元素周期律的音樂魅力

李啟翔

如果說前面多彩的化學世界帶給你強烈的視覺沖擊，那接下來就請欣賞一場與美有關的音樂宴會吧。提到元素周期表，不少人腦海里出現的都是那個方方正正的表格，里面填滿了各式各樣的元素，標示著一些奇奇怪怪的數據。但是如果有人說，元素周期律和音樂還有著不解之緣的話，你一定會奇怪是怎樣把元素周期律和音樂扯上關系的。

元素周期律的起源：與音律的不解之緣

每每提起元素周期律的發現，我們討論最多的都是俄國化學家門捷列夫。但是回顧元素周期律發現史，門捷列夫更像一位站在對方禁區里的前鋒，接到來自諸多其他科學家互相傳遞的足球，臨門一腳獲得了最終對于元素周期律的發現。而在這些科學家中，離球門最近的莫過于英國科學家約翰·亞歷山大·雷納·紐蘭茲（John Alexander Reina Newlands）。

紐蘭茲生于倫敦，1856年加入英國皇家化學學院。作為第一個設計按相對原子質量排列化學元素周期表的人，他在1864至1865年間撰寫了一連串的論文，描述了他自己的一套元素歸類方式：八音律。

紐蘭茲“八音律”的提出，是受到了當時德國化學家德貝萊納的“三元素組”的啟發。他將已知的61種元素按照當時的相對原子質量的遞增順序排列，發現每八個元素便出現性質相似的元素，如同音樂中的音階“八度”一樣。在此基礎上，紐蘭茲提出了“周期性”的變化規律，即元素隨著一定規律排列后，其性質會出現相似性或遞變規律。

可潛的是，紐蘭茲這個想法當時未被人們接受，甚至遭到了很多科學界同行的嘲諷，英國皇家化學會也拒絕發表他的論文。直到多年后，門捷列夫因為發現元素周期律而獲得英國皇家學會頒發的戴維獎之后，紐蘭茲的發現才最終被認可，但卻早已失去了成為元素周期律發現第一人的機會。

紐蘭茲的“元素八音律”周期表，其中許多元素的相對原子質量和現在不一樣，而且其行和列與現行周期表相反。

八度

Octave，亦稱為Perfect octave，是音程的一種，它的組成是由2個相同音名但來自不同音域所組成。兩音的距離為12個半音，而頻率的比例是2：1，換而言之，較高音的頻率為較低音的兩倍。

元素周期律的特色：主題旋律的重現

元素周期律和元素周期表最美妙的地方在于，處處都透露著造物者的設計感。在門捷列夫提出的元素周期表的基礎上，后人又將副族元素、稀有氣體、鑭系錒系元素補充進表格，最終形成了現在使用較為廣泛的長式周期表。

從這樣一張周期表里，不止可以獲得每一種元素本身的原子序數、價電子排布、相對原子質量等多種原子結構屬性，還能找到各個元素主要化合價、原子半徑的變化規律，更能得到非金屬、金屬元素各自活潑性的比較順序。

在這樣一張簡單的表格里，我們可以看到元素性質從量變到質變的變化，可以看到元素性質螺旋式、周期性向前發展。而在各種樂曲中，這樣的循環、周期的旋律反復出現，也是經常使用的編曲方式之一。

拿著名的《C小調第五交響曲》（Symphony No.5in Cminor，Op.67）為例，開頭部分的“短-短-短-長”的四音符節奏，有時被認為是命運的象征，而這一段旋律反復在樂曲中出現并強化，在后三個樂章中均有體現，起到了貫穿全曲，使之渾然一體的作用。

元素周期律的魅力——變奏中的不規律之美

規律對化學很重要，但不規律更是迷人之處。現實永遠不是理論所能完全預想的，例如在元素周期表的循環規律中，其實有著那么一些并不那么規律的插曲在其中，豐富了整個元素周期表的特色。

在元素周期表的第二周期中，存在著一些特殊的不規則的特殊原則。比如同為堿金屬族的氫氧化物，氫氧化鋰的溶解性與其他堿金屬族氫氧化物的溶解性完全不同;又比如鈹元素和其他本主族元素有著完全不同的性質：“兩性”。

另一方面，早期的元素周期表都是按照元素的相對原子質量遞增來排列的。直到科學家在對于各種元素的相對原子質量進行準確測定后發現，所有元素的相對原子質量并沒有按照簡單的原子序數增加而變化。比如氬元素的相對原子質量是39.95，而原子序數在它之后的鉀只有39.10。這樣的主題旋律在不斷重復的過程中，會有不同程度的變化，也是音樂作品常使用的技能。

又回到了《C小調第五交響風》前文中提到的四音符節奏在不斷重復的過程中，但是在后續樂曲中，不同的樂器，不同的音高的調整，都豐富了樂曲主要旋律的特點。而同樣的規律變化中的不規律調整，也幫助科學家對于元素周期的元素性質有了跟進一步的認識。