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白春禮:探究物质世界奥秘的一把金钥匙

——紀念元素周期表發表150周年

2019-12-30 中國科學报
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  聯合國大會宣布2019年爲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年前發表元素周期表這一科學發展史上的重大成就。

  世界萬物是由什麽最基本的物質構成的?這些最基本的物質又是怎樣變成萬物世界的?這是人類一直好奇並致力于破解的物質世界奧秘。150年前,門捷列夫發現了元素周期律並發表了元素周期表,成爲打開物質世界奧秘之門的一把金鑰匙。

  元素周期表把構成萬物的基本元素組成了一個相互聯系的完整體系,簡單、清晰卻非常深刻地揭示出複雜物質世界的內在規律。它的出現,使化學研究實現從現象到本質的根本性飛躍,是化學作爲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容,元素周期表無疑爲預測和發現新元素指明了一條光明的道路。受限于當時的研究基礎和條件,門捷列夫發表的元素周期表並不完善,最初只收錄了氫、碳、金等63個元素,還留下一些空格。之後,科學家按圖索骥,陸續發現了镓、钪、鍺等新元素。20世紀初,鐳、钋、锕等一批天然放射性元素的發現,成爲化學發展最激動人心的一段曆史。

  目前,寻找新元素进入到人工合成放射性元素和超重元素的新阶段,元素家族成员不断扩大,现在已有118个元素。元素周期表也不断修订完善,填满了整整7个周期,几乎是门捷列夫时代的两倍。这方面的工作中國科學家也发挥了重要作用。中國科學院近代物理研究所合成出30余种新核素,精确测量了50余种短寿命原子核质量。

  元素周期律作爲化學研究中最重要、最基礎的理論,科學指導了化學合成,極大推動了化工以及材料、健康、能源、農業等相關産業的發展。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。這些化合物成爲我們衣、食、住、行等日常生活中不可或缺的重要物質基礎,比如塑料、藥物、化妝品等,極大地提高了我們生活、工作的質量,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展。微量元素是分析和監測生命體系中新陳代謝、健康狀況的重要指標,元素光譜爲探測宇宙天體提供了最關鍵的技術手段,元素豐度爲宇宙大爆炸理論提供了最有力的證據。

  化学作为最重要的基础学科之一,在门捷列夫发表元素周期表后相当长的一个时期,国际上还看不到中国化学家的身影。经过几代化学家的不懈努力,中国的化学研究与发展从无到有、从小到大,取得了长足进步。现在,我国化学基础研究和以化学为依托的化学工业迅速发展,在晶体材料、纳米材料、超导材料、催化材料等方面,取得了一批有重要影响的原创成果,高水平論文总量、高被引論文总数等都居世界前列,已经成为国际化学界的一支重要力量。

  在过去350多年化学发展史上,门捷列夫的元素周期表开辟了化学研究的一个崭新时代,门捷列夫身上体现的科学精神为科学家和科學研究树立了一个标杆。

  今天,我們紀念元素周期表發表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,重大科學創新都是幾代人接續研究、不懈努力的結果,需要國家和社會的大力支持;就是要高度重視基礎研究和原始創新,充分鼓勵科學家始終保持一份好奇心,能夠瞄准重大科學問題,執著專注不懈追求;就是要在社會公衆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現。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定島,甚至宇宙中是否有反物質存在?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?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,經濟社會發展的各種重大需求和重大挑戰,需要化學提供更好的解決方案。保障和提升人類生存和發展的質量,實現環境友好、綠色低碳的可持續發展,解決全球共同面臨的氣候、能源、環境和健康等重大問題,促進經濟社會繁榮發展,化學還肩負重任,還有更加廣闊的發展空間。中國化學家一定能爲化學的未來發展作出更大的貢獻。

  (作者:白春禮,中國科學院院长、党组书记)

打印 責任編輯:江澄

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