《元素的盛宴》元素周期表中的化学探险史与真实故事#此商品参加第十一届北京惠民文化消费季

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商品详情

内容简介

元素周期表是人类科学伟大的成果之一。同时，貌似枯燥的表格背后则是一个充满激情、冒险、背叛以及执着的故事宝藏。

《元素的盛宴》是一本关于化学与人类生活的既严谨又妙趣横生的科普著作，作者搜集了大量科学史和人类史上鲜为人知的史料，用幽默之笔从不同角度讲述了化学与人类充满“爱恨情仇”的历史传奇。

你知道氮肥是德国人研究烈性炸弹时顺便发现的吗？你知道水银在很长时间里是作为泻药使用,而镭最初居然是被用来制作保健饮料的！门捷列夫是在打扑克时想出了元素周期表，格拉泽看到啤酒气泡悟到了探测粒子的新方法……

这些闻所未闻的事件，都是山姆探险化学史的重要发现——它是化学与人类生活交互作用的一部趣味史，也是无数科学家探幽寻微的一部真实的冒险故事。

作者简介

山姆·基恩（Sam Kean）：著名科普作家，美国科学促进会院士。本科毕业于明尼苏达大学物理专业，后于约翰霍普金斯大学修习写作课程，并取得美国天主教大学图书馆学硕士学位。其文章见于《科学》《纽约时报》《纽约客》等。《元素的盛宴》是其代表作。

山姆·基恩的写作特色非常鲜明，语言精彩生动，富有张力。读他的科普书，常会有读惊险小说一般的感觉。

精彩书摘

1. 位置决定命运

一说到元素周期表，大多数人都会想起高中时化学教室前面墙上挂着的表格，不对称的行行列列从老师的肩膀上冒出头来。那张表一般很大，1.8 米×1.2米左右，看起来气势凛然却又恰如其分，昭示出它在化学里的重要地位。9月初，全班同学就认识了这张表，直到次年5 月末，大家还在跟它打交道。而且，老师鼓励大家在考试的时候参考元素周期表，科学资料里这是独一份，讲义或教科书都不行。不过当然，也许你还记得一点儿元素周期表带来的挫败感：虽然你可以自由查阅这么大的一张“小抄”，可是真该死，它好像一点儿忙都帮不上你。

一方面，元素周期表看起来整洁精练，简直是科学界的德国工艺；另一方面，它又杂乱无章，到处都是长长的数字、莫名其妙的缩写，还有怎么看都像是电脑错误提示的东西（[Xe]6s24f15d1），面对这样的东西，你很难不感到焦虑。而且，虽然元素周期表显然与其他学科有联系，例如生物和物理，可我们却不清楚具体是什么联系。也许，对于许多学生而言，最强烈的挫败感在于，那些真正理解了元素周期表、弄明白了它的原理的人，居然能够从这么冷冰冰的呆板表格中解读出那么多的信息。色觉健全的人从颜色杂乱的点状图中看出来“7”或者“9”的时候，色盲感受到的一定也是相同的恼怒——关键的信息总是很狡猾，从不轻易自动现形。人们怀着复杂的心情，记住了这张表格，有迷恋，有喜爱，有遗憾，还有憎恨。

在介绍元素周期表之前，每个老师都应该先抹掉所有杂乱的内容，让学生只看空白的表格。

看起来像什么？有点儿像是一座城堡，主墙起伏不平，两头都有防御用的塔楼高高凸起，左边有一部分好像是皇家泥水匠还没砌完。表中有长短不一的18 个纵列，水平则有7 行，下面还有另外的2 行“着陆跑道”。城堡是用“砖”砌成的，有件事儿在表中没法一眼就看出来，但必须首先说明：砖的位置不能互换。每一块砖代表一种元素，或者说一种物质（目前，元素周期表由112 种已知元素和少量未知元素组成），如果有任何一块砖不在它应该待的位置上，整座城堡就会崩塌。这绝非夸张：如果科学家们突然发现某种元素应该待在另一个位置上，或者某两种元素的位置可以互换，那么周期表这座大厦就会轰然倒塌。

这座城堡还有一个建筑学特点：不同的区域采用不同的材料构建。也就是说，砖块的质地并不相同，它们的性质也各有差异。75% 的砖块是金属，这意味着大多数元素是冰冷的灰色固体，至少在人类习惯的温度下是这样的。东边的几列包括多种气体，但只有两种元素在室温下呈液态——汞和溴。在金属和气体之间，大致相当于肯塔基州在美国地图上的方位，这里是一些难以定义的元素，无定形的天性赋予了它们有趣的特质，比如说，它们能产生的酸味比化学品仓库里的强上无数倍。总而言之，如果每一块砖都由它所代表的材料制成，这座元素城堡就会变成一头奇美拉那样的怪兽，随着年代变化，它身上会长出新的器官和翅膀。或者宽容一点儿说，它是一座丹尼尔·里博斯金1式建筑——用看似矛盾的材料构成简洁优雅的整体。

