化學(xué)給我們帶來什么？

文/陳頤

化學(xué)元素周期表年專題

“氫氦鋰鈹硼，碳氮氧氟氖……”還記得中學(xué)化學(xué)元素周期表上這一串字符嗎？一張神秘莫測的化學(xué)元素周期表，是許多人人生旅程的重要一站，承載著我們的少年時光。

1869年被認(rèn)為是Dmitri Mendeleev（德米特里·門捷列夫）發(fā)明元素周期表的一年，2019年則是元素周期表誕生的第150周年。聯(lián)合國大會宣布2019年是“國際化學(xué)元素周期表年”。

元素周期表，方方正正，排列井然有序，世間所有元素之間的規(guī)律是如此簡單明了。但繪出這樣一份簡單的表格，背后是無數(shù)科學(xué)家數(shù)十年夜以繼日的心血。門捷列夫在先前多位科學(xué)家對各類化學(xué)元素不斷研究發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，于1869年3月，將當(dāng)時已知的63種元素寫在卡片上，并根據(jù)化學(xué)和物理性質(zhì)將它們進(jìn)行排列。把化學(xué)研究當(dāng)作“打撲克”一樣的游戲，這讓多年從事化學(xué)研究的老專家們有一種“醍醐灌頂”的感覺。

科學(xué)往往就是這么“簡單”而有趣。物理世界的電、磁場、力，它們之間的聯(lián)系僅僅是幾個簡單的公式；同樣，化學(xué)世界里的百種元素，全被門捷列夫這一張周期表“安排得明明白白”：每一縱列元素化學(xué)性質(zhì)相似，每一橫列從左至右元素的反應(yīng)規(guī)律依次遞變。

元素周期表揭示了物質(zhì)世界的秘密，把一些看來似乎互不相關(guān)的元素統(tǒng)一起來，組成了一個完整的自然體系。它的發(fā)明，是近代化學(xué)史上的一個創(chuàng)舉，對于促進(jìn)化學(xué)的發(fā)展起了巨大推動作用。

門捷列夫的天才之處體現(xiàn)在他為元素周期表留出的空白之中。他意識到某些元素是缺失的，還有待被發(fā)現(xiàn)；有些元素的原子量不符合它的規(guī)律，結(jié)果證明是原來的測定有錯誤。先前的科學(xué)家只是將已知元素進(jìn)行排列，只有門捷列夫為未知元素留出了空間。

更令人驚訝的是，他準(zhǔn)確地預(yù)測了缺失元素的性質(zhì)。就在門捷列夫發(fā)表他新編的化學(xué)元素周期表3年后，法國化學(xué)家布瓦博德明發(fā)現(xiàn)了新元素鎵。在門捷列夫預(yù)言的“類鉛”以后，他預(yù)言的11種元素一一被人找尋到。

他在元素周期表中，不僅預(yù)見到19世紀(jì)末化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)，甚至對20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的放射性元素，以及“二戰(zhàn)”后出現(xiàn)的人工元素，也在周期表中預(yù)約定位。

2016年，元素周期表大家庭增加了4種新元素：113號元素Nh(nihonium)、115號元素Mc(moscovium)、117號元素Ts(tennessine)和118號元素Og(oganesson)。這4種元素花了10年時間，而且通過全世界科學(xué)家的共同努力才最終獲得確認(rèn)。

價 值

化學(xué)離我們有多近？“化學(xué)是一切生命的基礎(chǔ)?！泵绹瘜W(xué)學(xué)會會員李力紅說。從就讀北大化學(xué)系本科到在美國博士畢業(yè)，她一直從事與化學(xué)有關(guān)的工作，如今已是美國化學(xué)學(xué)會的一名資深會員。

李力紅說：“你聽到的、看到的、聞到的、嘗到的、摸到的一切都與化學(xué)物質(zhì)有關(guān)。聽覺、視覺、味覺和觸覺都涉及你體內(nèi)一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和相互作用?；瘜W(xué)不僅限于燒杯和實驗室，它就在我們身邊。我們越了解化學(xué)，就越能感觸我們的世界?！?/p>

