〈元素的世界〉從大廈認識元素週期表

劉公典 2021/07/04 13:56 點閱 4360 次

化學元素是構成宇宙的基本材料,目前已經發現的元素一共有118個,比梁山好漢還多了10個。我們可以想像這118個元素,都住在一棟高7層樓的連棟建築中。大廈的名字就叫『週期表』,是蘇俄化學家門得列夫設計建造,1869年竣工。在大廈剛落成時,本只住了63戶人家。但歷經150年,陸續又搬入許多住戶,目前已經全部住好住滿。

想像元素表的大樓

2016年才剛搬入,來自日本、蘇俄及美國的4家住戶,姓氏分別是『鉨(nihonium,符號Nh)』、『鏌(moscovium,符號Mc)』、『石田(tennessine,符號Ts)』和『气奧(oganesson,符號Og)』。因為才剛來,跟大家不熟,不太了解他們的脾氣(性質)和職業(應用)。

先說大廈取名曰『週期表』,其實是有『週而復始』的深層含義。118個元素的門牌號碼由左到右,分別是1號~18號。說他們『週而復始』是因為只要住在同一棟樓的房客,舉止行為和脾氣都很接近,可以歸類成同一族群。而且,大廈還分為4個區塊,這和住戶身上攜帶電子的數目及電子的s、p、d、f排列方式有關。因為外圍電子和血型一樣決定元素的化學個性。

同區域性格相似

比如說,住在1號從上(頂樓)到1樓的氫、鋰、鈉、鉀、銣、銫、鍅,會丟掉1個電子成為正一價陽離子,因此個性喜好四處旅行。住在2號的住戶習慣丟掉2個電子成為正二價陽離子,但比較穩重,尤其是遇到那些硫、碳、鹵氏美女,就想結婚定居。

而住在最後一棟18號的族群個性內向,是標準的宅男和宅女,不喜歡社交,通常獨來獨往,不過他們的職業,可是犧牲自己照亮別人,從事像燈泡、螢光、氣體放電和雷射業的製造業。

同門兄弟是同位素

為什麼前面要說『住戶』?這是因為每一戶豪宅都住著許多同門兄弟,稱為『同位素』,每個元素都有許多同位素,但同門兄弟的質子數(Z,又叫原子序)一樣。1號頂樓住戶『氫氏』有3兄弟叫氫、氘、氚(拜日本核廢水事件之賜,我們都認識他們)。

但是其他家的兄弟都只用數字代替名字,比如氧-16、氧-17、氧-18。整棟大廈中兄弟最多的是『錫氏』,有71個小孩,而且因為質子數目超級夢幻,所以穩定同位素也有10個。『錫氏』家最為人津津樂道的故事,是曾經讓拿破崙在莫斯科被打趴,鼻青臉腫逃回法國。

d區居民是「貴族」

在s、p、d、f區塊中,外表最光鮮亮麗的首推d區住戶。自古以來看到各種瓷器、壁畫的色彩,大多來自d族住戶。他們的門牌號碼是3號~12號。尤其是住在愈中間的人色彩愈豐富。這是因為d族元素有很多電子或空軌域,可以進行電子共振或跳耀。d族元素還有一個特色,就是有許多價值不菲,像是金、銀、鉑、鈀的貴族。

害羞的f區住戶躲在d區後面,是2群很團結的14胞胎兄弟。住在地下1樓是『鑭氏』和地下2樓是『錒氏』。鑭氏家族從事半導體工作;而錒氏家族有幾位則在核能電廠和神秘的國防部上班。

新住戶『鏌』受矚目

2016年才剛搬入的4批住戶中,有一戶神秘客早在入住之前,便廣泛引起側目。是住在15號1樓的元素『鏌』。他是科學家利用加速到0.1倍光速的鈣-48原子核撞擊鋂-243,產生核融合後所生下的小孩。

江湖盛傳『鏌』具有反重力場特異功能,這與2013年諾貝爾物理學獎得主希格斯的希格斯力場有關。不過,想要看到『鏌』表演反重力秀,必須等科學家先找到『鏌』隱居在『穩定島』上的兄弟才行。(諾貝爾化學獎得主西博格在1960年代後期發明『穩定島(island of stability)』一詞)。

還有其他元素嗎?科學家都相信有。不過既然s、p、d、f區塊都已經住好住滿,新的元素勢必需要新的原子核組成與電子軌域運轉組態。

有些科學家預測,已經住了150年的門得列夫大廈或許必須因此進行都更重建才行。

註:目前『石田』和『气奧』二字待造。