[科普中國]-這群大佬坐在一起開會 討論的都是影響人類的大事

這群大佬坐在一起開會 討論的都是影響人類的大事

****制作：顏飛（中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所）

時間：公元2019年

地點：中國科學(xué)院科幻禮堂

事件：熱烈慶祝元素周期表誕辰150周年曁國際化學(xué)元素周期表年

主持人：“各位來賓大家晚上好！2019年是元素周期表誕辰150周年，為了銘記這一重要的歷史時刻，聯(lián)合國已將2019年定為國際化學(xué)元素周期表年。今天我們相聚在此，一起回顧元素家族走過的一個半世紀(jì)的輝煌歷程?！保ㄅ_下掌聲雷動）

主持人：“現(xiàn)在有請我們的壽星們，相信他們的名字在座的每一位學(xué)子都能脫口而出，他們是氫氦鋰鈹硼碳氮氧氟氖……”（在臺下異口同聲的呼喚下，各位壽星依次走上了主席臺）

主持人：“最后讓我們有請今天的特別嘉賓——門捷列夫老先生！（門捷列夫從觀眾席中央站起來向大家致意，臺下又是一片掌聲和歡呼）

主持人：“今天的活動分為三個部分——回憶過去，肯定現(xiàn)在，暢想未來。”

第一個環(huán)節(jié)：回憶過去

主持人：“門捷列夫先生，您是元素周期表的創(chuàng)始人，講述元素周期表發(fā)展史的任務(wù)自然也非您莫屬了?！?/p>

門捷列夫：“謝謝，不過首先我要糾正一下，嚴(yán)格上講我并不是元素周期表的創(chuàng)始人。早在1789年，拉瓦錫就在《化學(xué)大綱》中發(fā)表了人類歷史上第一張****《元素表》****， 雖然當(dāng)時這張表中只有23種元素?！薄?/p>

“1829年，元素種類上升到54種，天才德貝萊納提出了元素的三元素組規(guī)則即 ‘三個化學(xué)性質(zhì)相似的元素組成一組，居中的元素的原子量，近似于左右兩端元素原子量的平均值’?！?/p>

“1850年，培頓科弗進一步提出，性質(zhì)相似的元素并不一定只有三個，并且性質(zhì)相似的元素的原子量之差往往為8的倍數(shù)?！?/p>

“1862年，化學(xué)家尚古多將當(dāng)時已知的元素，按各元素原子量的大小排序，標(biāo)注在繞著圓柱上升的螺旋線上?；瘜W(xué)性質(zhì)相似的元素，巧合地排列在同一條母線上，而由此創(chuàng)立了****《螺旋圖》**。1863年，歐德林發(fā)表了《原子量和元素符號表》**，其中共列出49個元素，并留有9個空位?！?/p>

“1865年，德國化學(xué)家邁爾和英國化學(xué)家紐蘭茲在獨立的研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)元素按原子量遞增的順序排列起來時，每隔8個元素，元素的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)就會重復(fù)出現(xiàn)，被稱為元素的八音律?！?/p>

“到了1869年，我（門捷列夫）站在巨人肩膀上的幸運兒，在多年研究的基礎(chǔ)上，最后發(fā)現(xiàn)了元素周期規(guī)律，并依此制定了元素周期表。”

主持人：“大自然真是神奇，組成世間萬物的元素竟然也遵循著周期規(guī)律，您可以簡單介紹一下這種規(guī)律嗎？”

門捷列夫：“大家請看我手中的這張化學(xué)元素周期表：元素周期表共有7個橫行，18個縱列，共1182格。其中每一格有一種元素，均標(biāo)有元素名稱、化學(xué)符號、原子序數(shù)以及相對原子質(zhì)量。

（圖片來源：https:// www.chemsoc.org.cn）

元素周期表有兩點基本規(guī)律：

1. 周期：將電子層數(shù)相同的元素，按照原子序數(shù)遞增的順序排成橫行，稱為周期。

元素周期表有7個橫行，即七個周期。周期序數(shù)等于該周期元素的原子具有的電子層數(shù)。例如：“鈉”位于第三周期，而鈉原子的電子層數(shù)恰好為3.

