，并在博布洛沃庄园工作。此外，他还积极投身于自由贸易协会（Free Economic Society）的工作。^[9]

1868年，俄罗斯化学协会（Russian Chemical Society）成立，门捷列夫是创立成员之一。^[5]

1869年3月6日，在圣彼得堡举行的俄国化学学会会议上，门捷列夫的同事尼古拉·门舒特金 （Nikolai Menshutkin） 向听众宣读了门捷列夫的一篇论文，题目是“性质与元素原子量的关系”。门捷列夫使用两组数据对化学元素进行了完整的分类，提出了元素周期表。^[8]

1870年末，门捷列夫首次使用“元素周期律”一词。1871年，他提出元素周期律的具体概念。同年，他被选为巴黎科学学会和德国化学家协会的成员。^[21]

1871年12月，门捷列夫转向了对气体物理的研究。尽管对这个领域的研究并未得到预期的结果，但这对门捷列夫后来的研究有所帮助，包括他的关于液体物理学的论文，以及在气象、计量、介质、阻力、航空等领域的研究。^[9]

1875年，门捷列夫预测的新元素“镓”被博伊斯博德兰（Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran）发现。^[22]

1876年，门捷列夫代表俄罗斯政府前往美国宾夕法尼亚州。他在费城参加了国际土壤和矿山艺术、制造和产品展览会（百年博览会），在博览会展示了他在研究不同温度下的气体后开发的差压气压计。^[11]

门捷列夫从美国返回俄罗斯时，带回了新生石油工业的信息，使俄罗斯政府将大部分的巴库石油储量移交给开始使用美国钻井技术的私营企业家，其中包括路德维希和罗伯特·诺贝尔（Ludwig and Robert Nobel），后者是诺贝尔奖创始人阿尔弗雷德·诺贝尔（Alfred Nobel）的兄弟。到1870年代后期，诺贝尔兄弟石油公司主导了石油行业，建造了管道并开发了第一艘横跨里海的油轮。^[11]直到80年代初，门捷列夫研究的主要方向为石油工业的技术和经济。^[9]1881年，门捷列夫发表了一系列名为《炼油厂应该建在哪里》的论文，谴责俄罗斯的石油工业盲目地遵循美国的生产技术导致大量剩余的石油被燃烧或被倾倒入里海。^[11]同年，在门捷列夫的推动下建立了俄罗斯首座炼油厂。^[23]

1879年，门捷列夫预测的新元素“钪”被拉尔斯·弗雷德里克·尼尔森（Lars Frederik Nilson）发现。^[24]

1880年，46岁的门捷列夫遇见并爱上了19岁的音乐学生安娜·波波娃（Anna Popova）。门捷列夫向她求婚并以死相逼，并与现任妻子离婚。东正教教会禁止门捷列夫在六年内再婚，但他无视教会裁决，在当时社会引起了轩然的反应。两人育有四个孩子。^[3]同年年初，洛塔尔·迈耶（Lothar Meyer）就谁先发现周期系统提出争议，迫使门捷列夫对此回应。^[4]

1886年，门捷列夫预测的新元素“锗”被克莱门斯·温克勒（Clemens Winkler）发现。^[25]

在门捷列夫晚年的二十年生活中，他的研究和参加活动只增不减：根据政府的指示前往顿巴斯研究了沥青行业危机的原因（1888年）；参与关税重制（1889-1891年）；开发了无烟火药配方（1890-1893年）；4次再版《化学原理》（1889年、1895年、1903年和1906年）；设计用于高纬度考察的破冰船（1901年）。^[9]他为俄罗斯的现代化做出了贡献。^[26]在此期间，他在国际上的名望仍在扩大，先后成为多个协会、学会的成员，包括爱丁堡皇家学会（1888年）、捷克科学学会（1891年）、罗马科学学会（1893年）、意大利科学协会（1901年）、华盛顿国家科学学会（1903年）。^[21]

1890年3月，门捷列夫离开圣彼得堡大学，他在一封未寄出的信中提到，这是因为他“厌倦了35年的教授职位”、受到学生骚乱的影响，以及反对新的大学规则。1892年11月，放弃教授职位后，他开始管理标准度量衡局（MCWM）。^[1]

1902年，门捷列夫撰写了论文《全球以太的化学理解尝试》。^[1]

1904年，《幽思录》首次出版，其中包括导言和前四章的内容，分别论述了俄罗斯的农业、人口、对外贸易和工厂四个问题，而后陆续补充了俄日战争、高等教育、教师培养、工业等章节，最终完成了这部著作，于1905年出版。^[27]

1905年-1907年，门捷列夫因元素周期表而三次获得诺贝尔化学奖提名，但最终都未获奖。^[28]

1907年2月2日，门捷列夫因病在圣彼得堡去世，享年72岁。^[2]他被埋葬于圣彼得堡沃尔科娃公墓，在他母亲的墓地附近，葬礼是国葬。^[3]

