元素周期表诞生150周年 化学给我们带来什么

赵锁仙

 赵锁仙作品集合

经济日报/陈颐

无论元素周期表是否被发现，化学元素的规律还在那里，未曾改变。只是在这个规律的指导之下，我们可以对化学进行更系统性研究，取得更多突破。

“氢氦锂铍硼，碳氮氧氟氖……”还记得中学化学元素周期表上这一串字符吗？一张神秘莫测的化学元素周期表，是许多人人生旅程的重要一站，承载着我们的少年时光。

为了庆祝元素周期表诞生150周年，联合国2018年宣布将2019年定为国际化学元素周期表年。那么，就跟随笔者的脚步，探寻有趣而神秘的元素周期表。

发现
每个化学研究室的墙上都必备一张元素周期表，可以说这是化学研究历史上最重要的一份研究成果，没有之一。它的创建要归功于俄国化学家迪米特里·门捷列夫。

元素周期表，方方正正，排列井然有序，世间所有元素之间的规律是如此简单明了。但绘出这样一份简单的表格，背后是多少科学家数十年夜以继日的心血。门捷列夫在先前多位科学家对各类化学元素不断研究发现的基础上，1869年3月份，他将当时已知的63种元素写在卡片上，并根据化学和物理性质将它们进行排列。把化学研究当作“打扑克”一样的游戏，这让多年从事化学研究的老专家们有一种“醍醐灌顶”的感觉。
科学往往就是这么“简单”而有趣。物理世界的电、磁场、力，它们之间的联系仅仅是几个简单的公式；同样，化学世界上百种元素，全被门捷列夫这一张周期表“安排得明明白白”：每一纵列元素化学性质相似，每一横列从左至右元素的反应规律依次递变。

元素周期表揭示了物质世界的秘密，把一些看来似乎互不相关的元素统一起来，组成了一个完整的自然体系。它的发明，是近代化学史上的一个创举，对于促进化学的发展起了巨大推动作用。

门捷列夫的天才之处体现在他为元素周期表留出的空白之中。他意识到某些元素是缺失的，还有待被发现；有些元素的原子量不符合它的规律，结果证明是原来的测定有错误。先前的科学家只是将已知元素进行排列，只有门捷列夫为未知元素留出了空间。

更令人惊讶的是，他准确地预测了缺失元素的性质。就在门捷列夫发表他新编的化学元素周期表3年后，法国化学家布瓦博德明发现了新元素镓。在门捷列夫预言的“类铅”以后，他预言的11种元素一一被人找寻到。

他在元素周期表中，不仅预见到19世纪末化学元素的发现，甚至对20世纪发现的放射性元素，以及“二战”后出现的人工元素，也在周期表中预约定位。

150周年来临之际，元素周期表大家庭又增添了新成员，2016年增加了4种新元素：113号元素Nh(nihonium)、115号元素Mc(moscovium)、117号元素Ts(tennessine)和118号元素Og(oganesson)。这4种元素花了10年时间，而且通过全世界科学家的共同努力才最终获得确认。

价值
化学离我们有多近？“化学是一切生命的基础。”美国化学学会会员李力红说。从就读北大化学系本科到在美国博士毕业，她一直从事与化学有关的工作，如今已是美国化学学会一名资深会员。

李力红说：“你听到的、看到的、闻到的、尝到的、摸到的一切都与化学物质有关。听觉、视觉、味觉和触觉都涉及你体内一系列复杂的化学反应和相互作用。化学不仅限于烧杯和实验室，它就在我们身边。我们越了解化学，就越能感触我们的世界。”
科学家认为一切都是由化学元素构成的。尽管世界上存在无数种物质，但从微观领域看，无非是这100余种元素的不同排列方式；我们周围常常接触到的物质，也许只有几十种。

一杯普通的水，组成元素是氢和氧，还有其他一些组成矿物质的元素，比如钠、钙、镁、氯等；一栋建筑物，从非金属元素的硅、氧、氢，到金属元素的铁、铝、镍等，组成就复杂得多。从地上拔一根草，里面有丰富的钾、钠、镁等元素，因此有人对你说某某保健品中含有上述几类元素，其实与几棵杂草没区别……

化学是研究物质及其能发生的变化，在一定程度上了解化学，对理解我们周围的世界至关重要。了解物质的基本性质，预测和解释它们在反应形成新物质时的变化，是化学研究的基本内容。

