在瑞典的一座小村莊，人類發(fā)現(xiàn)了8種新元素

現(xiàn)在有些人聽到“化學(xué)”兩個(gè)字會(huì)不以為然，甚至覺得與所謂的“純天然”相比，和化學(xué)有關(guān)的東西都是洪水猛獸。殊不知，離開化學(xué)，我們不僅在生活中寸步難行，甚至連我們自身都不會(huì)存在。而當(dāng)你正在使用智能手機(jī)閱讀這篇文章的時(shí)候，化學(xué)就在背后發(fā)揮了巨大的力量。

7 月 20 日， 2016 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主本 · 費(fèi)林加在上海自然博物館進(jìn)行了一場(chǎng)題為《發(fā)現(xiàn)的樂趣》的演講。在演講中，他幾次掏出裝在上衣口袋里的智能手機(jī)，以制造智能手機(jī)所需的數(shù)十種元素為例，向現(xiàn)場(chǎng)觀眾介紹化學(xué)與人類生活的關(guān)系。在他的新書《令人著迷的化學(xué)：生活中的分子》一書中，他也用其中一章介紹了與智能手機(jī)有關(guān)的化學(xué)故事。不過，在這一章的開始，他首先提到了一個(gè)絕大多數(shù)人從未聽說過的瑞典村莊，在這座其他方面都平平無奇的小村莊里，人類竟然發(fā)現(xiàn)了 8 種新元素。

智能手機(jī)是一種不可思議的設(shè)備。它為我們建立起與所有事物和所有人之間的聯(lián)系，讓我們隨時(shí)隨地都能聯(lián)絡(luò)到他們。無論是新聞還是歷史的瞬間，它們都在我們觸手可及的范圍內(nèi)。荷蘭有90%以上的人口擁有一部智能手機(jī)。而我們之中的大多數(shù)只不過用它來發(fā)信息、玩游戲、看貓咪的搞笑視頻而已。

如今，我們的口袋里就裝著一臺(tái)小機(jī)器。它的計(jì)算能力超過阿波羅11號(hào)完成登月任務(wù)時(shí)整個(gè)美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的總和。萊頓的天文學(xué)家認(rèn)為，我們應(yīng)當(dāng)好好利用這些優(yōu)勢(shì)。他們開發(fā)出許多適用于蘋果手機(jī)的應(yīng)用程序，這樣一來，人們坐在家里就可以測(cè)量出空氣中的懸浮粒子了。成千上萬的人和手機(jī)參與進(jìn)來，輕而易舉地完成了這項(xiàng)工作。要知道，如果交給科學(xué)家去做，一組科學(xué)家加上一顆人造衛(wèi)星需要耗費(fèi)很多時(shí)間和金錢才能完成這些工作。

近幾十年來，科技飛速發(fā)展，人們排隊(duì)搶購(gòu)的新型號(hào)手機(jī)用不了多久就過時(shí)了。有了智能手機(jī)的助力，公眾科學(xué)黃金時(shí)代的到來指日可待。但是，不管蘋果應(yīng)用程序商店里有多少應(yīng)用程序，第一臺(tái)配有內(nèi)置通風(fēng)柜的智能手機(jī)還沒到來。我們期待著出現(xiàn)一臺(tái)我們坐在家里就能遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)的通風(fēng)柜，就像智能恒溫器那樣。幸好，對(duì)化學(xué)家來說，我們的手機(jī)里已經(jīng)配備了許多有趣的東西。

01

稀奇的元素：一座瑞典小村莊留下的永恒的遺產(chǎn)

化學(xué)元素周期表是一張根據(jù)原子量和特性將所有原子進(jìn)行排列的表格，其中既包含了已知的原子，也包含了未知的元素。它總共囊括了82種非放射性元素，可是，本書里的分子僅僅涵蓋了其中的一小部分。這并不代表其他元素一無是處。要知道，以你的手機(jī)為例，它包含了50多種形形色色的化學(xué)元素。銀、銅和金是出色的導(dǎo)體，因此，導(dǎo)線和電極都是用它們制成的。包裹在觸摸屏的玻璃外、用來傳導(dǎo)電流的薄層是由銦和錫制成的。屏幕的顏色源自一系列所謂的稀土金屬，其中包括銪、鋱和鐠。

許多常見元素早在幾千年前就已經(jīng)廣為人知，因此，它們?cè)缇蛽碛辛俗约旱拿Q，例如金、銀和銅。假如某一種元素十分罕見，那么它很有可能直到近幾個(gè)世紀(jì)才首次被人發(fā)現(xiàn)。在這種情況下，它的名稱往往是由發(fā)現(xiàn)者命名的。這個(gè)名稱可能闡釋了這種元素的某個(gè)特性，例如鋇（它的名字來自希臘語(yǔ)里的barys一詞，意為“重的”）、氙（希臘語(yǔ)里xenos這個(gè)詞的意思是“奇怪的”），還有銫（它的名字來自拉丁語(yǔ)里的caesius一詞，意為“天藍(lán)色”）；也有根據(jù)人名[锿（einsteinium）]和地方名[鏌（moscovium）、銪（europium）、鈁（francium）]來命名的。