城堡的蓝图要小心描画，因为某种元素在这张图里的位置几乎决定了它的全部科学意义。对于元素来说，位置即命运。事实上，现在你对这张表格的轮廓已经有了大概的印象，再给你一个更有用的比喻：元素周期表就像一张地图。现在我们再来加入一些细节，从东向西对它进行标定，无论是著名元素还是冷僻元素，都会被收纳进来。

首先，我们来看最右边的第18 列，这一组元素被称为高贵气体。“高贵”这个词儿古色古香，听起来很有趣，更像是个伦理学或哲学词语而不像是化学术语。事实上，“高贵气体”的说法可以追溯到西方哲学的起源地——古希腊。当时，希腊人留基伯和德谟克利特提出了“原子”的概念，后来他们的同胞柏拉图创造了“元素”一词（希腊文为stoicheia），作为不同的物质粒子的泛称。公元前400 年左右，在导师苏格拉底去世后，柏拉图为了自己的安全离开了雅典，此后多年他一直四处流浪，撰写哲学著作。柏拉图当然不知道每种元素的确切化学名称，不过他要是知道的话，肯定会将周期表最东边的这些元素当作至爱，尤其是氦。

在《会饮篇》中，谈及爱与欲的时候，柏拉图提出，每个存在都渴求找到让自己完满的东西，即自己失去的另一半。反映到人的身上，这样的渴求意味着激情与性，同时也意味着伴随激情与性而来的一切问题。此外，柏拉图在对话录中还强调说，比起那些碌碌营营、跟什么东西都有交互反应的事物来，抽象不变的事物从本质上说更为高尚。这解释了他为什么独爱几何学，那些理想的圆和立方体都只存在于我们的头脑里。对于数学以外的事物，柏拉图提出了“理型论”，他认为所有事物都是某种理想事物的投影。比如说，所有的树都是一棵理想的树不完美的复制品，它们渴求理想树完美的“本树”。同样，也有鱼和“本鱼”，甚至杯子和“本杯”。柏拉图相信，这些理型不仅是个理论，而且真实存在，虽然只存在于人类知觉无法触及的天堂世界。所以，当科学家开始在我们的真实世界里用氦召唤出理型时，如果柏拉图能够亲眼看见，他一定会和其他所有人一样深受震撼。

1911 年，一位荷兰- 德国裔科学家用液氦冷却汞时发现，当温度低于-268.9℃时，该系统的电阻会完全消失，变成一种理想导体。有点儿像是把你的iPod 冷却到零下几百摄氏度，然后你会发现，不管用多大音量放多长时间音乐，它的电池电量永远是满的，只要液氦一直让电路保持低温就行。1937年，一个俄罗斯与加拿大合作的小组用纯氦变了个更漂亮的魔术。当温度降低到-271.1℃时，氦会变成一种超流体，其黏度和流动阻力都是绝对的0——完美“本液体”。超流体氦无视重力，可以向上流动，翻越墙壁。当时，这样的发现让人瞠目结舌。科学家们经常假设摩擦力为0 之类的情况，可这只是为了简化计算。就连柏拉图都想不到，真的会有人找到他提出的理型。

氦也是“本元素”的最佳范例——任何常态的化学手段都无法破坏它或是改变它。从公元前400 年的希腊到公元1 800 年的欧洲，科学家们花了2 200 年时间，终于确认了元素到底是什么，因为大多数元素都太善变了。比如说碳，碳有数千种性质各异的化合物，要从这些化合物中发现碳的本质太困难了。举个例子，今天我们可以说二氧化碳不是一种元素，因为二氧化碳分子可以分解为碳和氧。但碳和氧是元素，因为你无法在不破坏它们的前提下将它们分成更小的单位。让我们回到《会饮篇》的话题，回到柏拉图关于迫切寻找丢失的另一半的理论，我们发现，几乎所有元素都会寻求与其他原子结合，这样的结合会掩盖元素的本性。甚至大多数“纯”元素在自然界中也是以多原子分子的形式存在的，例如空气中的氧分子（O2）。不过，自从科学家们了解了氦之后，他们了解其他元素的步伐很可能因此大大加快，因为氦从不与其他物质反应，只以“纯”元素的形式存在。

氦表现出这样的性质是有原因的。所有原子都包含带负电荷的电子，电子分布在原子内部不同的层上，或者说能级上。能级是环环相套的同心圆，每一层都需要确定数量的电子来填充才能得到满足。最内层的电子数为2，其他层电子数通常为8。元素里通常含有等量带负电的电子和带正电的质子，这样元素就呈电中性。不过，电子可以在原子之间自由交换，当原子得到或失去电子时，就会形成带电的离子。

有一点不可不知，非常重要：原子会尽可能地用自身的电子填满最里面、能量最低的层级，然后抛弃、分享或是偷取电子，来确保最外层的电子数正确无误。有的元素会光明正大地分享或是交换电子，而有的元素手段龌龊。可以用一句话来形容化学的这一面：当原子最外层电子数不足时，它们会争斗、交易、乞求、结盟、毁约，不择手段地追求正确的电子数。