门捷列夫是世界第一张化学元素周期表的创作者，元素周期律的发现者。^[5][8][9]他如此总结自己的科学成就：“ 建立我声誉的仅有四个方面：化学元素周期律、对气体弹性的研究、对溶液缔合作用的探讨和《化学原理》的出版。这就是我一生的全部财富。”除了纯化学之外，门捷列夫的兴趣还延伸到工业（占他的出版物的17%）、经济学（14%）、计量学（11%）、航空（9%）和农业（7%）等领域，^[1][29]主要的成果还包括提出临界温度、对石油成分的研究、在俄罗斯引入公制、设计破冰船、开发无烟火药等。^[10][12][13]

在门捷列夫之前，化学家们聚焦于研究当时已知的元素的性质。1789年，安托万·拉瓦锡（Antoine Lavoisier）首次根据元素的性质对元素进行分类，分为气体、非金属、金属和土，后来还尝试将元素进行组合。1829年，约翰·德贝莱纳（Johann Döbereiner）识别出具有相似化学性质的三元组元素，例如锂、钠和钾，并表明中间元素的性质可以从其余两种元素的性质中预测。直到1860年，在德国卡尔斯鲁厄举行的化学会议上出现了更准确的元素原子质量表，现代元素周期表的发现才取得了真正的进展。^[30]

门捷列夫最初于1869年提出的元素周期表包含63个已知的化学元素，^[21]按原子量（即摩尔质量）对元素进行排序，水平行被称为同周期元素，金属在最左边，非金属在右边，垂直列被称为同组元素。^[31][32]此外，门捷列夫还能够根据他的表格预测当时仍未知的元素，包括锗、镓和钪，但他遗漏了惰性气体等重要元素。^[31]

元素周期表随着越来越多的元素被发现而不断变化。在门捷列夫的文章发表后，威廉·拉姆齐爵士（William Ramsay）往表格里添加了惰性气体，亨利·莫斯利（Henry Mosley）发现了一种定量找到元素原子序数的方法，并将门捷列夫表的顺序改为按原子序数排列。1945年，曼哈顿计划发现了许多新的放射性元素。随着镅méi、锔元素及其特性被发现，格伦·西奥多·西博格（Glenn T. Seaborg）建议对表格进行更改，在表格底部添加锕系元素和镧系元素。^[31]现代的元素周期表中，垂直列从左到右编号为1-18，第1、2组分别为碱金属和碱土金属，第17组为卤素，第18组为惰性气体。元素大致可分为金属、非金属和半金属。半金属表现出介于金属和非金属之间的特性。金属位于左侧，非金属位于右上方，它们被对角线的半金属隔开。^[33]

元素周期表提供元素的原子结构及元素之间的化学异同的信息。在学术上，元素周期表被用于研究化学物质、设计实验。在实际应用方面，表格被用于研发制药和化妆品行业的化学品，和用于技术设备的电池。联合国教科文组织认为，元素周期表“不仅仅是宇宙中所有已知原子的指南或目录，它本质上是一扇了解宇宙的窗口，有助于扩大我们对周围世界的理解”。^[32]

门捷列夫提出了他元素周期表编制背后的元素周期律。该定律指出，当元素按原子量增加的顺序列出时，它们的性质会发生周期性变化。即相似的元素没有相似的原子量，相反，当按原子量顺序列出元素时，会定期观察到相应的性质。为了强调这种相似性质的周期性重复，门捷列夫在元素周期表中排列了元素的符号和原子量，使每个垂直列都包含一组或一系列相关元素。碱金属属于I族，碱土属于II族，硫族化合物属于VI族，卤素属于VII族。门捷列夫不太确定将铸币金属的位置，因此它们出现了两次，而每次铜、银和金都位于同一列。^[31]

在物理化学领域，门捷列夫提出了绝对沸腾温度（absolute boiling temperature）的公式，在这个温度下，气体无法液化。这是被加热的密闭容器中物质状态的重要特征。相较托马斯·安德鲁斯（Thomas Andrews）后来提出的气体临界温度（critical temperature）的概念，门捷列夫给出的定义对临界现象的本质解释得更深入。临界温度被用于确定分子间相互作用的能量，并使得20世纪的科学家成功得到了液态空气和液态氦气。^[10]

石油的无机起源理论最早可以追溯至1877年，门捷列夫在《宾夕法尼亚与高加索的石油工业》一书中的《关于石油的起源》章节提到，石油源于地球深处。^[12]他推测地球深处的金属碳化物在高温下与水反应形成乙炔（C2H2），乙炔缩合可形成较重的碳氢化合物。他们的理论是，地幔中含有碳化铁，碳化铁会与渗透的水反应，形成甲烷。^[34]虽然该理论缺乏地幔中存在碳化铁的证据，但它促进了对石油组成成分和地质过程的研究。^[34][35]

