1. 位置決定命運

素周期表，大多數人都會想起高中時化學教室前面牆上掛著的表格，不對稱的行行列列從老師的肩膀上冒出頭來。那張表一般很大，1.8 米×1.2米左右，看起來氣勢凜然卻又恰如其分，昭示出它在化學裡的重要地位。9月初，全班同學就認識了這張表，直到次年5 月末，大家還在跟它打交道。而且，老師鼓勵大家在考試的時素周期表，科學資料裡這是獨一份，講義或教科書都不行。不過當然，也許你還記得素周期表帶來的挫敗感：雖然你可以自由查閱這麼大的一張“小抄”，可是真該死，它好像一點兒忙都幫不上你。

一素周期表看起來整潔精練，簡直是科學界的德國工藝；另一方面，它又雜亂無章，到處都是長長的數字、莫名其妙的縮寫，還有怎麼看都像是電腦錯誤提示的東西（[Xe]6s24f15d1），面對這樣的東西，你很難不感到焦慮。而且素周期表顯然與其他學科有聯繫，例如生物和物理，可我們卻不清楚具體是什麼聯繫。也許，對於許多學生而言，強烈的挫敗感在於，那些真正素周期表、弄明白了它的原理的人，居然能夠從這麼冷冰冰的獃板表格中解讀出那麼多的信息。色覺健全的人從顏色雜亂的點狀圖中看出來“7”或者“9”的時候，色盲感受到的一定也是相同的惱怒——關鍵的信息總是很狡猾，從不輕易自動現形。人們懷著復雜的心情，記住了這張表格，有迷戀，有喜愛，有遺憾，還有憎恨。

素周期表之前，每個老師都應該先抹掉所有雜亂的內容，讓學生隻看空白的表格。

看起來像什麼？有點兒像是一座城堡，主牆起伏不平，兩頭都有防御用的塔樓高高凸起，左邊有一部分好像是皇家泥水匠還沒砌完。表中有長短不一的18 個縱列，水平則有7 行，下面還有另外的2 行“著陸跑道”。城堡是用“磚”砌成的，有件事兒在表中沒法一眼就看出來，但必須首先說明：磚的位置不能互換。每一塊磚代素，或者說一種物質（素周期表由112 素和少素組成），如果有任何一塊磚不在它應該待的位置上，整座城堡就會崩塌。這絕非誇張：如果科學家們突然發素應該待在另一個位置上，或者素的位置可以互換，那麼周期表這座大廈就會轟然倒塌。

這座城堡還有一個建築學特點：不同的區域采用不同的材料構建。也就是說，磚塊的質地並不相同，它們的性質也各有差異。75% 的磚塊是金屬，這意味著素是冰冷的灰色固體，至少在人類習慣的溫度下是這樣的。東邊的幾列包括多種氣體，但隻素在室溫下呈液態——汞和溴。在金屬和氣體之間，大致相當於肯塔基州在美國地圖上的方位，這裡是一些難以素，無定形的天性賦予了它們有趣的特質，比如說，它們能產生的酸味比化學品倉庫裡的強上無數倍。總而言之，如果每一塊磚都由它所代表的材料制成素城堡就會變成一頭奇美拉那樣的怪獸，隨著年代變化，它身上會長出新的器官和翅膀。或者寬容一點兒說，它是一座丹尼爾·裡博斯金1式建築——用看似矛盾的材料構成簡潔優雅的整體。

城堡的藍圖要小心描畫，因素在這張圖裡的位置幾乎決定了它的全部科學意義素來說，位置即命運。事實上，現在你對這張表格的輪廓已經有了大概的印像，再給你一個更有用的素周期表就像一張地圖。現在我們再來加入一些細節，從東向西對它進行標定，無論素還素，都會被收納進來。

