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元素周期表誕生150周年 化學(xué)給我們帶來(lái)什么(元素周期表誕生150周年 化學(xué)給我們帶來(lái)什么啟示)

來(lái)源:經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)

“氫氦鋰鈹硼,碳氮氧氟氖……”還記得中學(xué)化學(xué)元素周期表上這一串字符嗎?一張神秘莫測(cè)的化學(xué)元素周期表,是許多人人生旅程的重要一站,承載著我們的少年時(shí)光。

為了慶祝元素周期表誕生150周年,聯(lián)合國(guó)2018年宣布將2019年定為國(guó)際化學(xué)元素周期表年。那么,就跟隨筆者的腳步,探尋有趣而神秘的元素周期表。

發(fā)現(xiàn)

每個(gè)化學(xué)研究室的墻上都必備一張?jiān)刂芷诒?,可以說(shuō)這是化學(xué)研究歷史上最重要的一份研究成果,沒(méi)有之一。它的創(chuàng)建要?dú)w功于俄國(guó)化學(xué)家迪米特里·門捷列夫。

元素周期表,方方正正,排列井然有序,世間所有元素之間的規(guī)律是如此簡(jiǎn)單明了。但繪出這樣一份簡(jiǎn)單的表格,背后是多少科學(xué)家數(shù)十年夜以繼日的心血。門捷列夫在先前多位科學(xué)家對(duì)各類化學(xué)元素不斷研究發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,1869年3月份,他將當(dāng)時(shí)已知的63種元素寫在卡片上,并根據(jù)化學(xué)和物理性質(zhì)將它們進(jìn)行排列。把化學(xué)研究當(dāng)作“打撲克”一樣的游戲,這讓多年從事化學(xué)研究的老專家們有一種“醍醐灌頂”的感覺(jué)。

科學(xué)往往就是這么“簡(jiǎn)單”而有趣。物理世界的電、磁場(chǎng)、力,它們之間的聯(lián)系僅僅是幾個(gè)簡(jiǎn)單的公式;同樣,化學(xué)世界上百種元素,全被門捷列夫這一張周期表“安排得明明白白”:每一縱列元素化學(xué)性質(zhì)相似,每一橫列從左至右元素的反應(yīng)規(guī)律依次遞變。

元素周期表揭示了物質(zhì)世界的秘密,把一些看來(lái)似乎互不相關(guān)的元素統(tǒng)一起來(lái),組成了一個(gè)完整的自然體系。它的發(fā)明,是近代化學(xué)史上的一個(gè)創(chuàng)舉,對(duì)于促進(jìn)化學(xué)的發(fā)展起了巨大推動(dòng)作用。

門捷列夫的天才之處體現(xiàn)在他為元素周期表留出的空白之中。他意識(shí)到某些元素是缺失的,還有待被發(fā)現(xiàn);有些元素的原子量不符合它的規(guī)律,結(jié)果證明是原來(lái)的測(cè)定有錯(cuò)誤。先前的科學(xué)家只是將已知元素進(jìn)行排列,只有門捷列夫?yàn)槲粗亓舫隽丝臻g。

更令人驚訝的是,他準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了缺失元素的性質(zhì)。就在門捷列夫發(fā)表他新編的化學(xué)元素周期表3年后,法國(guó)化學(xué)家布瓦博德明發(fā)現(xiàn)了新元素鎵。在門捷列夫預(yù)言的“類鉛”以后,他預(yù)言的11種元素一一被人找尋到。

他在元素周期表中,不僅預(yù)見(jiàn)到19世紀(jì)末化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn),甚至對(duì)20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的放射性元素,以及“二戰(zhàn)”后出現(xiàn)的人工元素,也在周期表中預(yù)約定位。

150周年來(lái)臨之際,元素周期表大家庭又增添了新成員,2016年增加了4種新元素:113號(hào)元素Nh(nihonium)、115號(hào)元素Mc(moscovium)、117號(hào)元素Ts(tennessine)和118號(hào)元素Og(oganesson)。這4種元素花了10年時(shí)間,而且通過(guò)全世界科學(xué)家的共同努力才最終獲得確認(rèn)。

價(jià)值

化學(xué)離我們有多近?“化學(xué)是一切生命的基礎(chǔ)?!?span id="xxx3xxx" class="candidate-entity-word" data-gid="11092494">美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員李力紅說(shuō)。從就讀北大化學(xué)系本科到在美國(guó)博士畢業(yè),她一直從事與化學(xué)有關(guān)的工作,如今已是美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)一名資深會(huì)員。

李力紅說(shuō):“你聽(tīng)到的、看到的、聞到的、嘗到的、摸到的一切都與化學(xué)物質(zhì)有關(guān)。聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、味覺(jué)和觸覺(jué)都涉及你體內(nèi)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和相互作用?;瘜W(xué)不僅限于燒杯和實(shí)驗(yàn)室,它就在我們身邊。我們?cè)搅私饣瘜W(xué),就越能感觸我們的世界?!?/p>