2. 族：**將最外層電子數(shù)相同的元素，按照電子層數(shù)遞增的順序排成縱行，稱為族。**元素周期表有18個縱行，共16個族。最外層電子數(shù)等于主族數(shù)。除第8、9、10三個縱行叫作第Ⅷ族外，其余15個縱行，每個縱行稱作一族。

主持人：“當(dāng)年您在元素周期表中留有11個空位，這是為什么呢？”

門捷列夫：“1869年已知的元素有63種，但根據(jù)元素間的規(guī)律推測，地球上還應(yīng)該有許多未發(fā)現(xiàn)的元素，這些位置就是為未來的家族成員準(zhǔn)備的哇?！?/p>

鍆（Md）：“沒錯，1955年我被人類發(fā)現(xiàn)，并命名為Mendelevium，以此來紀(jì)念門捷列夫（Dmitri Mendeleev）?！?/p>

主持人：“看來我們的元素壽星也按耐不住了，現(xiàn)在有請幾位元素代表來講一下它們的故事吧！

鈉（Na）：“我是堿金屬的代表，堿金屬的性質(zhì)遵循元素周期律。堿金屬物理性質(zhì)相似，除銫外均為銀白色，都較軟，密度都較小，熔點都較低；堿金屬的性質(zhì)具有遞變性，從上到下密度增大(K除外)， 沸點降低，熔點降低?！?/p>

（圖片來源：作者自制）

氯(Cl)：**“**我是鹵族元素的代表，鹵族元素的性質(zhì)也遵循元素周期律。鹵族元素的單質(zhì)隨電子層數(shù)增多，顏色逐漸加深，密度逐漸變大，熔沸點逐漸升高?！?/p>

（圖片來源：作者自制）

主持人：“看來元素周期表揭示了元素之間的規(guī)律，反映了元素性質(zhì)與它的原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，極大方便了人類對元素的研究和應(yīng)用。那我們來看一看元素在我們現(xiàn)實生活中所扮演的角色吧！”

第二個環(huán)節(jié)：肯定當(dāng)下

主持人：“下面有請我們的元素壽星代表們來做一下自我介紹?！?/p>

****鐳(Ra)：****我是一種具有強放射性的金屬元素，1898年12月由居里夫人發(fā)現(xiàn)并命名。由于鐳元素射線具有殺滅細胞的功效，目前常在臨床研究中用于癌癥治療。

****氮(N)：****我是空氣中含量最多的的非金屬元素。氮的化合物一氧化二氮是一種有甜味的氣體，俗稱“笑氣”。 1799年由英國化學(xué)家漢弗萊·戴維發(fā)現(xiàn)這種氣體有輕微麻醉作用，目前常在手術(shù)中作為麻醉劑使用。

錳(Mn)：我是一種過渡金屬元素，1774年，甘恩分離出了金屬錳。在鋼中加入13%以上的錳，制成的高錳鋼，具有堅硬和韌性的良好性能。目前常用于屋頂、鋼盔、坦克裝甲的制造。

氖(Ne)：氖氣是一種無色的稀有氣體。1898年英國化學(xué)家****威廉·拉姆塞發(fā)現(xiàn)并命名了氖。氖燈射出的紅光，在空氣里透射力很強。因此氖燈常用于機場、港口交通的燈標(biāo)上。

****锝(Tc)：****我是一種人造元素，由于锝的所有同位素都是放射性的，在漫長的演變過程中，所有的锝都已經(jīng)衰變。1937年，美國物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·勞倫斯，使用回旋加速器加速，去“轟擊” 42號元素鉬，找到了這種元素。 锝99m，是一種锝的半衰期極短的不穩(wěn)定同位素，廣泛應(yīng)用于核醫(yī)學(xué)臨床診斷。

主持人：“ 元素周期律的發(fā)現(xiàn)加速了人類對元素的研究和應(yīng)用，目前化學(xué)元素已經(jīng)使我們的生產(chǎn)和生活發(fā)生了翻天覆地的變化。那么在未來，元素周期律又會為人類文明作出怎么樣的貢獻呢？”