首先，我們來看最右邊的第18 列，素被稱為高貴氣體。“高貴”這個詞兒古色古香，聽起來很有趣，更像是個倫理學或哲學詞語而不像是化學術語。事實上，“高貴氣體”的說法可以追溯到西方哲學的起源地——古希臘。當時，希臘人留基伯和德謨克利特提出了“原子”的概念，後來他們的同胞柏拉圖創素”一詞（希臘文為stoicheia），作為不同的物質粒子的泛前400 年左右，在導師蘇格拉底去世後，柏拉圖為了自己的安全離開了雅典，此後多年他一直四處流浪，撰寫哲學著作。柏拉圖當然不知素的確切化學名稱，不過他要是知道的話，肯定會將周期表最東邊素當作至愛，尤其是氦。

在《會飲篇》中，談及愛與欲的時候，柏拉圖提出，每個存在都渴求找到讓自己完滿的東西，即自己失去的另一半。反映到人的身上，這樣的渴求意味著激情與性，同時也意味著伴隨激情與性而來的一切問題。此外，柏拉圖在對話錄中還強調說，比起那些碌碌營營、跟什麼東西都有交互反應的事物來，抽像不變的事物從本質上說更為高尚。這解釋了他為什麼獨愛幾何學，那些理想的圓和立方體都隻存在於我們的頭腦裡。對於數學以外的事物，柏拉圖提出了“理型論”，他認為所有事物都是某種理想事物的投影。比如說，所有的樹都是一棵理想的樹不完美的復制品，它們渴求理想樹完美的“本樹”。同樣，也有魚和“本魚”，甚至杯子和“本杯”。柏拉圖相信，這些理型不僅是個理論，而且真實存在，雖然隻存在於人類知覺無法觸及的天堂世界。所以，當科學家開始在我們的真實世界裡用氦召喚出理型時，如果柏拉圖能夠親眼看見，他一定會和其他所有人一樣深受震撼。

1911 年， 一位荷蘭- 德國裔科學家用液氦冷卻汞時發現， 當溫度低於-268.9℃時，該繫統的電阻會完全消失，變成一種理想導體。有點兒像是把你的iPod 冷卻到零下幾百攝氏度，然後你會發現，不管用多大音量放多長時間音樂，它的電池電量永遠是滿的，隻要液氦一直讓電路保持低溫就行。1937年，一個俄羅斯與加拿大合作的小組用純氦變了個更漂亮的魔術。當溫度降低到-271.1℃時，氦會變成一種超流體，其黏度和流動阻力都是絕對的0——完美“本液體”。超流體氦無視重力，可以向上流動，翻越牆壁。當時，這樣的發現讓人瞠目結舌。科學家們經常假設摩擦力為0 之類的情況，可這隻是為了簡化計算。就連柏拉圖都想不到，真的會有人找到他提出的理型。

氦也素”的最佳範例——任何常態的化學手段都無法破壞它或是改變它前400 年的希1 800 年的歐洲，科學家們花了2 200 年時間，終於素到底是什麼，因為素都太善變了。比如說碳，碳有數千種性質各異的化合物，要從這些化合物中發現碳的本質太困難了。舉個例子，今天我們可以說二氧化碳不素，因為二氧化碳分子可以分解為碳和氧。但碳素，因為你無法在不破壞它們的前提下將它們分成更小的單位。讓我們回到《會飲篇》的話題，回到柏拉圖關於迫切尋找丟失的另一半的理論，我們發現，幾素都會尋求與其他原子結合，這樣的結合素的本性。甚至大多數素在自然界中也是以多原子分子的形式存在的，例如空氣中的氧分子（O2）。不過，自從科學家們了解了氦之後，他們了素的步伐很可能因此大大加快，因為氦從不與其他物質反應，隻以素的形式存在。

氦表現出這樣的性質是有原因的。所有原子都包含帶負電荷的電子，電子分布在原子內部不同的層上，或者說能級上。能級是環環相套的同心圓，每一層都需要確定數量的電子來填充纔能得到滿足。最內層的電子數為2，其他層電子數通常素裡通常含有等量帶負電的電子和帶正電的質子素就呈電中性。不過，電子可以在原子之間自由交換，當原子得到或失去電子時，就會形成帶電的離子。