150年過去了，原來你是這樣可直可彎的元素周期表……

知識 03-28

1869年，中國還在垂簾聽政的同治年間，上海出現了自行車，美國爆發了著名的黑色星期五，連接非洲與歐洲的蘇伊士運河開通，俄國大文豪列夫·托爾斯泰寫完了《戰爭與和平》，而他的同胞，德米特里·門捷列夫發表了元素周期表的第一版，將當時已知元素中的63種按順序排位。

可別以為這張表一開始就長得和我們小時候教科書里似的，事實上，它一開始是豎著排的，需要沿著兩個軸翻轉兩次才能和後世的標準圖表一致，外觀相當之樸素，就長這樣：

門捷列夫第一版元素周期表

在自然界天然存在的元素一共有90種，其餘的超重元素都是在實驗室中通過核反應生成的，它們的壽命極短，會很快衰變成自然元素。迄今最大的元素是2002年合成2016年才通過命名的第118號Oganesson，中文發音ao，字型為一個氣字頭下面一個奧（本字還打不出來呢），完整的當代元素周期表如下圖所示，這個是你熟悉的樣子了吧。

當代元素周期表

門捷列夫元素周期表的特點是按照原子量來排列已知元素，每一行都以鹼金屬開頭，以惰性氣體結尾，這不但便於記憶，還有利於迅速地知道元素的一些化學性質。就像那個118號元素，我們甚至能通過它的中文字型立刻就知道它具有惰性元素的特性。從認識事物本質的層面而言，它是非常巧妙且深刻的，為了紀念這一讓人驚嘆的成就，聯合國教科文組織宣布2019年為國際元素周期表年。

如果說這張標準元素周期表還有什麼比較大的缺陷的話，那就是人為切斷了元素的連續性。回到1871年，門捷列夫在論文中就曾這樣寫道：事實上，這一系列元素是不間斷的，一定程度上代表了一個螺旋函數。與他同時期的幾位元素系統開山人物之中，有兩位——Alexandre-émile Béguyer de Chancourtois和Gustavus Detlef Hinrichs——都是主張螺旋式結構的元素周期表的。他們的主張也許更具美感，只不過門捷列夫的影響力較大，而且他的方法的確更為實用，所以才佔據了上風。

法國法國地質學家和礦物學家Alexandre-émile Béguyer de Chancourtois是第一個按原子量排列化學元素的人，1862年就發表了相關論文，但他沒有把圖表公布出來，同時也因為這篇文章是用地質學術語寫的，於是被化學界忽略了。

deChancourtois的元素周期表

上面這張歷史久遠的印刷物可能還不太容易讓你領略到螺旋形的感覺，那麼看一下後世給做的美化，就很好理解了，它其實是在一個立體的圓柱體上螺旋向下。

元素周期表螺旋形美化

化學家和自然哲學家Gustavus Detlef Hinrichs是一位丹麥人，但在當時還屬於德聯邦治下，1860年以後移民美國，去了愛荷華大學任教，同時也擔任愛荷華州氣象局的負責人。在那裡他建立了第一個州立天氣和作物服務系統，並且是第一個確認並命名直線風暴現象的人。他也因對元素周期性規律的研究而著名，並設計了下面這個元素周期表

嚴格來說，Gustavus Detlef Hinrichs的元素周期表保持了曲線結構，是由一系列射線和不完整圓環所組成，不是螺線形。但是做一個優美的螺線元素周期表，卻成了一個諸多科學家和藝術家的努力方向，這一百多年來，也產生了不少讓人眼睛一亮的作品。

平面上的螺線形元素周期表最早是由德國化學家和礦物學家Heinrich Adolph Baumhauer做出來的，他的父親是一位平版畫家兼商人，也許是家學淵源，使得他在平面設計上很有感覺。1870年，Baumhauer寫文章分析了原子量和元素性質之間的關係，並提出了基於原子量遞增的螺旋周期系統