科學(xué)家認(rèn)為一切都是由化學(xué)元素構(gòu)成的。盡管世界上存在無(wú)數(shù)種物質(zhì),但從微觀領(lǐng)域看,無(wú)非是這100余種元素的不同排列方式;我們周圍常常接觸到的物質(zhì),也許只有幾十種。

一杯普通的水,組成元素是氫和氧,還有其他一些組成礦物質(zhì)的元素,比如鈉、鈣、鎂、氯等;一棟建筑物,從非金屬元素的硅、氧、氫,到金屬元素的鐵、鋁、鎳等,組成就復(fù)雜得多。從地上拔一根草,里面有豐富的鉀、鈉、鎂等元素,因此有人對(duì)你說(shuō)某某保健品中含有上述幾類元素,其實(shí)與幾棵雜草沒(méi)區(qū)別……

化學(xué)是研究物質(zhì)及其能發(fā)生的變化,在一定程度上了解化學(xué),對(duì)理解我們周圍的世界至關(guān)重要。了解物質(zhì)的基本性質(zhì),預(yù)測(cè)和解釋它們?cè)诜磻?yīng)形成新物質(zhì)時(shí)的變化,是化學(xué)研究的基本內(nèi)容。

無(wú)論元素周期表是否被發(fā)現(xiàn),化學(xué)元素的規(guī)律還在那里,未曾改變。只是在這個(gè)規(guī)律的指導(dǎo)之下,我們可以對(duì)化學(xué)進(jìn)行更系統(tǒng)性研究,取得更多突破。

應(yīng)用

與其說(shuō)我們身邊有哪些化學(xué)應(yīng)用產(chǎn)品,毋寧說(shuō)我們身邊哪種產(chǎn)品不是化學(xué)應(yīng)用的產(chǎn)物??茖W(xué)家們創(chuàng)造了大自然中不天然存在或難以獲取的東西,同時(shí)把這些創(chuàng)造進(jìn)行理論總結(jié)后不斷擴(kuò)大生產(chǎn)。把數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐,讓人類在19世紀(jì)末和20世紀(jì)的生產(chǎn)力進(jìn)步遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)去數(shù)千年總和。

化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是將自然存在的物質(zhì)重新組合成另一種物質(zhì),化工則是把這種組合的過(guò)程擴(kuò)大到現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中。你想問(wèn),我們生活中哪些是化工產(chǎn)品?那么可以說(shuō),你所接觸的一切與塑料、有機(jī)材料有關(guān)的產(chǎn)品,其前身都是又黑又黏的石油,經(jīng)過(guò)化工的改造后變成了燃料、變成我們?nèi)粘=佑|到的東西。倒推回上世紀(jì)之前,這些東西都是沒(méi)有的。

想到幾年前一個(gè)著名化妝品廣告詞“我不要化學(xué)”,當(dāng)然現(xiàn)在也有很多種化妝品都在標(biāo)榜“純天然成分”,這在懂化學(xué)的人眼里是愚蠢可笑的。所謂的“純天然成分”(假設(shè)是真的),都是用化工試劑從植物提取出來(lái)的,化妝品的包裝、增稠劑、溶劑等都是石油轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品。也就是說(shuō),要做真正離開(kāi)“化工”的純天然產(chǎn)品,就是把樹(shù)葉和花瓣加上石油用碾子搗碎后敷在臉上。至于擠出的白白的膏狀物,不經(jīng)過(guò)化工合成還真做不出來(lái)。

現(xiàn)代藥學(xué)更是化工合成的重要實(shí)踐。翻開(kāi)藥典,從治療糖尿病的二甲雙胍,到高血壓藥物卡托普利,止痛退燒的對(duì)乙酰氨基酚,各類疾病的常見(jiàn)藥物都是化工合成的產(chǎn)物;一些天然藥物,也離不開(kāi)依靠化工產(chǎn)品的車間化提純過(guò)程。

當(dāng)今,藥物合成更是向著“高分子藥物”轉(zhuǎn)化?!段也皇撬幧瘛分械摹爸鹘恰卑籽≈委熕幬镆榴R替尼,化學(xué)式C29H31N7O,分子量493.60,結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。但這種藥物卻被稱為“小分子藥物”,與動(dòng)輒幾十萬(wàn)、幾百萬(wàn)分子量的“蛋白質(zhì)高分子藥物”相比算是個(gè)“小豆丁”。隨著“高分子藥物”不斷研究進(jìn)步,人類的生物密碼或許能被部分破譯,癌癥、先天性疾病或許有治愈的希望。

盡管大多數(shù)人背不下來(lái)元素周期表,學(xué)過(guò)的一點(diǎn)化學(xué)皮毛也會(huì)隨著高中會(huì)考、高考的結(jié)束而被遺忘,但我們生活中每一天的點(diǎn)點(diǎn)滴滴都離不開(kāi)化學(xué),社會(huì)科技進(jìn)步中化學(xué)研究也起到十分關(guān)鍵的作用。正值化學(xué)元素周期表問(wèn)世150周年,紀(jì)念元素周期表的發(fā)現(xiàn),也是紀(jì)念并感恩現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展為我們社會(huì)作出的貢獻(xiàn)。(陳頤)

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