第21期：元素週期表150周年—化學的革新和進化

元素週期表150周年探索系列特講的最後一講，由年輕的化學家戴桓青教授為觀眾們精湛分析過往不被人們瞭解、誤解重重的煉金術。戴桓青教授跟「煉金術」結緣的開端，來自與台灣奇美博物館合作的義大利名琴研究，從五個煉金術經常被大眾誤解的觀念出發，他生動描繪煉金術的價值與意義。

金屬，以具有良好的導電性、延展性及帶有光澤而聞名。在週期表上一個個看似僅帶有生硬讀音卻毫無生氣的金屬元素，實際上在生活當中如何被使用？金、銀除了為人們增添貴氣尊榮之外，還扮演些甚麼角色？鮮少人瞭解與關注的稀土金屬為何成為當前美中貿易戰的籌碼？講者許景翔在演講中一一揭開八大貴金屬與十七個稀土金屬的神秘面紗。

鈍氣像是自然界的「忍者」，難和其他元素反應、也難被當時的科學家以科學方法觀測。然而，這群忍者卻默默在世界上扮演著重要的角色──氦佔了宇宙元素含量的四分之一；而鈍氣家族中第一個被發現的氬，則約佔地球空氣組成的百分之零點九。

週期表並不是與生俱來就生得今日理化教科書中的樣貌，每一個元素的背後，都是前人無盡的探索。而今日走在研究前線的核化學家們，便必須走過和電影中類似的過程，去預測、合成、驗證尚未出現在週期表上的元素。而本講的主角，便是近代核化學與合成元素的巨擘—Glenn T. Seaborg  （格林 . 西伯格）。

1895年底，陰極射線管已在科學家中廣泛發展，侖琴偶然透過這個技術發現了X光的存在。短短一年間，不論醫學或材料界，相關的論文與書本都突破驚人的數字。即便科學界一片沉迷於新穎的X光研究，剛生完孩子的瑪里‧居禮並未跟隨潮流，反而選擇相對冷門的「鈾」作為她的博士論文主題。

保羅·狄拉克在1929年的時候說，因為量子力學的發展，描述物理現象的基本原理大部分已經完備了，而所有的化學現象，應該都可以被量子力學解釋，這當然也包括了週期表的原理。從1869年到1929年，從週期表藉實驗數據的歸納分析被整理出來，到它背後的原理被清楚地釐清，經過了60年的時間。

法國數學家龐加萊(Jules Henri Poincaré)曾說：「科學家研究自然，是為了追求大自然複雜現象背後所存在一個簡單、和諧與完美的秩序。」在150年前排列出第一張元素週期表的門得列夫，便終其一生致力尋求科學在自然界中的規則與真理，也因此為後世開拓了近代化學的嶄新大道，使更多人依循這份美麗的秩序而前進。

難與其他物質產生化學反應的惰性氣體是所有元素中活性最小的一族，因此科學家曾以「鈍氣」稱呼這些單原子氣體，或以惰性氣體的稀有特性而稱它們為「高貴氣體」。但比起上述任一種命名，蔡蘊明老師認為「貴族」與「忍者」更能展現它們難被發現、不輕易產生反應的特質。

門得列夫最顯著的成就，便是於1869年發表世界上第一個「元素週期表」，引領了化學家們從森林中找到一處美麗的花園。這份元素週期表問世時，僅列出當時已被發現的63個元素，門得列夫依照它們的原子量大小及元素性質的週期性，工整有序地排列；他並從週期表的排列狀況中，推算及預測出一些還未知的元素。不久後，他所預測的鎵(Ga)、鈧(Sc)及鍺(Ge)三個元素，陸續成功被發現；瑪麗居禮(Marie Curie)也從實驗中發現了釙(Po)及鐳(Ra)；1925年，人類發現的最後一種天然元素─錸(Re)問世，而第一個在實驗室裡人工合成的人造元素─鎝(Tc)，則在1937年誕生。時至今日，我們熟知的元素週期表上已有118個元素，門得列夫留給後世的，是繼續開拓更多化學元素的絕佳指引。

化學元素週期表的排序，是科學家一步步探索自然奧秘的軌跡。當今所發現的最重元素是2016年確認的原子序118，而作為研究粒子物理的學者，臺大物理系熊怡教授所努力的研究卻是比原子核更小的基本粒子。然而近年來核物理發掘新元素的研究也引起熊教授的興趣與探索，也就是期望發現下一個更重的新元素。

我適合做學術研究嗎？如果我想從事學術研究，應該具備什麼樣的特質呢？若你正在思慮這個問題，牟教授想告訴你：第一，你必須鑽研在一個問題上，長期努力，具備堅持、好問的精神；第二，你必須持續進修自學，因為光靠學校習得的知識，無法讓你因應快速變遷的社會。作為一位研究者，在學科專門化的今日宜選定研究方向，持續朝之邁進，鑽研該學科知識，從研究積累出學術的養分，讓自己成為專家。

一說到化學，似乎會令人聞之色變。食品要無「化學」添加物，清潔用品要天然不含「化學」成分，化學似乎與「不健康」、「有毒」畫上等號，但真是如此嗎？臺大化學系副教授鄭原忠老師並不這麼認為。「化學是很有趣的，日常生活中每天都在發生。」他說。鄭老師從生活中常見的光化學、光合作用，到二十世紀才發現、終於能解釋週期表排列原因的量子力學，一步步帶領我們了解這由原子核與電子構成的有趣世界。