第三個環(huán)節(jié)：暢想未來

****埃德溫·麥克米倫，著名化學(xué)家，美國加州大學(xué)伯克利分校物理學(xué)教授，因領(lǐng)導(dǎo)發(fā)現(xiàn)多種化學(xué)元素于1951年同伯克利同事西博格共同獲得諾貝爾化學(xué)獎。

**埃德溫·麥克米倫：“1951年，我作為“超鈾元素”**的發(fā)現(xiàn)者之一獲得了諾貝爾化學(xué)獎的殊榮。原子序數(shù)大于92（鈾U元素）的元素統(tǒng)稱超鈾元素，大多都是由人工核反應(yīng)發(fā)現(xiàn)和制取的。

超鈾元素具有良好的應(yīng)用前景，例如钚(Pu)作為核燃料，可以應(yīng)用于核電站動力堆，將對緩解溫室效應(yīng)和能源危機做出重要貢獻。镅(Am)在臨床醫(yī)學(xué)中用于甲狀腺的熒光掃描，避免了核素注射帶來的危害?！?/p>

朱鐵軍，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，近期制成了高純度的鈮鈷銻合金，糾正了材料界長久以來的一個認(rèn)識誤區(qū)——1:1:1的鈮鈷銻合金并不存在！

朱鐵軍：“我所在的實驗室于2018年制成了高純度的鈮鈷銻合金（NbCoSb），是材料史上的一個重大突破。

鈮鈷銻合金具有半導(dǎo)體特性，表現(xiàn)出良好的熱電性能，機械性和穩(wěn)定性，是優(yōu)質(zhì)的熱電材料，有望成為未來外太空探測器發(fā)電的新材料?！?/p>

****戴維·李，美國物理學(xué)家，由于對氦-3（He-3）超流性的發(fā)現(xiàn)，于1996年同 羅伯特.里查森 、道格拉斯.奧謝羅夫 , 共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

****戴維·李：“由于對氦-3研究的貢獻，我和另外兩位美國物理學(xué)家共享了1996年度的諾貝爾物理學(xué)獎。

氦-3是一種廉價、清潔、高效的核聚變發(fā)電燃料，但在地球上的蘊藏量很少。不過目前人類已探明月球上蘊藏豐富的氦-3資源，探月工程將對氦-3的含量和分布做進一步勘察，人類開采并利用月球資源的時代即將到來?！?/p>

主持人：“三位科學(xué)家分別從人工合成元素、合成材料和地外元素三個方面暢想了元素的未來應(yīng)用，真是令我們大開眼界?！?/p>

主持人結(jié)束語：“在座的各位中科院學(xué)子們，今天我們相聚科幻大講堂，共同探討了元素家族的昨天今天和明天。無數(shù)科學(xué)家前輩們鞠躬盡瘁才有了今天繁榮昌盛的元素大家族，相信在未來，各位學(xué)子可以使元素家族綻放出更多新的光芒！”

參考資料：

[1] Reimann C， Caritat P D.Chemical Elements in the Environment[M]// Chemical elements in the environment:. 1998.

[2] Alpher R A. The origin of chemicalelements.[J]. Journal.washington Academy of Sciences Washington D.c， 1948， 38(8):288.

[3] Reimann C， Caritat P D. Chemicalelements in the environment: factsheets for the geochemist and environmentalscientist.[J]. 1998.

[4] Goldschmidt V M. The principles of distributionof chemical elements in minerals and rocks. The seventh Hugo Müller Lecture， delivered before the Chemical Society on March 17th， 1937[J]. Journal of the Chemical Society，1937， 102(19):655-673.

[5] Sidwick N V. The chemical elements and theircompounds /[M]. 1950.

[6] Yaroshevsky A A. Abundances of chemicalelements in the Earth’s crust[J]. Geochemistry International， 2006， 44(1):48-55.

[7] Huang L， Ran H， Chen S， et al. A new n-type half-Heuslerthermoelectric material NbCoSb[J]. Materials Research Bulletin， 2015， 70:773-778.