元素有序 萬物無窮

王純

在20世紀90年代，清華大學校園發生了一起嚴重鉈中毒事件，化學系才女朱令因此毀掉了本該屬于她的燦爛美好人生。今年11月24日是朱令46歲的生日，這個被叫作“鉈”的化學元素再次引起討論。

“氫氦鋰鈹硼，碳氮氧氟氖，鈉鎂鋁硅磷……”這些化學元素承載著我們熟悉的那段中學記憶。提起化學周期表，人們會想到俄國化學家迪米特里·門捷列夫。1869年，35歲的門捷列夫將當時已知的63種元素寫下來，并根據化學和物理性質將它們進行排列，為預測的未知元素留下空白位置，這就是著名的元素周期表。今年是聯合國確定的“國際化學元素周期表年”，也是元素周期表“誕生”150周年。

科學家說“化學是一切生命的基礎”，化學元素曾經帶給人類災難，也曾造福于人類。元素周期表可謂是化學研究歷史上最重要的一份研究成果，世間所有元素之間的規律簡單明了地躍然紙上。在過去的150年當中，化學給我們的生活帶來巨大的改變。

元素代言人講述“硫故事”

目前在化學元素周期表中總共有118個元素。為了讓更多的人了解化學元素，世界著名的化學組織——國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）在全世界范圍內征募了118位青年化學家，這118個人分別對應著118種元素，每一位科學家為其中的一種元素代言。中國共有三位青年化學家入選，華東師范大學姜雪峰教授成為硫元素的“代言人”。

“我最初和很多人一樣挺‘害怕硫的，因為它有著很臭的氣味兒。天然氣的主要成分甲烷本身是沒有味兒的，但因為添加了硫就聞起來很臭。舉例來說，在500億個空氣分子里面只要含有一個甲硫醇分子，我們的嗅覺器官就能感覺出來臭味兒，所以硫不僅僅臭，而且有些分子甚至具有極臭惡臭。”姜雪峰說，硫元素排在元素周期表的第三周期第六主族，有著一些獨特的性質與功能，火藥中的三大成分之一就是硫磺，在《圣經》中它有一個更有意思的名字叫“燃燒的石頭”，因為硫磺是可以燃燒的。

硫元素是由近代化學之父、法國化學家拉瓦錫發現的，當時他在研究各種氣體組分的時候，在對一種黃色的物質進行燃燒之后，需要封閉稱量體系，此時突然發現這個體系增重了，于是他意識到這種黃色的物質一定是和空氣中的氧氣進行了結合，他確定了這種黃色東西應該是一個元素，這就是硫元素的由來。

雖然硫元素直到1777年才被拉瓦錫發現，但在我國最古老的煉丹著作、東漢時期魏伯陽所著的《周易參同契》中，就已經有了硫化汞的制備記載。到公元前七世紀的時候，我們已經可以用硫磺制造出火藥，使之成為國人引以為自豪的中國古代四大發明之一。

1746年之后進入近代硫化學時期，出現了鉛室硫酸制造，其實現代化學工業絕大多數都是基于酸和堿的反應，酸和堿的大量生產極大地推動了現代化學工業的進程。如今硫化學已經廣泛涉及光電材料、藥物、食品等眾多國計民生領域。

硫在生命當中扮演了非常重要的角色，生物體內的DNA、RNA、蛋白質通過硫的作用進行信號傳導和遺傳復制。美國化學會藥物期刊《藥物化學》中報道的2016年美國銷售額前200名的藥品中，含硫藥物就達33種。硫在藥物中，對藥溶可調性、代謝可控性、分子識別多樣性等都發揮著重要的作用。普通常見藥物當中也有很多含硫的成分，像大家所熟知的抗菌消炎藥物青霉素、頭孢，胃炎藥物奧美拉唑等。

人類生存基于資源，世界上發生的許多紛爭都與資源有關，資源決定一個國家的實力和發展原動力。從硫的擁有量來看，美國占到13%，中國占11%，加拿大占10%，俄羅斯占9%。由此可見，我國是含硫大國，我們有條件也有責任去大力發展硫化學。

那些化學元素的背后

在談到元素周期律的發展史時，北京大學化學與分子工程學院副研究員蔣尚達總結道：“理論必須由實驗驗證，實驗必須可被理論預測。實際上門捷列夫正是在總結前人規律的基礎上作出了重大創新才提出首張元素周期表，并且預測了12種當時尚未發現的元素。”

化學家是需要勇氣的，很多時候他們為了解決難題，為了證明自己的設想，需將自身安全置之度外，甚至要冒著生命風險。波蘭化學家居里夫人因長期從事放射性物質的研究工作，加上惡劣的實驗環境和對身體保護的不夠嚴格，時常受到放射性元素的侵襲，她的血液漸漸受到了破壞，患上了白血病;瑞典化學家諾貝爾為了研制硅藻土甘油炸藥，險些在火海中喪生;氯元素的確認者、英國化學家戴維曾經在制備三氯化氮的實驗中傷了自己的眼睛。

在化學元素史上，參加人數最多、危險最大、最艱難的研究課題之一便是氟元素的發現。自1768年德國化學家馬格拉夫發現氫氟酸以后，到1886年法國化學家莫瓦桑制得單質的氟，歷時118年之久。在這當中不少化學家損害了健康，甚至獻出了生命，可以說是一段極其悲壯的化學元素史。在那118年的時間里，雖然那么多化學家的努力都沒有制得單質氟，但他們的經驗和教訓都是極為寶貴的，為后來莫瓦桑成功制取單質氟奠定了基礎。

今天我們紀念門捷列夫的元素周期律，就是因為在他發現這個周期律之后，才算有了真正意義上的化學，因此其意義深遠。但可惜的是，這么重要的發現居然陰差陽錯地沒有獲得諾貝爾獎。門捷列夫在1906年的時候被提名為諾貝爾化學獎得主，但最終法國化學家莫瓦桑因在1886年制取了單質氟而獲得1906年度的諾貝爾化學獎。

說到元素周期表，不得不提到張青蓮院士。一直以來，在我們中學化學課本的最后一頁都會附上一張元素周期表，上寫“本元素周期表，由北京大學化學與分子工程學院張青蓮教授提供”。他是中國穩定同位素學科的奠基人和開拓者，20世紀90年代，他所測定的銦原子量被采用為國際新標準，這是國際上第一次采用中國測定的原子量數據作為標準數據。

探求科學的腳步永不停歇

人類對元素周期規律的探求從未停止，從遠古時代到1869年元素周期表誕生，再到150年后的今天;從63種到今天的118種化學元素。在這個追求的過程中元素周期律一直都影響著我們的吃穿住行，化學元素還會更多地改變我們的未來。

有這樣一句話：所有的生物學家本質上是一個化學家，所有的化學家本質上是個物理學家，所有的物理學家本質上是個數學家，所有的數學家本質上是個哲學家，所有的哲學家本質上是個生物學家。其實所有的這些學科，拿到的博士學位都叫作PhD，Ph就是Philosophy（哲學），因此這些學科的博士，本質上都是哲學博士。我們生活中每一天的點點滴滴都離不開化學，社會科技進步中化學研究也起到十分關鍵的作用。無論元素周期表是否被發現，化學元素的規律就在那里，未曾改變，只是在這個規律的指導之下，我們可以對化學進行更系統地研究，取得更多突破。

正值化學元素周期表問世150周年，紀念元素周期表的發現，也是紀念并感恩現代化學發展為我們社會作出的貢獻。