元素城堡週期表

在我們的生活中，每天都會碰到好多不一樣的東西，像是食物、汽車、門窗，還有每天都要看的《科學少年》雜誌等等。你知道這些東西是什麼做的嗎？舉例來說，雜誌的紙是紙漿做的，紙漿的主要成分是木頭，而木頭主要又由碳、氫、氧所組成。那碳、氫、氧還能再分解嗎？通常不行，它們是構成這個世界的基本組成，稱為「元素」。目前已知的元素有118種，這些元素不論是密度還是各種物理化學特性都不相同，也因此才有豐富多元的全世界。

有趣的是，儘管每個元素都不一樣，有些元素卻有著相似的性質，在一兩百年前，這個問題深深困擾著當時的科學家。經過一番努力，終於在150年前，由俄國科學家門得列夫找出元素之間的規律，發明了「元素週期表」。它是一張形狀特殊的表格，並不像一般表格一樣方方正正，而像是左右各有一座尖塔、中間用長廊連接成的「城堡」；城堡裡有許多「房間」，每個房間裡住著一種元素，而房間安排的方式和元素的性質息息相關。

週期表的出現對化學的發展有重大的影響，也因此它出現150週年的今年，被訂為「國際元素週期表年」。今年正是認識週期表的好時機，想知道它是怎麼來的，以及其中的元素各有什麼樣的特性嗎？如果你是元素，又該是哪一種？跟著《科學少年》一起進入這座城堡，探索週期表的奧祕吧！

認識元素城堡

在正式進入元素城堡之前，我們先來看看什麼是元素。
元素的概念很早以前就已經出現了，回到2000多年前的古希臘，哲學家恩培多克勒提出了「四元素論」，認為世界萬物都是由土、氣、火、水四種元素構成；亞里斯多德進一步提出五大元素，認為地球上的萬物是由恩培多克勒的四元素組成，地球以外的日月星辰，則由第五元素「以太」構成。
後來到了鍊金術盛行的時代，知名鍊金術師賈貝爾提出了二元素理論，認為所有金屬都是由硫、水銀所形成，其後的煉金術師又加入「鹽」，稱為「神聖三元素」。術士們花了大把的時間氣力，想把普通的金屬變成黃金，但卻始終不成功。

由此可知，人們認為元素是萬物的根本，但對於元素究竟是什麼，卻是一知半解。即使是知名的科學家牛頓、波以耳，也都曾著迷於鍊金術。但也由於對鍊金術的研究，才使得人們愈來愈清楚元素是什麼。1661年，波以耳終於對元素提出明確的定義。他認為元素是一種純粹、簡單、最基本的物體，不能從別的物體混合而來，也不能彼此轉換；「任何無法再分解為更簡單物質的物質，就是元素。」而且元素不僅僅三種或四種，而有更多。

元素城堡

波以耳的想法對科學影響重大，後來的科學家投入研究之後發現，波以耳是對的，並且找到愈來愈多種元素。這些元素各有各的性質，有的輕、有的重，有的活潑、有的安定，有金屬、有非金屬……把它們按照性質排列起來，就會形成一座猶如城堡的元素週期表。

這座「元素城堡」由一格一格的房間組成，每個房間裡都住著一個元素「房客」，而且針對「房客」的性質，設計了獨特的房間安排規則：輕的元素住較高的樓層，由左往右住，住滿了再從下一層樓的最左邊住起。如果你弄不清楚哪個元素住在哪，還有一個簡單的方法可以幫你找到─只要尋找性質相似的其他元素，再往樓上或樓下的房間看看，應該就能找到你想找的元素房客，因為城堡是按元素的性質分區。讓我們走進這座城堡，一起來看看！

誰發明了週期表

在前面的單元中，我們已經認識元素城堡究竟是怎樣的一棟「建築」，但這棟厲害的城堡是誰搭建起來的？其中牽涉到不少重要的科學家，還有天外飛來意外的一場夢……


[更多詳細內容請參閱《科學少年》2019年3月 ]