无论元素周期表是否被发现，化学元素的规律还在那里，未曾改变。只是在这个规律的指导之下，我们可以对化学进行更系统性研究，取得更多突破。

应用
与其说我们身边有哪些化学应用产品，毋宁说我们身边哪种产品不是化学应用的产物。科学家们创造了大自然中不天然存在或难以获取的东西，同时把这些创造进行理论总结后不断扩大生产。把数学、物理学、化学应用于生产实践，让人类在19世纪末和20世纪的生产力进步远远超过过去数千年总和。

化学反应的本质是将自然存在的物质重新组合成另一种物质，化工则是把这种组合的过程扩大到现实应用中。你想问，我们生活中哪些是化工产品？那么可以说，你所接触的一切与塑料、有机材料有关的产品，其前身都是又黑又黏的石油，经过化工的改造后变成了燃料、变成我们日常接触到的东西。倒推回上世纪之前，这些东西都是没有的。

想到几年前一个著名化妆品广告词“我不要化学”，当然现在也有很多种化妆品都在标榜“纯天然成分”，这在懂化学的人眼里是愚蠢可笑的。所谓的“纯天然成分”(假设是真的)，都是用化工试剂从植物提取出来的，化妆品的包装、增稠剂、溶剂等都是石油转化的产品。也就是说，要做真正离开“化工”的纯天然产品，就是把树叶和花瓣加上石油用碾子捣碎后敷在脸上。至于挤出的白白的膏状物，不经过化工合成还真做不出来。

现代药学更是化工合成的重要实践。翻开药典，从治疗糖尿病的二甲双胍，到高血压药物卡托普利，止痛退烧的对乙酰氨基酚，各类疾病的常见药物都是化工合成的产物；一些天然药物，也离不开依靠化工产品的车间化提纯过程。

当今，药物合成更是向着“高分子药物”转化。《我不是药神》中的“主角”白血病治疗药物伊马替尼，化学式C29H31N7O，分子量493.60，结构非常复杂。但这种药物却被称为“小分子药物”，与动辄几十万、几百万分子量的“蛋白质高分子药物”相比算是个“小豆丁”。随着“高分子药物”不断研究进步，人类的生物密码或许能被部分破译，癌症、先天性疾病或许有治愈的希望。

尽管大多数人背不下来元素周期表，学过的一点化学皮毛也会随着高中会考、高考的结束而被遗忘，但我们生活中每一天的点点滴滴都离不开化学，社会科技进步中化学研究也起到十分关键的作用。正值化学元素周期表问世150周年，纪念元素周期表的发现，也是纪念并感恩现代化学发展为我们社会作出的贡献。

本文是化学元素周期表里一些元素的主要用途，将其变成顺口溜，寓学于乐，方便大家记忆，欢迎大家学习！

我是氢，我最轻，火箭靠我运卫星；
我是氦，我无赖，得失电子我最菜；
我是锂，密度低，遇水遇酸把泡起；
我是铍，耍赖皮，虽是金属难电离；
我是硼，有点红，论起电子我很穷；
我是碳，反应慢，既能成链又成环；
我是氮，我阻燃，加氢可以合成氨；
我是氧，不用想，离开我就憋得慌；
我是氟，最恶毒，抢个电子就满足；
我是氖，也不赖，通电红光放出来；
我是钠，脾气大，遇酸遇水就火大；
我是镁，最爱美，摄影烟花放光辉；
我是铝，常温里，浓硫酸里把澡洗；
我是硅，色黑灰，信息元件把我堆；
我是磷，害人精，剧毒列表有我名；
我是硫，来历久，沉淀金属最拿手；
我是氯，色黄绿，金属电子我抢去；
我是氩，活性差，霓虹紫光我来发；
我是钾，把火加，超氧化物来当家；
我是钙，身体爱，骨头牙齿我都在；
我是钛，过渡来，航天飞机我来盖；
我是铬，正六铬，酒精过来变绿色；
我是锰，价态多，七氧化物爆炸猛；
我是铁，用途广，不锈钢喊我叫爷；
我是铜，色紫红，投入硝酸气棕红；
我是砷，颜色深，三价元素夺你魂；
我是溴，挥发臭，液态非金我来秀；
我是铷，碱金属，沾水烟花钾不如；
我是碘，升华烟，遇到淀粉蓝点点；
我是铯，金黄色，入水爆炸容器破；
我是钨，高温度，其他金属早呜呼；
我是金，很稳定，扔进王水影无形；
我是汞，有剧毒，液态金属我为独；
我是铀，浓缩后，造原子弹我最牛；
我是镓，易融化，沸点很高难蒸发；
我是铟，软如金，轻微放射宜小心；
我是铊，能脱发，投毒出名看清华；
我是锗，可晶格，红外窗口能当壳；
我是硒，补人体，口服液里有玄机；
我是铅，能储电，子弹头里也出现；
我是钡，不太贵，钡餐焰火我都会；
我是氡，放射凶，居室污染很严重

