卡尔·古斯塔夫·莫桑德尔 (Carl Gustaf Mosander):拆分稀土元素的化学家
1839年,一位由药剂师转任教授的瑞典人拿起了一块当时化学界统称为“氧化铈”的物质,通过耐心的一系列部分分解和稀硝酸处理,证明它并非单一物质,而是至少由两种物质组成。这种在实验台上将化学性质极其相似、几乎如同双胞胎般的元素剥离开来的绝技,成为了卡尔·古斯塔夫·莫桑德尔 (Carl Gustaf Mosander) 的标志,并最终开启了元素周期表中一个隐藏的家族:稀土元素。
学徒走向化学之路
莫桑德尔于1797年9月10日出生在瑞典卡尔马 (Kalmar),他并非通过传统的学术途径跨入化学领域的。他在家乡上学直到1809年,当时他的全家搬到了斯德哥尔摩 (Stockholm),此后他的训练偏向实践而非学术:他在乌格兰 (Ugglan) 药房当学徒,并于1817年完成了药剂师考试。整整九年之后的1826年,他被任命为当时的卡罗琳医学院(现为卡罗琳斯卡学院,Karolinska Institute)化学实验室的主任。在此期间,他追求正规的医学学习,于1820年入读该学院并于1825年通过医学考试。此外,他一度还在斯德哥尔摩经营一家温泉疗养院,这一细节凸显出他的职业生涯距离任何单一、整洁的学术阶梯是何等遥远。
处于贝采利乌斯的阴影之下,随后并肩作战
莫桑德尔科学生涯中最具决定性的关系是与永斯·雅各布·贝采利乌斯 (Jöns Jacob Berzelius) 的交往,这位瑞典化学家在19世纪初主导了欧洲化学界。莫桑德尔在贝采利乌斯的实验室工作,吸收了这位前辈对原子量和分析精度的严苛标准,正是在那里,他与一位同样将成为世纪伟大化学家之一的同学弗里德里希·维勒 (Friedrich Wöhler) 结下了友谊。当贝采利乌斯卸任教授职务时,莫桑德尔于1832年接替他成为卡罗琳斯卡学院的化学和矿物学教授——一些资料将该讲座教职记载为化学和药学。他一直担任该职务到1845年,当时他成为药学院的教授兼视察员,并且多年来他同时担任后来成为瑞典自然历史博物馆 (Swedish Museum of Natural History) 的矿物学藏品助理馆长,正是这个职位让他每天都能接触到稀有且鲜为人知的矿物。
破解铈元素
这种接触至关重要,因为19世纪初的稀土矿物是化学家的噩梦:它们是致密且外观相似的氧化物,抵制当时任何标准技术的提取分离。由贝采利乌斯和威廉·希辛格 (Wilhelm Hisinger) 在几年前发现的铈,曾被认为是一种结合在其矿石中的单一元素。莫桑德尔对此产生了怀疑。在研究氧化铈时,他发现谨慎而重复的处理——部分分解后用稀硝酸处理——剥离出了隐藏在其中的第二种物质。他在1839年宣布了这一新元素,并将其命名为镧 (lanthanum),源自希腊语中的“隐藏”,对于一个几十年来一直伪装成其他物质一部分的元素来说,这是一个贴切的名字。
钇土之谜
莫桑德尔并未止步于此。他转向钇土(另一种已被知晓在化学上比看起来更复杂的稀土氧化物),运用同样的严谨耐心,在1843年从中提取出了另外两种元素:铽和铒。这两个名称的故事本身就是这门化学有多么令人困惑的一个小纪念碑——后来的化学家发现,莫桑德尔最初对这两种元素性质的标签被颠倒了,因此今天所谓的铽和所谓的erbium(铒)在某些说法中是他最初意图的镜像。这是一个非常微小的历史混淆,却意味深长:它表明这项工作进行得多么贴近当代技术的边缘。
镨钕的分离前身:一次险些成功却依然意义重大的尝试
1840年,莫桑德尔在铈族矿物中鉴别出另一种新物质,并将其命名为didymium(didymium,意为“孪生”),源自希腊语,因为它的性质与镧和铈如此接近,以至于将其分离本身就是一个成就。Didymium在化学教科书中占据了一席之地数十年。直到1885年,奥地利化学家卡尔·奥尔·冯·韦尔斯巴赫 (Carl Auer von Welsbach) 才证明didymium根本不是单一元素,而是另外两种元素(钕和镨)的混合物——而且更晚时候,化学家们认识到钐是缠结在该时代稀土样品中的另一个组分。莫桑德尔的“孪生”元素最终更像是三胞胎。他的临时发现作为一种有意义的(虽不纯的)物质维持了近半个世纪,本身就证明了他用可用的工具进行分离的工作是多么仔细。
认可与晚年
莫桑德尔的贡献在本土较早得到了认可:他于1833年当选为瑞典皇家科学院 (Royal Swedish Academy of Sciences) 院士,当时他仍在巩固将使他成名的工作。他的个人生活大约在同一时期安定下来——他于1832年12月20日与胡尔达·菲利皮娜·福斯特伦 (Hulda Philippina Forsström) 结婚,育有四名子女,出生为两对双胞胎。晚年时他因白内障视力衰退,并于1858年10月15日在斯德哥尔摩省伦岛 (Lövön)(也被记录为Ängsholmen)的夏日住所去世,享年六十一岁。
为什么卡尔被称为天才
莫桑德尔享有天才之名,依据的是一种狭隘但真实的科学天赋:对化学模糊性的非凡容忍度,结合了分离行为几乎完全相同的物质的手工和分析纪律。发现镧、铽和铒并不需要关于物质的新理论——它需要注意到一个“纯”化合物并不纯粹,然后有耐心通过重复、单调的沉淀和酸处理来证明这一点。这既是手艺也是洞察力,更接近于一位高级冶金专家的技能,而不是像他的导师贝采利乌斯那样的理论家的跨越。公平的反对意见是,莫桑德尔是在贝采利乌斯已经建立的范式内工作的,使用的是贝采利乌斯已经完善的技术,并且他最具雄心的主张——didymium——结果在批评者本可预测的方式上是错误的,即把混合物误认为元素。但是在混淆是常态的领域里搞对了三个元素,并且他自己的错误直到几十年后才被更灵敏的工具纠正,这对于将他对物质中隐藏结构的敏锐眼光称为接近天才的东西是一个可信的案例,即使它是实践性质而非理论性质的。
遗产
莫桑德尔的名字今天远不如他发现的元素那样有名,但他的方法——怀疑其他人称之为元素的纯度,并艰难地寻求证明——成为了19世纪其余时间里稀土化学遵循的模板,因为后来的化学家们利用他那样的耐心逻辑,继续将他的“元素”拆分得更远。