1951年英國科學展（Festival of Britain Science Exhibition）上，Edgar Longman的元素周期表亮相，加上了色塊和流線型的設計，非常亮眼，這是第一次由藝術家做的周期表，也因為這次展會的盛名而蜚聲於世。這個由英國皇家藝術學會提出舉辦的用以紀念1851年第一屆世界博覽會的科學展，被認為是重塑了一代人的藝術、工藝品、設計觀念的運動。

德國語言學家和梵文學者Theodor Benfey在1964年推出了第一個平面二維元素周期表，此「二維」，指的是他把過渡元素和鑭族元素等標準元素周期表裡面需要在下面單獨辟出一塊來表示的成員都用一種加塞方式安插進去了，長得呃，有點像蛇一樣，所以這個扭來扭曲的螺旋構造也被人叫做蛇形周期表。他這個腦洞開得不錯，之後也被爭相效仿。

因為發明了用硅化合物製造有機硅的美國化學家和發明家James Franklin Hyde被譽為「有機硅之父」，在2000年還被道康寧公司提名併入選美國國家發明家名人堂。他也做了一張好像彩虹比色卡似的元素周期表，那是在1976年，他從道康寧公司退休3年後，估計也是閑來無事搞創作了，如下圖：

上面這張圖可能看不清楚，這裡放一個細節，就能了解到其中的玄機奧妙了——因為硅對於他的意義無比重要非同凡響，所以Hyde做的是一個以硅元素為中心的元素周期表，哈哈。

1999年《紐約時報》發表了軟體開發員、來自伍德斯托克的Jeff Moran所設計的六角螺旋元素周期表，並介紹了這個設計的特點，它由塊、組和期三個層級構成，是一個由計算機軟體來執行的樣式，螺線的生成以公式完成。

軟體做的當然比較省心，118號元素公布後，Jeff Moran也輕輕鬆鬆完成了這個表的更新。

2005年，牛津大學的Philip Stewart發布了一個銀河系元素周期表，此人也是興趣極其廣泛，在大學獲得了阿拉伯語和林業學位，此後在阿爾及利亞從事森林和土壤保護，但同時對藝術有著很大熱情。從這個元素周期表的設計可以看出，他在廣闊的星雲中找到了宏觀宇宙和微觀原子世界之間的某種暗合，他甚至在中心放了一個0號元素，Stewart解釋說，這應該是中子，正是這個電中性的粒子和質子的結合而生成了所有元素的原子核。

作為元素周期表150周年慶祝活動的一部分，歐洲化學學會出版了一個全新的周期表版本——瀕危元素元素周期表。這是基於20世紀70年代美國化學家William Sheehan的想法而重新繪製的，圖中出現的都是自然元素，每個元素佔據的面積代表了其在對數尺度上的丰度，而顏色代表了它的瀕危程度。紅色是一級警告，這部分元素因為人類的消耗，將在100年或更短時間內變得難以獲得，它們包括氦（He）、銀（Ag）、碲（Te）、鎵（Ga）、鍺（Ge）、鍶（Sr）、釔（Y）、鋅（Zn）、銦（In）、砷（As）、鉿（Hf）和鉭（Ta）。

稍加觀察還可以注意到，在90個元素中，31個帶有手機符號——沒錯，因為我們的智能手機生產需要它們——其中有6種是紅色，而另外4種深灰色色塊則包含了所有的衝突礦石（conflict minerals），這個詞主要指的是來自於剛果民主共和國非政府軍事團體或非軍事派別所控制衝突地區的礦區生產的金屬礦物，由於開採和不端貿易所助長的軍事暴力，自20世紀90年代後期開始，這場衝突迄今已經奪取了超過540萬人的生命，令人唏噓。出於人道原則，衝突礦石的使用被越來越多製造公司列入了原料檢查範圍。

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排版：Ruiying

題圖來源：meta-synthesis.com

文章來源：本文經授權轉載自作者本人公眾號「科學藝術研究中心」，轉載請聯繫原賬號。

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