位置决定命运：元素的盛宴解读

位置决定命运：元素的盛宴解读

作为一个化学发烧友，要向各位科学爱好者强烈推荐这一本非常有意思的好书：《元素的盛宴》，这本由山姆·基恩写的好书，从氢元素写起，将所有的元素背后的故事向你娓娓道来，如果我们细细品味的话，你会发现每一个元素的背后，都是人类在历史进程中发生的激动人心的大事件，又有多少科学家的命运与此息息相关，而与此相关的背后的人性又会让人倍感叹息。

我们宇宙当中为什么会出现这样丰富多彩的元素？宇宙大爆炸当中一开始就形成了吗？而我们人类又是如何认识到他们的存在的？在每一次激动人心的发现背后，又是经历了如何曲折的发现过程？

我相信所有学习过化学元素周期表的同学或许都有这样的感觉：这张表看起来整洁精练就像科学界的德国工艺一般让人感到赏心悦目；另一方面再也没有比化学更为反复无常的学科的，这门学科的规律有着如此之多的使用条件和适用范围，以至于基本上一个规律就是为了解决一个问题单独设置的，而我们看着这张表格的时候，基本上很难看出这样设置的必要性，我们永远只能知道两个元素之间有联系，但是我们永远很难想到两个元素之间的具体关联。这些关键信息总是好像一个犹抱琵琶半遮面的女神，半遮半掩地在你面前让你看到一番旖旎，而仔细一看的时候，又好像捉摸不透其中的关联。

我还记得我的化学老师当时介绍元素周期表的时候，微眯着眼睛的样子，特意顿了顿，用特有的四川方言说道：“这个（ze go）周期表嘛，咋个说喃，有一句话叫做屁股决定脑袋，元素周期表里头的元素，就是位置决定命运，他们长得哪个咔咔（位置），就基本上可以看得出这个元素的性质。”话说完还意犹未尽地指着班上的同学，得意地说道：”就好比你们这些娃儿，坐在第一排的人都积极举手，第二三排一般都认真听讲，你看那个垃圾桶旁边的同学，现在就在睡瞌睡。这个就叫位置决定命运！”

于是，“位置决定命运”这句话深深印入了我的脑海，至今都难以忘怀——位置这个变量，在周期表元素的表征当中，有着决定性的作用。我们无法找出两片一样的树叶，同样的道理，我们无法找出两个相同的元素，周期表是这样的神奇，我们仅仅是将最外层电子相同的电子集结在一起变成同一列，就揭示出他们之间的“血缘”关系，乃至于他们之间的“遗传基因”我们都可以预测出来——我们见到了金属钠在水面上游动的奇景，我们就可以看到金属钾和水之间反应是怎样的一种盛况；事实上钾元素和水只要一接触就可以大量释放氢气和大量热引发爆炸，而铷和铯就见到水就如同遇到了不共戴天的杀妻仇人，只要一见面就会不顾一切相互厮杀在一起，最后的爆炸当中，透露出一种至死方休的决然。

当我们用我们的双目扫过同一行的元素的时候，我们一定会发现他们的大小在逐渐地发生变化，一方面这些元素的质子数在逐渐增加，而这些原子的电子数也在逐步填充在电子层上，如同牛顿力学中的万有引力主宰了宇宙中两个星球的运动，麦克斯韦和法拉第、洛伦兹等物理学家前仆后继揭示出的电磁力主宰了原子内部的作用，原子中的质子与电子在电磁力的作用下，如同被空气中散发的荷尔蒙吸引的情侣，又如同琼瑶剧中的主角，在莫名其妙的感情线的作用下开始相爱相杀，随着周期表从左往右，质子个数逐渐增多，质子正电荷散发出对外层电子难以抵抗的吸引力，如同被腐烂果实吸引的果蝇，外层电子开始逐渐向中心的正电荷靠近，如同逐日的夸父一般，在追逐正电荷的过程当中不知不觉缩短了距离，原子的半径开始逐渐减小；而从第四周期开始，第三层电子逐渐增多，内层电子如同深宫中幽怨的妃嫔，迫不及待地想要在君王面前展示自己的美丽，它们有意无意地开始遮挡质子对最外层电子的吸引力，质子对最外层电子的掌控开始减弱，如同丧失权威的父亲，眼睁睁看着最外层电子渐行渐远，原子的半径衰减在过渡金属当中又开始显得不那么明显。