科學(xué)家認(rèn)為一切都是由化學(xué)元素構(gòu)成的。盡管世界上存在無數(shù)種物質(zhì)，但從微觀領(lǐng)域看，無非是這100余種元素的不同排列方式；我們周圍常常接觸到的物質(zhì)，也許只有幾十種。

一杯普通的水，組成元素是氫和氧，還有其他一些組成礦物質(zhì)的元素，比如鈉、鈣、鎂、氯等；一棟建筑物，從非金屬元素的硅、氧、氫，到金屬元素的鐵、鋁、鎳等，組成就復(fù)雜得多；從地上拔一根草，里面有豐富的鉀、鈉、鎂等元素，因此有人對你說某某保健品中含有上述幾類元素，其實與幾棵雜草沒區(qū)別。

化學(xué)研究物質(zhì)及其能發(fā)生的變化，在一定程度上了解化學(xué)，對理解我們周圍的世界至關(guān)重要。了解物質(zhì)的基本性質(zhì)，預(yù)測和解釋它們在反應(yīng)形成新物質(zhì)時的變化，是化學(xué)研究的基本內(nèi)容。

應(yīng)用

與其說我們身邊有哪些化學(xué)應(yīng)用產(chǎn)品，毋寧說我們身邊哪種產(chǎn)品不是化學(xué)應(yīng)用的產(chǎn)物。科學(xué)家們創(chuàng)造了大自然中不天然存在或難以獲取的東西，同時把這些創(chuàng)造進(jìn)行理論總結(jié)后不斷擴(kuò)大生產(chǎn)。把數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，讓人類在19世紀(jì)末和20世紀(jì)的生產(chǎn)力進(jìn)步遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過過去數(shù)千年的總和。

化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是將自然存在的物質(zhì)重新組合成另一種物質(zhì)，化工則是把這種組合的過程擴(kuò)大到現(xiàn)實應(yīng)用中。

我們生活中哪些是化工產(chǎn)品？你所接觸的一切與塑料、有機(jī)材料有關(guān)的產(chǎn)品，其前身都是又黑又黏的石油，經(jīng)過化工的改造后變成了燃料、變成我們?nèi)粘＝佑|到的東西。倒推回上世紀(jì)之前，這些東西都是沒有的。

現(xiàn)代藥學(xué)更是化工合成的重要實踐。翻開藥典，從治療糖尿病的二甲雙胍，到控制高血壓藥的物卡托普利、止痛退燒的對乙酰氨基酚，各類疾病的常見藥物都是化工合成的產(chǎn)物；一些天然藥物，也離不開依靠化工產(chǎn)品的車間化提純過程。

當(dāng)今，藥物合成更是向著“高分子藥物”轉(zhuǎn)化。《我不是藥神》中的“主角”白血病治療藥物伊馬替尼，化學(xué)式C29H31N7O，分子量493.60，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。但這種藥物卻被稱為“小分子藥物”，與動輒幾十萬、幾百萬分子量的“蛋白質(zhì)高分子藥物”相比算是個“小豆丁”。隨著“高分子藥物”不斷研究進(jìn)步，人類的生物密碼或許能被部分破譯，癌癥、先天性疾病或許有治愈的希望。

盡管大多數(shù)人背不下來元素周期表，學(xué)過的一點(diǎn)化學(xué)皮毛也會隨著高考的結(jié)束而被遺忘，但我們生活中每一天的點(diǎn)點(diǎn)滴滴都離不開化學(xué)，社會科技進(jìn)步中化學(xué)研究也起到十分關(guān)鍵的作用。正值化學(xué)元素周期表問世150周年，紀(jì)念元素周期表的發(fā)現(xiàn)，也是紀(jì)念并感恩現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展為我們社會作出的貢獻(xiàn)。