你還記得元素周期表中的行與列分別代表什么嗎？你是否也曾對著它一遍又一遍地背誦化學(xué)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(yuǎn)的回憶里搜索到一點化學(xué)課堂的記憶。在元素周期表中，元素是根據(jù)它們的質(zhì)子數(shù)或原子序數(shù)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發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而得名。
現(xiàn)在我們當(dāng)然知道，元素在周期表中的位置以及元素的化學(xué)性質(zhì)與質(zhì)子數(shù)和原子核外的電子分布有很大關(guān)系。但在150年前，當(dāng)門捷列夫開始構(gòu)建元素周期表時，人們并不知道原子內(nèi)部是什么樣子的。
有了元素周期表，我們一眼就能看盡幾乎所有構(gòu)成了自然界中全部化學(xué)物質(zhì)的元素，也能清晰地看到不同元素之間的關(guān)系。現(xiàn)在，元素周期表仍在擴展當(dāng)中，直到2016年還有四個新的元素被命名。
今天，我們就來看幾個元素的小故事，喚醒你可能已經(jīng)忘卻的化學(xué)記憶。
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(chǎn)生反物質(zhì)！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）的一種放射性同位素。鉀-40在發(fā)生衰變的過程中，偶爾會產(chǎn)生正電子——也就是電子的反物質(zhì)。真·星·寶藏水果<(￣︶￣)>
誰應(yīng)該待在這里？
并不是人人都認(rèn)為镥（Lu）和鐒（Lr）屬于它們現(xiàn)在所在的位置。英國皇家化學(xué)學(xué)會就把鑭（La）和錒（Ac）放在了這兩個位置上，他們優(yōu)先考慮的是外層的電子構(gòu)型，并把镥和鐒放在f區(qū)的末端。自2015年起，負(fù)責(zé)化學(xué)命名的國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）就一直在研究這個位置問題。
實驗室之外
1896年，當(dāng)法國物理學(xué)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(fā)現(xiàn)了放射性，并因此與居里夫婦共同獲得1903年的諾貝爾物理學(xué)獎。鈾是周期表中最后一種自然存在的元素，其余的元素必須在實驗室中創(chuàng)造。
特殊的光澤
金子，為什么是金燦燦的？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(zhuǎn)。這改變了電子的軌道，使得金吸收藍(lán)光，反射出黃色的獨特光澤。
營地的線索
當(dāng)美國探險家梅里韋瑟·劉易斯（Meriwether Lewis）和威廉·克拉克（William Clark）出發(fā)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(jì)后，人們在美國蒙大拿州洛羅的地下發(fā)現(xiàn)了水銀。憑借著水銀提供的線索，專家找到了其中一個探險者營地的位置。
預(yù)測
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(jìn)行正確的排列。1875年發(fā)現(xiàn)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(tài)的，但當(dāng)溫度高于29.7°C時，它便成了液態(tài)。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(xué)把戲。
來自太陽
1868年，人們在太陽光譜中發(fā)現(xiàn)了一條亮黃色的線，經(jīng)確認(rèn)之后，科學(xué)家認(rèn)為這是氦（He）元素。這一發(fā)現(xiàn)比在地球上發(fā)現(xiàn)氦早了近30年。2018年，我們首次在一顆系外行星的大氣中發(fā)現(xiàn)了氦。
TRIAD
溴（Br）的相對原子質(zhì)量為79.90，介于氯（Cl，35.45）和碘（I，126.90）之間，它們都很容易與金屬反應(yīng)生成鹽。德國化學(xué)家德貝萊納（Johann Wolfgang D?bereiner）在1817年就發(fā)現(xiàn)了這種關(guān)系，比門捷列夫提出自己周期表的時間早了半個多世紀(jì)。而且由于這三種元素表現(xiàn)出相似的性質(zhì)，被德貝萊納稱為三聯(lián)體（triad）。
終點？
最新發(fā)現(xiàn)的Og是目前的元素周期表的終點，并且完美地填滿了惰性氣體一族。然而，這種元素并不像同族的其他惰性氣體那樣冷漠。據(jù)理論預(yù)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(wěn)定，化學(xué)家制造出的幾個Og原子，存在時長不超過一毫秒。現(xiàn)在，科學(xué)家繼續(xù)在實驗室中進(jìn)行“粉碎”原子的操作，目標(biāo)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(zhì)，也各自擁有不同的發(fā)現(xiàn)故事。元素不僅被應(yīng)用在生活的方方面面，它們中的一些也是探索基礎(chǔ)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(zhì)，以及解決宇宙謎題的重要元素。而化學(xué)家在尋找119號或120號元素的同時，也在激烈討論究竟什么是元素。
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
文章來源：原理
IEEE Spectrum
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