元素周期表150歲了，這九個關於元素的故事你聽過嗎？
你還記得元素周期表中的行與列分別代表什麼嗎？你是否也曾對著它一遍又一遍地背誦化學元素的排列順序：氫氦鋰鈹硼，碳氮氧氟氖……
或許你能夠從久遠的回憶里搜索到一點化學課堂的記憶。在元素周期表中，元素是根據它們的質子數或原子序數排列的。金屬大多在左邊，非金屬在右邊。排在最右邊的一列是惰性氣體，它們因不易與其他元素髮生化學反應而得名。
現在我們當然知道，元素在周期表中的位置以及元素的化學性質與質子數和原子核外的電子分布有很大關係。但在150年前，當門捷列夫開始構建元素周期表時，人們並不知道原子內部是什麼樣子的。
有了元素周期表，我們一眼就能看盡幾乎所有構成了自然界中全部化學物質的元素，也能清晰地看到不同元素之間的關係。現在，元素周期表仍在擴展當中，直到2016年還有四個新的元素被命名。
元素周期表（新春版）
今天，我們就來看幾個元素的小故事，喚醒你可能已經忘卻的化學記憶。
1. 香蕉的寶藏
香蕉看似平平無奇，卻有一項非常厲害的技能——它可以產生反物質！這聽起來非常不可思議，卻是事實。因為香蕉含有鉀-40，這是鉀（K）的一种放射性同位素。鉀-40在發生衰變的過程中，偶爾會產生正電子——也就是電子的反物質。真·星·寶藏水果<(￣︶￣)>
2. 誰應該待在這裡？
並不是人人都認為鑥（Lu）和鐒（Lr）屬於它們現在所在的位置。英國皇家化學學會就把鑭（La）和錒（Ac）放在了這兩個位置上，他們優先考慮的是外層的電子構型，並把鑥和鐒放在f區的末端。自2015年起，負責化學命名的國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）就一直在研究這個位置問題。
3. 實驗室之外
1896年，當法國物理學家亨利·貝克勒爾（Henri Becquerel）將鈾（U）鹽放在感光板上時，他意外地發現了放射性，並因此與居里夫婦共同獲得1903年的諾貝爾物理學獎。鈾是周期表中最後一種自然存在的元素，其餘的元素必須在實驗室中創造。
4. 特殊的光澤
金子，為什麼是金燦燦的？事實上，如果我們不懂得愛因斯坦的狹義相對論，就無法解釋金的顏色。在金（Au）原子中，電子以超過光速一半的速度繞著原子核旋轉。這改變了電子的軌道，使得金吸收藍光，反射出黃色的獨特光澤。
5. 營地的線索
當美國探險家梅里韋瑟·劉易斯（Meriwether Lewis）和威廉·克拉克（William Clark）出發前往太平洋時（1804-1806年），他們攜帶了1300劑含汞（Hg）的瀉藥Rush』s Thunderbolts。近兩個世紀後，人們在美國蒙大拿州洛羅的地下發現了水銀。憑藉著水銀提供的線索，專家找到了其中一個探險者營地的位置。
6. 預測的能力
一開始，門捷列夫就極有先見之明地在元素周期表中留下空白，這樣他就能對已知的元素進行正確的排列。1875年發現的31號元素鎵（Ga）填補了周期表中的第一個空白。金屬鎵在室溫下是固態的，但當溫度高於29.7°C時，它便成了液態。如果用鎵做成一個勺子，它能在手中或在熱的茶水中融化，這是一個頗受歡迎的化學把戲。
7. 來自太陽
1868年，人們在太陽光譜中發現了一條亮黃色的線，經確認之後，科學家認為這是氦（He）元素。這一發現比在地球上發現氦早了近30年。2018年，我們首次在一顆系外行星的大氣中發現了氦。
8. TRIAD
溴（Br）的相對原子質量為79.90，介於氯（Cl，35.45）和碘（I，126.90）之間，它們都很容易與金屬反應生成鹽。德國化學家德貝萊納（Johann Wolfgang D?bereiner）在1817年就發現了這種關係，比門捷列夫提出自己周期表的時間早了半個多世紀。而且由於這三種元素表現出相似的性質，被德貝萊納稱為三聯體（triad）。
9. 終點？
最新發現的Og是目前的元素周期表的終點，並且完美地填滿了惰性氣體一族。然而，這種元素並不像同族的其他惰性氣體那樣冷漠。據理論預測，它很容易失去或得到電子，它的原子也可以聚集在一起。它非常不穩定，化學家製造出的幾個Og原子，存在時長不超過一毫秒。現在，科學家繼續在實驗室中進行「粉碎」原子的操作，目標是找到超越118號元素的新元素。
這些僅僅只是元素故事中的冰山一角。每個元素都具有其獨特的性質，也各自擁有不同的發現故事。元素不僅被應用在生活的方方面面，它們中的一些也是探索基礎物理必不可少的。例如，氫（H）、氦（He）、氮（N）、鈮（Nb）、鐵（Fe）、鉛（Pb）、鍺（Ge）、氙（Xe）等等，這些都是建造加速器、探測粒子、尋找暗物質，以及解決宇宙謎題的重要元素。而化學家在尋找119號或120號元素的同時，也在激烈討論究竟什麼是元素。
參考鏈接：
[1] https://www.sciencenews.org/article/periodic-table-elements-chemistry-fun-facts-history
[2] https://www.symmetrymagazine.org/article/july-2009/deconstruction-periodic-table
TAG:原理 |