元素表是这样的神奇，有着极其强烈的地域特色，在元素周期表西岸是活跃的金属，东岸是卤素和高贵气体参差不齐地排列在周期表的非金属区，而中间则是广阔的“太平原”，从第三列开始，一直到第十二列，在人类历史上扮演着重要角色的过渡金属填充其间，成为了周期表上的耀眼明珠。电子的排列决定着电子的行为，过渡金属的最外层电子相同，这也是为什么许多金属看起来如此相似的原因，而这样的现象在镧系元素和锕系元素当中更为严重，因为他们的化学性质是如此地相似——他们把他们有差异的电子藏在了内部的电子层——以至于化学史上很长一段时间是无法分离这些镧系元素的。记住：电子的行为决定了元素的性质。

当然，我们是不能够完全忽略决定原子99%的质量的部分——原子核。而我们人类对于原子核内部的质子、中子的研究有一个绕不开的女性科学家——玛丽娅·格佩特。一个女性在1930年随着丈夫在科学界四处漂泊，大谈科学——这在当时开起来是一件让人难以理解的事情，很多学校虽然给她提供了一份工作，但是他们拒绝为女性科学家付一份薪水，而且分配给她的，是一些具有“女性气质”的课题，比如研究颜色是怎么来的。
然而她并不会仅仅满足于寻访这些简单问题的答案，她的研究涉及到一个更难把握的未解之谜——为什么我们在宇宙中发现的元素含量如此不均衡？氢元素为什么占据了绝大多数的比例，为什么锂原子的存在如此地卑微以至于我们人类在长时间一直都没有发现这一号元素？这个现象背后又在暗示着怎样的一个事实？

在物理和化学研究对该问题陷入僵局的时候，玛丽娅提出了一个惊人的猜想——会不会，原子核中质子和中子也是分层排列的，就好像电子一样？在这个想法的刺激下，玛丽娅开始逐一验证猜想，一串有趣的数字开始出现：2,8,20,28,50,82……这些数字浮出水面的同时，在科学界引发了巨大的争议，核物理学家们开始对这一理论进行狂轰滥炸，激进的科学家表示“一位不领工资的女教授”的猜想是令人难以置信的。而她用一系列严格的工作证明了，这些质子和中子是如何整齐地排列成稳定对称的球形，因此这些原子会异常地稳定，进而解释了为什么我们的生命是由这些比较稳定的元素所构成，而不去选择铁或者铜这样的看起来强度极高的元素来构成。

有意思的是，直到今天，我们才逐渐揭开了生命背后的奥秘，以及为什么是由碳元素为构成生命的最基本元素等等一系列问题的答案，元素周期表的每一个精妙联系，都会让人感到造物主的奇妙构思，是何等的天才，才可以设计出像今天这样的宇宙，如此奥妙的体系！元素的背后，却又隐隐暗合生物界当中竞争、合作、生存、竞争的复杂关系，先天的质子中子的对称性，又决定了，某些元素自身的巨大的优越存在，却又暗合当今社会当中具有某些特质的人群，占据着社会的巨大财富，仔细对比，却又发现宇宙当中的“优胜劣汰”和“马太效应”竟然也如此明显，变幻莫测，令人拍案惊奇。

一个原子就是一个宇宙，而宇宙又由如此多的原子用难以置信的方式聚合而成，上百个周期表元素构成了令人惊叹的世间万物，我们和这些多彩的元素相遇，是一场多么美妙的遇见！

向美妙的造物主问好，致敬！