原副标题:2019，是甚么年？ 许可Bokaro：基本原理 神学园纳夫县 基本上每两个生物化学生物医学的门上，都有两张原素周

原副标题:2019，是甚么年？

许可Bokaro：基本原理

神学园纳夫县

基本上每两个生物化学生物医学的门上，都有两张原素Ts。一般来说，他们将原素Ts的缔造归因于沙俄生物生理学家尤里·齐奥尔科夫斯基（Dimitri Mendeleev）。1869年，他将彼时未知的63种原素写在卡牌上，并依照生物化学和化学性质对它展开排序。为的是欢庆原素Ts问世150十周年，红十字国际性委员会正式宣布将2019年订为国际性生物化学原素Ts年。

齐奥尔科夫斯基并并非第二个缔造原素Ts的生物学家，在他以后，有许多人都曾试著对那些原素展开排序。比如，生物生理学家詹姆斯·惠勒（John Dalton）就曾企图为原素缔造两张表单和许多有意思的记号（但它没能广为流传）；詹姆斯·lussin（John Newlands）依照原素的特性对它展开进行分类。

○ 詹姆斯·惠勒的原素条目。| 相片作者：Wikimedia Commons

较之于他们，齐奥尔科夫斯基的天才少年是他在表单中留出了可能性，他意识到某些特定原素是缺失的，还有待被发现。在惠勒、lussin和他们列出未知的原素表上，齐奥尔科夫斯基为未知事物留出了空间。更令人惊讶的是，他准确地预测了缺失原素的性质。

○ 齐奥尔科夫斯基的原素Ts中含有缺失的原素。| 相片作者：Wikimedia Commons

注意到上面表单中的问号了吗？比如，在Al（铝）旁边有两个留给某种未知金属的空间。齐奥尔科夫斯基预言，它的原子质量为68，密度为每立方厘米6克，熔点很低。六年后，法国生物生理学家保罗·埃米尔·勒科克·德布瓦博德兰（Paul Émile Lecoq de Boisbaudran）分离出了镓（Ga），它的原子质量为69.7，密度为5.9 g/cm³，熔点很低，一旦碰到人的手就会融化成液体——齐奥尔科夫斯基留下的空缺被完美地填补了。对于钪（Sc）、锗（Ge）和锝（Tc），齐奥尔科夫斯基也做了同样的留白与猜测。但直到1937年，也就是他去世30年后，人们才发现了原素锝。

乍一看，齐奥尔科夫斯基的表单不太像他们熟悉的原素Ts。一方面，现代的Ts上有一堆齐奥尔科夫斯基忽略（以及没有留出空间）的原素，最显而易见的自然是惰性气体（如氦、氖、氩）。此外，这张表的排序方式也与现代版本不同，他们现在将原素排成列，然后按行排序。

○ 现代的原素Ts。| 相片作者：Wikimedia Commons

但是，一旦把齐奥尔科夫斯基的表单旋转90度，就能看出它与现代版本的相似之处了。比如，卤族原素——氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）和碘（I，齐奥尔科夫斯基表单中的记号J）——相继出现。如今，它被排序在原素Ts的第17列中，生物生理学家们更喜欢称其为第17族（第七主族VIIA ）。

Ts的实验

看上去，从齐奥尔科夫斯基的表单到熟悉的现代原素Ts，似乎只是两个小小的飞跃。但是，在齐奥尔科夫斯基的论文被发表多年之后，人们其实对原素的其他排序和分布展开了大量实验。在将齐奥尔科夫斯基的表单展开这次永久的90度翻转以后，就有人试著过许多古怪而奇妙的扭转了。

○ Theodor Benfey的螺旋Ts（1964）。| 相片作者：DePiep/Wikipedia

两个特别引人注目的例子是海因里希·鲍姆豪尔（Heinrich Baumhauer）于1870年发表的螺旋结构，它以氢原素为中心，原素随着原子质量增加呈螺旋式上升。每个轮辐（从中心到外围的直线）上的原素具有相同的特性，就像今天原素Ts中同一族的原素一样。还有亨利·巴塞特（Henry Basset）在1892年提出的相当奇怪的哑铃方案。

○ Heinrich Baumhauer的螺旋。| 相片作者：American Chemical Society.

然而，到了20世纪初，这张表单就慢慢定型成了他们今天所熟悉的这种水平布局，就像1905年海因里希·维尔纳（Heinrich Werner）设计的现代版本一样。稀有气体第一次出现在了表单最右的位置。维尔纳还借鉴齐奥尔科夫斯基的做法，在表单中留下了空白，不过他的猜测工作做得有些过头了。他猜有比氢更轻的原素，氢和氦之间还存在另一种原素——而这两者都不存在。

○ Heinrich Werner设计的原素Ts。| 相片作者：American Chemical Society.

尽管看起来这张表单和现代的非常相似了，但它仍然需要许多重新排序。特别有影响力的是Charles Janet的版本。他采用物理学家的方法，利用新发现的量子理论，建立了两个基于电子构型的布局。由此产生的阶梯表单仍然受到许多物理学家的青睐。有意思的是，Janet为直到120号的原素都提供了空间，尽管彼时未知的原素只有92个（即便现在他们才只知道118个）。

○ Charles Janet的阶梯的原素Ts。| 相片作者：Wikipedia, CC BY-SA

现代的原素Ts实际上是Janet版本的直接演变。碱金属（以锂为首的第一主族原素）和碱土金属（以铍为首的第二主族原素）从最右边被移到了最左边，形成了两个非常宽的原素Ts。这种布局的问题是，它不能很好地适应页面或海报，主要是出于美学原因，f-区原素（指原子壳层最外层电子占据f-轨道，也就是镧系和锕系原素）一般来说被剪切下来，放到主表下面。这就是原素Ts演变到今天他们熟悉的样子的历程。

人们并未停止试著修改Ts的布局，这一般来说是为的是突出在传统表单中并不明显的原素之间的相关性。Ts有数百种不同的样子（可以查阅Mark Leach的数据库），其中螺旋状和3D版本尤为流行，更不要说许多带着玩笑意味的变体了。比如，Mark Lorch把齐奥尔科夫斯基的表单和亨利·贝克的伦敦地铁地图这两个标志性的图形融合在一起：

○ 原素的地铁线路图。| Mark Lorch

或者，那些旨在为从啤酒到迪斯尼卡通人物的一切事物的进行分类赋予一种科学感的眼花缭乱的模仿，以及我特别喜欢的非理性废话：

○ 非理性废话Ts，包含灵媒，外星，隐匿动物学，超常/超自然，宗教，伪科学，心灵感应，占卜，恶作剧、欺诈和否认，替代医学。| 相片作者：Crispian Jago

所有那些都表明，原素Ts早已成为科学的标志性记号。

撰文：Mark Lorch

原文副标题为The periodic table is 150 – but it could have looked very different，首发于2019年1月2日的The Conversation。原文链接：https://theconversation.com/the-periodic-table-is-150-but-it-could-have-looked-very-different-106899。中文内容仅供参考，略有增删，一切内容以英文原版为准。