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元素周期表誕生150周年 化學給社會帶來了什么

無論元素周期表是否被發現,化學元素的規律還在那里,未曾改變。只是在這個規律的指導之下,我們可以對化學進行更系統性研究,取得更多突破

“氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖……”還記得中學化學元素周期表上這一串字符嗎?一張神秘莫測的化學元素周期表,是許多人人生旅程的重要一站,承載著我們的少年時光。

為了慶祝元素周期表誕生150周年,聯合國2018年宣布將2019年定為國際化學元素周期表年。那么,就跟隨筆者的腳步,探尋有趣而神秘的元素周期表。

發現每個化學研究室的墻上都必備一張元素周期表,可以說這是化學研究歷史上最重要的一份研究成果,沒有之一。它的創建要歸功于俄國化學家迪米特里·門捷列夫。

元素周期表,方方正正,排列井然有序,世間所有元素之間的規律是如此簡單明了。但繪出這樣一份簡單的表格,背后是多少科學家數十年夜以繼日的心血。門捷列夫在先前多位科學家對各類化學元素不斷研究發現的基礎上,1869年3月份,他將當時已知的63種元素寫在卡片上,并根據化學和物理性質將它們進行排列。把化學研究當作“打撲克”一樣的游戲,這讓多年從事化學研究的老專家們有一種“醍醐灌頂”的感覺。

科學往往就是這么“簡單”而有趣。物理世界的電、磁場、力,它們之間的聯系僅僅是幾個簡單的公式;同樣,化學世界上百種元素,全被門捷列夫這一張周期表“安排得明明白白”:每一縱列元素化學性質相似,每一橫列從左至右元素的反應規律依次遞變。

元素周期表揭示了物質世界的秘密,把一些看來似乎互不相關的元素統一起來,組成了一個完整的自然體系。它的發明,是近代化學史上的一個創舉,對于促進化學的發展起了巨大推動作用。

門捷列夫的天才之處體現在他為元素周期表留出的空白之中。他意識到某些元素是缺失的,還有待被發現;有些元素的原子量不符合它的規律,結果證明是原來的測定有錯誤。先前的科學家只是將已知元素進行排列,只有門捷列夫為未知元素留出了空間。

更令人驚訝的是,他準確地預測了缺失元素的性質。就在門捷列夫發表他新編的化學元素周期表3年后,法國化學家布瓦博德明發現了新元素鎵。在門捷列夫預言的“類鉛”以后,他預言的11種元素一一被人找尋到。

他在元素周期表中,不僅預見到19世紀末化學元素的發現,甚至對20世紀發現的放射性元素,以及“二戰”后出現的人工元素,也在周期表中預約定位。

150周年來臨之際,元素周期表大家庭又增添了新成員,2016年增加了4種新元素:113號元素Nh(nihonium)、115號元素Mc(moscovium)、117號元素Ts(tennessine)和118號元素Og(oganesson)。這4種元素花了10年時間,而且通過全世界科學家的共同努力才最終獲得確認。

價值

化學離我們有多近?“化學是一切生命的基礎。”美國化學學會會員李力紅說。從就讀北大化學系本科到在美國博士畢業,她一直從事與化學有關的工作,如今已是美國化學學會一名資深會員。

李力紅說:“你聽到的、看到的、聞到的、嘗到的、摸到的一切都與化學物質有關。聽覺、視覺、味覺和觸覺都涉及你體內一系列復雜的化學反應和相互作用。化學不僅限于燒杯和實驗室,它就在我們身邊。我們越了解化學,就越能感觸我們的世界。”

科學家認為一切都是由化學元素構成的。盡管世界上存在無數種物質,但從微觀領域看,無非是這100余種元素的不同排列方式;我們周圍常常接觸到的物質,也許只有幾十種。

一杯普通的水,組成元素是氫和氧,還有其他一些組成礦物質的元素,比如鈉、鈣、鎂、氯等;一棟建筑物,從非金屬元素的硅、氧、氫,到金屬元素的鐵、鋁、鎳等,組成就復雜得多。從地上拔一根草,里面有豐富的鉀、鈉、鎂等元素,因此有人對你說某某保健品中含有上述幾類元素,其實與幾棵雜草沒區別……

化學是研究物質及其能發生的變化,在一定程度上了解化學,對理解我們周圍的世界至關重要。了解物質的基本性質,預測和解釋它們在反應形成新物質時的變化,是化學研究的基本內容。

無論元素周期表是否被發現,化學元素的規律還在那里,未曾改變。只是在這個規律的指導之下,我們可以對化學進行更系統性研究,取得更多突破。

應用

與其說我們身邊有哪些化學應用產品,毋寧說我們身邊哪種產品不是化學應用的產物。科學家們創造了大自然中不天然存在或難以獲取的東西,同時把這些創造進行理論總結后不斷擴大生產。把數學、物理學、化學應用于生產實踐,讓人類在19世紀末和20世紀的生產力進步遠遠超過過去數千年總和。

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