2019年1月4日 星期五

美麗的元素以及它們的產地






  這本《看得到的化學──美麗的元素:最美的第一堂化學課,讓你反覆翻閱、讚嘆欣賞的化學元素圖鑑》(学研の図鑑 新版 美しい元素)讓我回想起中學和大學時,充滿好奇心的在化學實驗室裡上課的美好時光。化學元素反應產生的神奇變化,真是叫人目瞪口呆。

  我們放眼所及的萬事萬物,無不由各種最基本的化學元素構成。化學元素之間鍵結的可能性,如天文數字般的數量,可能比宇宙所有的原子數都還多很多。

  俄國科學家門得列夫在19世紀末,綜合科學家們的苦心研究,從看似雜亂無章的元素性質中,摸索出精妙無比的規律,製作出世界上第一份元素週期表──就是在化學教科書和實驗室中常見的元素週期表。他把化學元素按原子量的大小排序的同時,還把原子價相似的元素上下排成縱列,並據此預見了12種尚未發現的元素。

  化學元素的差異在質子數。科學極富魅力,門得列夫一旦製作出元素週期表,就立刻展現出強大的預測力,讓科學家能按圖索驥的進行更多研究。就像一位原本用古地圖到叢林尋寶的探險家,找到的第一個寶物居然是高精確度的GPS,就像如虎添翼、如有神助。化學知識於是在過去百年有了爆炸性的成長,還深遠的影響近代物理學的發展。

  即使沒有化學元素週期表,中西方的老祖宗也早已發現許多元素及化合物的多種用途,讓人類從石器時代演進至銅器乃至鐵器時代。人類之所以能如此不斷提升物質文明,是因為我們能高效的累積知識。然而,現代科學的濫觴,讓我們能更高效的發現元素的各種性質,並且合成各種化合物,使用在五花八門乃至千奇百怪的用途上。

  有了元素週期表,科學家已無法滿足自然界已存在的化學元素研究,利用科學理論的計算和推導,科學家利用最頂尖、最先進的科學儀器設備,居然還能透過將兩種元素高速撞擊的方法,增大自然存在的元素原子核的質子數,達到增大原子序數的目的,於是製造出新的人工合成元素。

  這種「逆天」的行為,迄今已製造出二十幾種人工合成元素,儘管它們均是半衰期,從幾年到只有數毫秒的不穩定放射性元素。不管存在時間有多短,科學家也都能突破極限,偵測到並研究它們的性質;有些在自然界中存量極其稀少的化學元素,科學家也能透過人工合成的方式產生,並且為它們找到合適的用途。

  這本書用圖文並茂的方式,深入淺出的解說化學元素的主要知識,並讓我們同時見識到自然和科學之美。書中列舉的許多化學元素及它們的化合物等用途,雖然僅是所有人類科技知識的冰山一角而已,但足以讓人目眩神迷。真是感恩化學元素、讚嘆化學元素!


  本文為《看得到的化學──美麗的元素:最美的第一堂化學課,讓你反覆翻閱、讚嘆欣賞的化學元素圖鑑》(学研の図鑑 新版 美しい元素)推薦序

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