在计量学领域，门捷列夫发展了一种精确的砝码理论，设计了平衡臂和制动装置，并提出了高度精确的称重方法，在俄罗斯引入公制。^[13]在农业领域，门捷列夫创办了俄国第一个农业实验站网，从事改良土与合理施肥的研究，推动了农业化学的发展。^[29]在航空航海领域，门捷列夫是俄国技术协会航空分会的奠基人之一，他参与了俄国第一艘破冰船、潜水艇和多种航空器的设计。^[36]在军事领域，门捷列夫发展了无烟火药。^[3]

据统计，门捷列夫共发表著作和论文431种，其中，物理化学106种，化学40种，物理学99种，工业技术99种，经济与社会58种，其它29种。为了保护本国工业企业的发展，门捷列夫出版了《关税解说》《俄国工厂企业与贸易》等著作；为了找出乌拉尔钢铁工业发展缓慢的原因，门捷列夫经过调查发表了《1899年的乌拉尔钢铁工业》的长篇报告；为了消除日俄战争中所产生出来的悲观情绪，门捷列夫出版了《了解俄罗斯》的小册子。^[29]

1871年，门捷列夫为第一批接受女性学生的课程的建立做出了贡献，并呼吁中学改革，使中学进入终身教育体系。他曾详细阐述了高中和中等教育改革计划，并提出了取消考试的建议。^[4]

1871-1873年，他开设了关于颜料和色彩的讲座，吸引了列宾、雅罗申科、弗鲁贝尔、库因吉、希什金等著名艺术家。他加入摄影师俱乐部，助力俄罗斯艺术的传播，并且每周在自己的公寓里主持了著名的“门捷列夫星期三”，促成科学家与艺术家的交流。^[4]

门捷列夫先后获得了以下大学的博士学位：圣彼得堡大学、爱丁堡大学、哥廷根大学、牛津大学、剑桥大学、普林斯顿大学、格拉斯哥大学、耶鲁大学。^[1]

恩格斯在《自然辩证法》中指出：“门捷列夫通过不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学上的一个勋业，这一勋业足以同勒维烈计算出尚未见过的行星海王星轨道的勋业媲美。”^[39]

诺贝尔奖金获得者西博格（G. Seaborg）：“ 一个世纪以来, 门捷列夫周期系是一把寻找新元素的钥匙。”^[36]

伍兹（A.D. Wurtz）在《原子理论》一文中评价门捷列夫的工作“从崇高而全面的角度来看待化学事实”。^[8]

维恩贝格（B. P. Veinberg）认为：“在他的演讲中，他的科学意识形态的哲学基础总是很有吸引力。”^[1]

“任何想要了解自然现象的人，都必须首先学习自然的语言——化学。”^[40]“化学的本质不仅在于对知识的追求，更在于对真理的追求。”^[40]“我在梦中看到一张表格，所有元素都按要求就位。醒来后，我立即把它写在一张纸上。”^[41]“科学的大厦不仅需要材料，还需要计划。没有材料，计划本身就只是空中楼阁；而没有计划的材料，也只是无用之物。”^[41]“元素周期表是一件艺术品，是自然界优雅和秩序的证明。”^[40]“科学的功能是发现自然界中普遍存在的秩序，并找到支配这种秩序的原因。这涉及到人与人之间的社会和政治关系，以及宇宙整体的秩序。”^[42]“自然法则无论多普遍，都不是一下子建立起来的。”^[42]“到处都存在着一种由平衡决定的媒介。”^[42]“任何人和事物都无法使我保持沉默。”^[42]“去工作，在工作中寻找你在其它地方都找不到的和平与平静。”^[42]

1911年12月21日，圣彼得堡大学开放了位于校内的“门捷列夫的书房”。1934年，为纪念门捷列夫诞辰100周年，书房被改造成博物馆（Dmitri Mendeleev's memorial museum apartment）。^[44]

1945年，全俄计量研究所以门捷列夫的名字命名（The D.I. Mendeleev All-Russian Institute for Metrology，VNIIM），如今它是俄罗斯计量精确测量领域的领先组织，也是俄罗斯国家测量标准的主要中心。^[17]

2009年，俄罗斯发行了一张邮票，纪念门捷列夫诞辰175周年。^[14]

2016年2月8日，谷歌推出纪念门捷列夫诞辰182年的涂鸦。^[45]

2017年12月20日，联合国大会宣布2019年为国际化学元素周期表年，以此纪念 “现代化学之父”之一、伟大的俄国科学家门捷列夫于150年前发表的第一版元素周期表。^[14][15]

2019年9月9日，在圣彼得堡召开的门捷列夫化学大会开幕式上，俄罗斯总理德米特里·梅德韦杰夫提出，希望在联合国教科文组织的支持下，以门捷列夫的名字设置一个国际奖项。^[46]联合国教科文组织—俄罗斯门捷列夫国际基础科学奖旨在促进基础科学领域的科学进步、科学普及和国际合作，同时纪念周期表之父门捷列夫非凡的科学遗产。该奖项首次颁发于2021年11月3日。^[16]