在這個(gè)方面，瑞典小村莊伊特比（Ytterby）可謂冠壓群芳。伊特比是坐落于斯德哥爾摩群島其中一座小島上的一個(gè)小村落。它擁有幾千名居民、一家空手道俱樂部、一家小超市和一座電影院。

但是，在元素的世界里，伊特比卻是世界級(jí)的重量選手。人們?cè)谀抢锏囊蛔V里發(fā)現(xiàn)了硅鈹釔礦（gadolinite）這種礦物原料。它是以芬蘭化學(xué)家約翰·加多林（Johan Gadolin）的名字命名的。經(jīng)過（加多林的）進(jìn)一步研究，我們發(fā)現(xiàn)它含有四種新的元素。新元素的名稱全都受到了村莊名字的啟發(fā)：鐿（ytterbium）、釔（yttrium）、鋱（terbium）和鉺（erbium）。這座礦的奧秘還沒有被完全揭示。后來，人們又在那里發(fā)現(xiàn)了另外四種新的元素——釓（gadolinium，源自加多林的名字）、鈥（holmium，源自斯德哥爾摩）、鈧（scandium，源自斯堪的納維亞）和銩（thulium，源自神話中斯堪的納維亞半島的極北之地“Thule”）。時(shí)至今日，我們?cè)僖膊粫?huì)發(fā)現(xiàn)新的元素了。尚未被世人發(fā)現(xiàn)的元素太大、太不穩(wěn)定了，因此它們?nèi)嫁D(zhuǎn)瞬即逝。如果想要親眼見一見它們，那么你只能自己動(dòng)手，通過讓小型原子相互之間高速碰撞的方式把它們創(chuàng)造出來。只要它們的存在還沒得到證實(shí)，我們就會(huì)根據(jù)這些預(yù)測(cè)的元素在化學(xué)元素周期表里的位置給它們擬定暫用名。尚未被創(chuàng)造出來的最小且最“簡(jiǎn)單”的元素就是排在119號(hào)的類鈁。誰(shuí)要是把它制造出來了，就可以給它取個(gè)名字。這么看來，說不定未來的化學(xué)元素周期表里真的能出現(xiàn)一個(gè)以你的名字命名的元素呢。

02

聚碳酸酯：沒有碎片的玻璃

一部智能手機(jī)少說也要幾百歐元。無論去什么地方，我們都會(huì)帶著這個(gè)小玩意兒。大概每個(gè)人都曾有過把手機(jī)掉落在地上的經(jīng)歷（有些人甚至還會(huì)砸手機(jī)），因此，手機(jī)具備一些防碰撞的性能是十分重要的。制造商很喜歡為手機(jī)的側(cè)面和背面使用最堅(jiān)固的塑料種類之一——聚碳酸酯。

聚碳酸酯易于被制造成各種形狀。它是透明的，易被改造且不會(huì)開裂和破損。只不過，它很容易留下劃痕，正是因?yàn)檫@樣，它才沒能處處取代玻璃。一旦這個(gè)問題得以解決，未來的我們很有可能會(huì)給窗戶和屏幕也換上塑料。

下面圖示中的這種聚碳酸酯廣受歡迎。這類塑料的構(gòu)成單元是碳酰氯和雙酚 A（又名BPA）。BPA這種分子在人體內(nèi)的效應(yīng)與雌性激素有些相似。它的生物活性十分有限，但是，BPA存在于數(shù)不勝數(shù)的產(chǎn)品之中，因此，我們整天都跟它打交道。科學(xué)暫時(shí)還無法解釋它對(duì)人體究竟有多大的損害。假如你想確保萬無一失，那么，如今已經(jīng)有了不含 BPA的材料清單。這份清單很長(zhǎng)，其中的BPA往往被與它十分相似的分子所取代，但是,這些材料是否真的比BPA安全得多，我們還不得而知。

03

鋰：我們?yōu)槭裁床荒馨颜障鄼C(jī)裝進(jìn)托運(yùn)行李

電池是一種能夠儲(chǔ)存化學(xué)能的物品，并且能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，并釋放出來。如果要求所有的器材都離不開電線或者必須插在插座上才能運(yùn)行，那自然是很不實(shí)際的。于是，依靠電池運(yùn)作的器材變得越來越多。電池里含有金屬材質(zhì)，更換電池很昂貴，且不一定環(huán)保。因此，研發(fā)出一種堅(jiān)實(shí)且強(qiáng)勁的充電電池成了研究中的一個(gè)重要課題。于是乎，近乎所有智能手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)汽車都用到了最高效的電池——鋰離子電池。