一、你印象中的元素周期表或许是一张贴在教室墙上的枯燥图表。如果是这样，你还没有搞清楚它实际的用途。那么一大张图表，考试时正好可以利用利用啊。

二、德米特里.门捷列夫脾气火爆，曾担任圣彼得堡大学教授。1869年，门捷列夫发明了元素周期表。自此以后，元素周期表一直为学习化学的人所用。

三、随着与出版商规定的截稿时间日益临近，门捷列夫没有时间描述当时已发现的全部63种元素。所以，他全力研究由其他科学家颇费心思收集来的原子量数据。

四、为了确定这些元素的原子量，科学家们将电流通入各种溶液，从而使溶液中物质分解成不同原子。与电池两极相呼应，某一元素之原子向一极运动，另一元素之原子向另一极运动。各种原子被收集在不同的容器中称量。

五、通过这一方法，化学家测定了元素的相对质量，这些数据正是门捷列夫进行有效排序所需要的。

六、因为喜欢纸牌游戏的缘故，门捷列夫将每种元素的原子量分别写在不同索引卡片上，像玩纸牌一样将不同的索引卡分类。属性相似的元素被当作“同花色的牌”，按原子量递增的顺序排成纵列。

七、至此，门捷列夫创造出全新的周期率（各元素按原子量排列，其属性的周期性非常明显），该周期率描绘出一种统一的模式，涵盖了全部63种元素。

八、门捷列夫的元素周期表中还有一些空位，他成功预测了一些当时未发现元素（镓、钪、锗）的原子量和化学行为。

九、氩元素于1894年被发现，但它并不适合门捷列夫的元素周期表，放在任何一列都不合适。于是，门捷列夫否认存在氩，就像他不承认存在氦、氖、氪、氙、氡一样。

十、1902年，他终于承认没能预测这些被忽视的、非常不易反应的元素，即惰性气体。这些元素如今构成了元素周期表中的第八族。

十一、现如今，我们根据质子数或原子序数来给元素分类。质子数和原子序数决定了原子中带相反电荷的电子的结构及原子的化学属性。

十二、惰性气体（元素周期表最右边）的电子具有闭壳层结构，这便是他们几乎不反应的原因。

十三、原子之爱：取一张现代的化学元素周期表，将位于表格中间复杂的副族元素剪掉后，沿主族四族元素中线对折。互相重叠各族的元素具有互补的电子结构，可以彼此连接。

十四、钠和氯反应生成食盐。你还可以猜到其他一些很普通的化合物，如氯化钾，大剂量注射时是一种用于死刑犯的注射毒药。

十五、位于表格中间的主族四族元素 （上表中IVA族）易与同族元素联结或同元素连接。无数个硅连在一起形成晶格，被用作制作电脑所需的半导体材料。

十六、碳原子（也是主族四族元素）可以形成长链。糖不就是碳组成的吗！碳化学属性灵活，这个特点使它成为构成生命的主要颗粒。

十七、门捷列夫错误地认为所有的元素都是一成不变的。但放射性原子的原子核是不稳定的，这意味着它们在元素周期表中的位置是可以变化的。例如，铀（92号元素）会逐渐衰变为一系列较轻的元素，直至衰变为铅（82号元素）。

十八、分界线：原子序数大于92的原子在自然界并不存在，但却可以用一种元素或多种元素轰击某元素制成。

十九、于去年6月得到正式确可的114号元素和116号元素是元素周期表中最新的成员，至今尚未命名。116号元素在几毫秒之内就会衰变小时。110-112号元素也于本月初被正式命名。

二十、物理学家理查德.费曼曾预测元素周期表最后一位元素是137号元素。在此基础上，更多的质子将产生只有虚数才可衡量的能量，或许这便决定了138号及以上元素无法存在。