專家視野
白春禮:探究物質(zhì)世界奧秘的一把金鑰匙
——紀念元素周期表發(fā)表150周年
聯(lián)合國大會宣布2019年為國際化學元素周期表年,旨在紀念俄羅斯化學家門捷列夫在150年前發(fā)表元素周期表這一科學發(fā)展史上的重大成就。
世界萬物是由什么最基本的物質(zhì)構(gòu)成的?這些最基本的物質(zhì)又是怎樣變成萬物世界的?這是人類一直好奇并致力于破解的物質(zhì)世界奧秘。150年前,門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律并發(fā)表了元素周期表,成為打開物質(zhì)世界奧秘之門的一把金鑰匙。
元素周期表把構(gòu)成萬物的基本元素組成了一個相互聯(lián)系的完整體系,簡單、清晰卻非常深刻地揭示出復雜物質(zhì)世界的內(nèi)在規(guī)律。它的出現(xiàn),使化學研究實現(xiàn)從現(xiàn)象到本質(zhì)的根本性飛躍,是化學作為一門科學的重要理論基石。從這個意義上說,元素周期表對于化學的重大意義,完全可以媲美于同時代的麥克斯韋方程對于物理學、達爾文進化論對于生物學的重大意義。
對元素的研究是近代化學最重要的內(nèi)容,元素周期表無疑為預測和發(fā)現(xiàn)新元素指明了一條光明的道路。受限于當時的研究基礎(chǔ)和條件,門捷列夫發(fā)表的元素周期表并不完善,最初只收錄了氫、碳、金等63個元素,還留下一些空格。之后,科學家按圖索驥,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了鎵、鈧、鍺等新元素。20世紀初,鐳、釙、錒等一批天然放射性元素的發(fā)現(xiàn),成為化學發(fā)展最激動人心的一段歷史。
目前,尋找新元素進入到人工合成放射性元素和超重元素的新階段,元素家族成員不斷擴大,現(xiàn)在已有118個元素。元素周期表也不斷修訂完善,填滿了整整7個周期,幾乎是門捷列夫時代的兩倍。這方面的工作中國科學家也發(fā)揮了重要作用。中國科學院近代物理研究所合成出30余種新核素,精確測量了50余種短壽命原子核質(zhì)量。
元素周期律作為化學研究中最重要、最基礎(chǔ)的理論,科學指導了化學合成,極大推動了化工以及材料、健康、能源、農(nóng)業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前已有的化合物超過了1億個,預計未來50年新化合物將超過6.5億個。這些化合物成為我們衣、食、住、行等日常生活中不可或缺的重要物質(zhì)基礎(chǔ),比如塑料、藥物、化妝品等,極大地提高了我們生活、工作的質(zhì)量,深刻影響了我們生活、工作的方式。
元素的研究有力支撐了生物學、天文學、物理學等多個學科的發(fā)展。微量元素是分析和監(jiān)測生命體系中新陳代謝、健康狀況的重要指標,元素光譜為探測宇宙天體提供了最關(guān)鍵的技術(shù)手段,元素豐度為宇宙大爆炸理論提供了最有力的證據(jù)。
化學作為最重要的基礎(chǔ)學科之一,在門捷列夫發(fā)表元素周期表后相當長的一個時期,國際上還看不到中國化學家的身影。經(jīng)過幾代化學家的不懈努力,中國的化學研究與發(fā)展從無到有、從小到大,取得了長足進步。現(xiàn)在,我國化學基礎(chǔ)研究和以化學為依托的化學工業(yè)迅速發(fā)展,在晶體材料、納米材料、超導材料、催化材料等方面,取得了一批有重要影響的原創(chuàng)成果,高水平論文總量、高被引論文總數(shù)等都居世界前列,已經(jīng)成為國際化學界的一支重要力量。
在過去350多年化學發(fā)展史上,門捷列夫的元素周期表開辟了化學研究的一個嶄新時代,門捷列夫身上體現(xiàn)的科學精神為科學家和科學研究樹立了一個標桿。
今天,我們紀念元素周期表發(fā)表150周年,就是要讓更多的人始終能夠認識到,科學是一項恒久的事業(yè),重大科學創(chuàng)新都是幾代人接續(xù)研究、不懈努力的結(jié)果,需要國家和社會的大力支持;就是要高度重視基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新,充分鼓勵科學家始終保持一份好奇心,能夠瞄準重大科學問題,執(zhí)著專注不懈追求;就是要在社會公眾中大力弘揚科學精神,傳播科學知識,倡導科學文化,在全社會形成尊重科學、熱愛科學、運用科學的良好氛圍。
未來,對元素的探索不會止步,更多的奧秘仍然有待發(fā)現(xiàn)。元素周期表是否有邊界、還會如何擴展,是否存在超重元素穩(wěn)定島,甚至宇宙中是否有反物質(zhì)存在?元素是如何組成化合物,化合物又如何從分子組裝成團簇、納米顆粒直至宏觀物質(zhì)?這些問題需要全世界化學界共同努力,共同回答和解決。
未來,經(jīng)濟社會發(fā)展的各種重大需求和重大挑戰(zhàn),需要化學提供更好的解決方案。保障和提升人類生存和發(fā)展的質(zhì)量,實現(xiàn)環(huán)境友好、綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展,解決全球共同面臨的氣候、能源、環(huán)境和健康等重大問題,促進經(jīng)濟社會繁榮發(fā)展,化學還肩負重任,還有更加廣闊的發(fā)展空間。中國化學家一定能為化學的未來發(fā)展作出更大的貢獻。
?。ㄗ髡撸喊状憾Y,中國科學院院長、黨組書記)