鋰是一種奇怪的金屬。它很輕，輕得能漂浮在水面上。可是，它的反應(yīng)活性卻很強(qiáng)，強(qiáng)到一碰到水就會(huì)立即爆炸。鑒于這種顯而易見的原因，我們不會(huì)（像使用鐵或鋁一樣）使用它來制成器械設(shè)備。而它的屬性也決定了它不會(huì)出現(xiàn)在人類的體內(nèi)。鋰在電池的制作中這么受歡迎，其中一個(gè)原因在于它可以讓電池做得很小。它的缺點(diǎn)在于它的強(qiáng)反應(yīng)性，在特定的情況下，這種反應(yīng)性有可能導(dǎo)致電池爆炸。因此，航空公司要求我們把電子設(shè)備裝在手提行李里。客艙里躥出的火苗可以輕而易舉地得到控制，但是，貨艙起火卻會(huì)帶來毀滅性的后果。

04

玻璃：一種特殊情況

一則廣為人知的故事告訴我們，玻璃不是固體，而是一種超級(jí)濃稠的液體：人們發(fā)現(xiàn)，大教堂里玻璃窗的下沿更厚，其原因在于它們經(jīng)過成百上千年的洗禮后逐漸下垂。這則故事講得很好，卻很可能是虛構(gòu)的。更可能是千百年來，吹玻璃的工人們一直都沒能制作出完全均勻的玻璃。出于穩(wěn)定性的考慮，安裝工人把較厚的邊沿裝在了下面。

在科學(xué)領(lǐng)域，玻璃常常被視作一種特殊的狀態(tài)，這種狀態(tài)可以在各種類型的塑料中見到。從這個(gè)角度說，這其中的玻璃的確是液體，分子的排序都是隨機(jī)的；但它又太濃稠了，致使它無法進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)。我們將這種形態(tài)稱為非晶體。與它相反的就是所有分子整齊劃一排列的晶體。這種解釋很實(shí)用。有了這樣的定義，所有關(guān)于玻璃是固體還是液體的討論就變得十分多余。傳統(tǒng)意義上的玻璃是由二氧化硅構(gòu)成的（與玻璃的原料沙子一樣），如今的玻璃卻可能包含各種各樣異乎尋常的材料組合。正如大多數(shù)智能手機(jī)的主人曾經(jīng)歷過的不幸事件所帶給我們的啟示一樣，玻璃除透明和防劃痕的特性之外，還具備易碎的特點(diǎn)。因此，一直以來，工業(yè)界都堅(jiān)持不懈地努力，想要研發(fā)出一個(gè)全新的玻璃種類，能更好地抵御墜落。

玻璃是一種性能良好的絕緣體。對(duì)我們來說，這也是一件好事。要不是這樣的話，一到冬天，我們的家里就會(huì)冰冷刺骨。玻璃也可以通過與輔助材料的結(jié)合，變成很好的導(dǎo)體。大多數(shù)觸摸屏就使用了這種特殊材質(zhì)的玻璃。當(dāng)你觸摸玻璃時(shí)，你的手指與玻璃背后的電極之間形成了電流接觸。這就是為什么智能手機(jī)必須用手指直接接觸才行。人體是性能良好的導(dǎo)體，可手套和筆卻不是。

（本文摘編自《令人著迷的化學(xué)：生活中的分子》第 10 章“智能手機(jī)”，標(biāo)題為編者所加）

書名：令人著迷的化學(xué) 生活中的分子

?♂? 作者：本·費(fèi)林加 阿努克·呂貝

翻譯： 蔣佳惠

內(nèi)容簡(jiǎn)介

在這本《令人著迷的化學(xué)》中，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主本·費(fèi)林加將帶領(lǐng)讀者踏上一次穿越分子世界的奇妙旅程。書中以日常現(xiàn)象為切入點(diǎn)，用生動(dòng)有趣的語(yǔ)言揭開化學(xué)的神秘面紗：維生素C如何對(duì)抗壞血病？為什么菠蘿會(huì)“咬”舌頭？液晶屏幕的誕生竟源自一次意外發(fā)現(xiàn)？石墨烯為何被稱為“未來材料”？肌肉收縮的“引擎”是什么？書中不僅涵蓋咖啡因、乙烯、黑色素等耳熟能詳?shù)姆肿樱€探討了化學(xué)在歷史關(guān)鍵時(shí)刻的角色——從古代埃及的香水配方，到戰(zhàn)爭(zhēng)中使用毒氣的科學(xué)反思，再到現(xiàn)代藥物的革命性突破。每一章都融合了科學(xué)原理、歷史軼事與生活應(yīng)用，讓復(fù)雜的化學(xué)知識(shí)變得鮮活易懂。