150年前的那个三月,35岁的青年教师德米特里刚刚在圣彼得堡大学拿到了正式的教授职位。他的教育使命是为大学生们教学化学课。在备课的过程中,他不断总结前人经历,用聪明、勤勉、和那么一点点命运,发现了化学元素的新规则,并由这个规则猜测出新的化学元素。年青德米特里的不知道,这一年的效果已让他在化学界封神。从此以后,德米特里.伊万诺维奇.门捷列夫的画像会呈现在一切的化学课本上。2019年的今日,为了留念元素周期表宣布150周年,人们还将这个成为世界元素周期表年(the international year of periodic table)。
元素周期表上至今已经有118个元素。这些元素构成了人间万物,有不一样的形状、色彩、性质,是个千人千面的大集合。今日咱们侧重聊一聊最右边的这一列,第八主族元素,一切元素都有一个“气”字作偏旁。我们有时分叫它们“稀有气体”(rare gases),有时分叫它们“尊贵气体”(noble gases),有些时分又名它们“惰性气体”(inert gases,直译成lazy gases更风趣)。它们的宗族姓氏从和而来,又与他们本身的性质有啥联系呢?
在深化惰性气体之前,先谈谈原子的电子层。每个原子都有质子和电子,质子在原子核中带正电,电子在原子核周围运动带负电。依据离原子核间隔的远近,呈现电子个数的概率是不同的,笼统来说便是电子的排布是分层的。榜首层离核最近,最多包容2个电子,第二层最多包容8个电子,第三层最多包容18个电子……第n层最多包容2n2个。人们又发现,当最外层电子数是8的时分,原子最为安稳,处于“齐备”(closed)状况;若不是8,原子会和周围的原子抢夺电子,直到攫取成功,最外层有了8个电子,才称心如意。举个最常见的比方,氧原子本来有8个电子,榜首层排2个,第二层只剩了6个。为了让第二层到达8个电子的安稳状况,氧原子会从周围其他元素那里抢2个电子过来。遇到碳抢完了成为二氧化碳,遇到氢抢完了成为水。假如独自让它待着,无论是氧气O2仍是臭氧O3都很不安分,化学性质很活泼,总想摩拳擦掌地找个人抱团取暖。这个特性正好验证了柏拉图的亲密联系理论,以为人间万物都是不完好的,命中注定都有自己的缺失的另一半(the missing half),会在冥冥中有一种力气去挨近那一半,直到自己变完好。没想到哲学和化学的理论在元素安稳性和电子层理论里相遇了。
但是第18族的惰性气体则是个最特别的集体,这一组一切元素的最外层电子数都是8!也便是说,它们天性地享受着自己的完好性,傲娇地看待其他元素,对寻觅另一半的驱动力无动于衷,这或许便是“尊贵气体”(noble gases)姓名的来历吧。由于它们的安稳性,在生活中的运用也很广泛。比方氦气就可以很好的替代氢气冲进气球和汽艇里。
至于另一个称号“惰性气体”,不难得知这也是来历于其化学安稳性。而“稀有气体”的来历是开始发现其化学成分在地球中较少。不论运用哪个姓名,第18族元素给人的形象都是沉稳、平缓。在英文语境下我仍是最喜欢Noble gases的叫法,似乎看到拟人化的元素,最外层8个电子如彩蝶飞舞,深山空谷中遗世独立,不睬世上的纷争,就这样一个人挺好。