元素城堡週期表
撰文/高憲章、科學少年編輯部
週期表就像一座奇特城堡,每個房間住著不同的元素。
房間的安排暗藏玄機,元素也各異其趣。
在週期表出現滿150週年的今天,一起來認識它吧!
在我們的生活中,每天都會碰到好多不一樣的東西,像是食物、汽車、門窗,還有每天都要看的《科學少年》雜誌等等。你知道這些東西是什麼做的嗎?舉例來說,雜誌的紙是紙漿做的,紙漿的主要成分是木頭,而木頭主要又由碳、氫、氧所組成。那碳、氫、氧還能再分解嗎?通常不行,它們是構成這個世界的基本組成,稱為「元素」。目前已知的元素有118種,這些元素不論是密度還是各種物理化學特性都不相同,也因此才有豐富多元的全世界。
有趣的是,儘管每個元素都不一樣,有些元素卻有著相似的性質,在一兩百年前,這個問題深深困擾著當時的科學家。經過一番努力,終於在150年前,由俄國科學家門得列夫找出元素之間的規律,發明了「元素週期表」。它是一張形狀特殊的表格,並不像一般表格一樣方方正正,而像是左右各有一座尖塔、中間用長廊連接成的「城堡」;城堡裡有許多「房間」,每個房間裡住著一種元素,而房間安排的方式和元素的性質息息相關。
週期表的出現對化學的發展有重大的影響,也因此它出現150週年的今年,被訂為「國際元素週期表年」。今年正是認識週期表的好時機,想知道它是怎麼來的,以及其中的元素各有什麼樣的特性嗎?如果你是元素,又該是哪一種?跟著《科學少年》一起進入這座城堡,探索週期表的奧祕吧!
認識元素城堡
在正式進入元素城堡之前,我們先來看看什麼是元素。
元素的概念很早以前就已經出現了,回到2000多年前的古希臘,哲學家恩培多克勒提出了「四元素論」,認為世界萬物都是由土、氣、火、水四種元素構成;亞里斯多德進一步提出五大元素,認為地球上的萬物是由恩培多克勒的四元素組成,地球以外的日月星辰,則由第五元素「以太」構成。
後來到了鍊金術盛行的時代,知名鍊金術師賈貝爾提出了二元素理論,認為所有金屬都是由硫、水銀所形成,其後的煉金術師又加入「鹽」,稱為「神聖三元素」。術士們花了大把的時間氣力,想把普通的金屬變成黃金,但卻始終不成功。
由此可知,人們認為元素是萬物的根本,但對於元素究竟是什麼,卻是一知半解。即使是知名的科學家牛頓、波以耳,也都曾著迷於鍊金術。但也由於對鍊金術的研究,才使得人們愈來愈清楚元素是什麼。1661年,波以耳終於對元素提出明確的定義。他認為元素是一種純粹、簡單、最基本的物體,不能從別的物體混合而來,也不能彼此轉換;「任何無法再分解為更簡單物質的物質,就是元素。」而且元素不僅僅三種或四種,而有更多。