我們周圍所有的一切，都是由90種能自然產(chǎn)生的化學(xué)元素組成的，這是一個(gè)多么值得驚嘆的事實(shí)。

1869年，德米特里·門捷列夫將當(dāng)時(shí)已知的63種元素整理排序，發(fā)表了他的第一版元素周期表。那一年，美國內(nèi)戰(zhàn)剛剛結(jié)束，德國即將統(tǒng)一，托爾斯泰出版了《戰(zhàn)爭與和平》，蘇伊士運(yùn)河開通。

在這150年間，已知的元素已多達(dá)118種，但在自然界中出現(xiàn)的只有90種，其余的幾乎都是近幾十年來在實(shí)驗(yàn)室中通過核反應(yīng)人工制成的超重物質(zhì)，它們會(huì)迅速衰變?yōu)橐环N或多種自然元素。

從這些自然元素在元素周期表中的位置，我們就能立即了解它們的許多性質(zhì)。為了紀(jì)念元素周期表誕生150周年，聯(lián)合國教科文組織（UNESCO ）宣布：2019年將是國際化學(xué)元素周期表年。

作為慶祝活動(dòng)的一部分，歐洲化學(xué)學(xué)會(huì)發(fā)布了一個(gè)全新版本的元素周期表（上圖）。他們根據(jù)美國化學(xué)家William Sheehan在上世紀(jì)70年代提出的一個(gè)初步想法，將元素周期表重新繪制了一遍，讓每種元素所占有的面積大小代表它在對數(shù)尺度上的豐度。這樣做的目的在于傳達(dá)一個(gè)引人注目的信息——可持續(xù)發(fā)展。

在新的表格中，每個(gè)不同的區(qū)域都用不同的顏色編碼，顏色代表著與這一元素相對應(yīng)的脆弱性。在大多數(shù)情況下，元素并不會(huì)消失，但隨著我們持續(xù)的使用，它們會(huì)被消耗殆盡，而且難以復(fù)原。

1. 顏色的分類

用紅色標(biāo)記的元素表示的是，對這些元素的消耗將極大地降低它們在未來100年或更短的時(shí)間內(nèi)的可利用性——這些元素有，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）。

舉幾個(gè)例子：氦被用來冷卻核磁共振掃描儀中的磁鐵，也被用以稀釋深海潛水所需的氧氣；核反應(yīng)堆中重要的控制棒使用鉿；鍶鹽被添加到煙花里，綻放出鮮艷的紅色；釔是照相機(jī)鏡頭的組成成分，它使得鏡頭抗沖擊并耐熱，除此之外它還被用于激光和合金里；鎵被用來制作高質(zhì)量的鏡子、發(fā)光二極管和太陽能電池。

在新元素周期表上標(biāo)以橙色和黃色的區(qū)域表示的是，對這些元素的增量使用將會(huì)出現(xiàn)可預(yù)見的問題。綠色區(qū)域意味著這些元素有足夠的來源，比如氧（O）、氫（H）、鋁（Al）、鈣（Ca）等元素。

錫（Sn）、鉭（Ta）、鎢（W）和金（Au）這四種元素被涂成黑色，因?yàn)樗鼈兺ǔ碜詻_突礦產(chǎn)；也就是說，人們發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭來爭奪出產(chǎn)這些礦產(chǎn)所在的礦山的所有權(quán)。它們都可以擁有被更合乎道德地開采方式，因此，標(biāo)記為黑色的目的是提醒生產(chǎn)商必須仔細(xì)追蹤這些礦產(chǎn)的來源，以確保人們不會(huì)因?yàn)樘峁┻@些礦產(chǎn)而死亡。

2. 智能手機(jī)短缺

在90種元素中，有31種帶有智能手機(jī)的標(biāo)志，這表示它們都被包含在手機(jī)設(shè)備當(dāng)中。這31種元素包括所有四種沖突礦產(chǎn)的元素，另外六種的預(yù)計(jì)使用壽命不超過100年。

讓我們以表格中被涂成紅色的銦為例，每塊觸摸屏都含有一層透明的氧化銦錫（ITO）導(dǎo)電層。這里面含有大量但經(jīng)過高度分散的銦。銦是鋅制造中所產(chǎn)生的副產(chǎn)品，但它的儲(chǔ)量僅夠維持20年左右。之后，價(jià)格將開始迅速上漲，除非我們采取有效措施保護(hù)現(xiàn)有儲(chǔ)藏。

保護(hù)銦儲(chǔ)藏地三種主要可能性是：替換、回收或減少使用。人們正在為尋找在地球上儲(chǔ)量豐富的元素作為替代材料付出巨大的努力。從使用過的屏幕當(dāng)中回收銦是可能的，并處于嘗試中。但是，當(dāng)看著這張?jiān)刂芷诒恚昧嗽S多元素的珍貴時(shí)，我們是否還能理所當(dāng)然地每兩年左右就換一次手機(jī)呢？

目前，僅在英國，每個(gè)月的手機(jī)交易量就超過100萬部，歐洲為1000萬部，美國為1200萬部。在發(fā)達(dá)國家交易的手機(jī)中，許多都會(huì)流通到發(fā)展中國家。這樣做的最初目的是為了再利用，但最終，大多會(huì)被扔進(jìn)垃圾填埋場，又或者被用來在非常惡劣的條件下提取出其中的一些元素，讓其他的元素仍然留在酸性溶液中。這就是手機(jī)里的元素如何被逐漸消耗掉的原因。

我們交易的手機(jī)數(shù)量可能會(huì)大幅減少，因此對銦等儲(chǔ)量有限的資源的需求也會(huì)隨之減少。在這種情況下，蘋果最近出現(xiàn)的盈利預(yù)警（部分原因是消費(fèi)者更換iPhone的頻率略有下降）至少是一種進(jìn)步的跡象。

但正如新版本的元素周期表所強(qiáng)調(diào)的，我們必須盡我們所能去保護(hù)和回收這些構(gòu)成了這個(gè)豐富奇妙的世界的90種珍貴元素。如果不更嚴(yán)肅認(rèn)真地對待這些問題，那么我們現(xiàn)在認(rèn)為理所當(dāng)然的許多物品和技術(shù)，可能在幾代以后的人看來是來自一個(gè)更富足的時(shí)代的遺物，或者變成只有富人才能得到的稀罕物件。

撰文：David Cole-Hamilton

原文標(biāo)題為“Periodic table: new version warns of elements that are endangered”，首發(fā)于2019年1月24日的TheConversation。原文鏈接：https://theconversation.com/periodic-table-new-version-warns-of-elements-that-are-endangered-110377。中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。

文章來源：原理

IEEE Spectrum

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