从科学的角度讲讲有关它的“八卦”化学元素周期表的奇妙世界

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  氢氦锂铍硼,碳氮氧氟氖……看到这些是不是感觉又回到了高中的化学课堂?118个化学元素为很多人打开了探究科学世界的窗口。今年,元素周期表迎来150岁生日,联合国将2019年定为“国际化学元素周期表年”。
  这张元素周期表是怎样诞生的?历史上有哪些大事件的背后有化学元素周期表的影子?它和我们的日常生活又有着怎样的联系呢?
  元素周期表到底牛在哪儿
  通常,我们把元素周期表的发明归功于俄国化学家德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫。150年前,35岁的门捷列夫將当时已知的63种元素写在卡片上,并根据化学和物理性质对它们进行排列,做出了元素周期表,因而被称为“元素周期表之父”。
  他发现,所有的化学元素都可以排成一个自然的行列,其性质每隔7个元素就周期地重复出现一次,看似杂乱无章的物质世界显出了惊人的统一性。
  门捷列夫不仅将元素进行了有规律的排列,他更牛的地方在于“留白预言”和“超强纠错”。他预测了一些当时没有发现的元素,并且给它们预留了位置,包括“类铝”“类硅”“类硼”等在内的11种元素。
  1875年法国科学家布瓦博德朗发现了镓,整个化学界震惊了。“镓”正是门捷列夫预测的类铝元素,于是人们纷纷去寻找门捷列夫所预言的新元素,后来人们按照预言先后找到了钪、锗、铼等元素。
  门捷列夫当时还指出了原有的错误,比如金的原子量。那时金的原子量公认为196.2,按此在元素表中金应排在锇、铱、铂的前面,它们被公认的原子量分别为198.6、196.7、196.7。而门捷列夫坚定地认为金应排列在这三种元素的后面,原子量都应重新测定。最终重测的结果:锇为190.9,铱为193.1,铂为195.2,而金是197.2。实践证实了门捷列夫的论断,也证明了周期律的正确性。门捷列夫的开挂人生
  门捷列夫是家里出生的第17个孩子,学习成绩不好,还因为挂科而复读。后来他混得风生水起,也不是因为研究化学,而是因为做包包。门捷列夫当时在圣彼得堡做的手工皮包和旅行箱名噪一时,如果他没发明元素周期表,没准现在就多了个百年皮具品牌呢。
  除此之外,门捷列夫还热爱极地探险和高空飞行,不仅参与了北极破冰船的建造,还乘坐自己参与制造的悬浮器飞到了3000米的高空中。虽然门捷列夫没有拿到过诺贝尔奖,但是世人都记住了这个天才。
  炼丹术、炼金术也有科学内涵
  说到炼丹术,大家可能有点不屑,那不就是过去皇权贵胄为了长命百岁的迷信吗?其实,不论是炼丹术还是炼金术都可以算是古代化学的前身,虽然它们一个是追求长生不老,一个是追求金银财宝,但是这个过程中却产生了很多有意思的副产品,比如四大发明的火药,还有葛洪在炼制水银的过程中发现了化学反应的可逆性。
  葛洪指出,对丹砂(硫化汞)加热可以炼出水银,而水银和硫磺化合又能变回丹砂。所以说人家是古代化学家绝对是名副其实。西方也一样,连牛顿当年也很痴迷炼金术。现在很多化学反应符号,像表示加热的三角形,其实就源自炼金术。
  “凤凰变麻雀”的铝
  铝是我们生活中最常见的金属之一,但是在19世纪的时候,铝是一种十分昂贵的元素,因为铝很少以天然铝的形态存在,当时又没有提取、分离铝的技术,所以当时铝的价值远远超过金和银。
  法国的拿破仑三世就是特别“能打的”,这位拿破仑一世的侄子,他做皇帝的时候都是用铝来打造专属的杯盘,把近卫队的胸甲也换成了铝的。当时,还有科幻小说家畅想未来人们住在铝质的房屋中,可以说是极尽奢华了。后来,电解铝被发现,铝的价格就一落干丈了。
  让我们大胆设想一下,万一哪天一颗小行星落到地球上,上面全是贵金属,或者火山喷发把地球深处的重金属翻上来了,金子也许就变成白菜价了呢。
  被称为“治癌圣手”的锎
  元素是无所不在的,同时也是充满力量的。从门捷列夫时期的63个元素,到201 6年修订的新皈元素周期表,目前已知有118种元素。其中,90种自然存在,另28种由人工合成。
  比较特别的是92号元素铀,这是在自然界中可以找到的最重的元素。因此,化学界将原子序数为93的镎以及之后的所有元素,都称为“超铀元素”。很多超铀元素都是物理科学家发现的,这些元素大部分都是通过人工合成的方式,用不同的原子相互碰撞,在实验室中“制造”出来的。
  不过,这些化学元素的性质都极其不稳定,属于危险的放射性元素。目前,人类发现的许多100号之后的化学元素,半衰期都是毫秒级的单位,很快就会衰变成其他的元素,但这样的元素也并不是没有实际意义。
  比如第六个被人工合成的超铀元素——锎,此种金属的价值为每克2700千万美元,比黄金贵65万倍。1950年,加州大学伯克利分校利用回旋加速器首次人工合成了锎元素,此次实验只生产了大约5000颗锎原子。
  锎元素在核医学上有特殊用途,被称为“治癌圣手”。1968年,医用锎源被用来治疗首例病人,中子近距离治疗法由此诞生。中子治癌是最先进的癌症治疗方法之一.无须让病人全身接受放射性射线,而是将中子源送入人体或肿瘤内,通过轻微放射反应彻底杀死癌细胞。
  而这种价值连城的锎元素要想获得绝非易事,地壳中极少有这种元素存在,人工合成又是一项高精尖技术活,需要核反应炉或者粒子加速器。
  对于科学,肯定有人喜欢,有人觉得无所谓,但是对于一些神秘的、有趣的东西,大家应该都是感兴趣的,我们也不妨从这些地方人手,让自己更好地体会化学的乐趣。
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