本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
編者按:這篇部落格最初發表於 2011 年 10 月。它被重新發布是為了紀念元素週期表 2019 年的 150 週年。內容經過了輕微編輯。
我知道我與其他孩子不一樣。當然,我也收集棒球卡和模型飛機,但與我對真正痴迷的事情(收集元素週期表的每一個元素)相比,我並沒有那麼熱情。
這只是我的化學浪漫的一部分,其中還包括(但不限於):觀看試管中的酚酞溶液變色;發射碳酸氫鈉-醋酸(醋)動力火箭;產生臭雞蛋的硫磺氣味;製作一個意外在地下室引爆的煙霧彈;以及最終升級到電解和各種可燃物,幸運的是,只導致眉毛燒焦,沒有導致手指或視力喪失。
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然而,在爆炸物之外,還有元素——聖盃,宇宙基本構建模組的完整集合。幾十年前,沒有網路、Facebook或eBay,沒有門戶可以尋找與我一樣,也可能對我的,我們不妨說,奇怪的消遣感到滿足的同路人,也沒有地方來滿足我的需求。直到最近,作為《大眾科學》的文案編輯,我才發現還有其他人也在追求像元素收集這樣奇特的消遣。在我們報道關於他們的故事之前,我幾乎忘記了我當時認為是我獨特的怪癖。但我應該知道:只要你說得出來,就有人會收集它——在許多情況下,會達到令人不安的痴迷程度。
孩子們,在家試試這個!
在 20 世紀 60 年代中期,在危險化學套裝的黃金時代結束、微觀管理和規避風險的育兒方式出現之前,15 歲的我仍然對觀看魔法先生、軌道上的宇航員和作為權威人物的科學家感到興奮。隨著時間的推移,以及靠割草/剷雪獲得的收入,我在我們家的地下室裡建立了一個實驗室,購置了所需的試管、燒瓶、曲頸甑和量筒,以及夾子、軟管、冷凝器和燒杯。我甚至嘗試(未成功)讓我的父親接上煤氣管,以便使用本生燈。但令人驚訝的是,僅用酒精燈(以及偶爾偷偷挪用我父親的噴燈)就能搞出多少縱火惡作劇。
在每個孩子的化學套裝中——並不總是包含防護手套和安全護目鏡——都有用於說明手冊中提供的所有漂亮實驗的化學藥品瓶。還有一個元素週期表。在我的分子操作中的某個時刻,我以年輕的自發性和決心,決定我必須掌握基礎知識,並掌握原子物質的塊狀物。儘管單個原子並不性感,但我將能夠掌握作為所有分子物質基礎的原子團。也許這是我能接近事物本質的最近距離。並且,由於我欣然不知微觀上更基礎的量子宇宙,以及暗物質和自那時以來科學家發現的所有其他令人煩惱的複雜性,我安然地稱它們為“上帝的磚塊”。
不用說,由於我有限的財務和後勤資源,並且缺乏粒子加速器,我無法獲得這些磚塊的整個元素週期表。如果當時有eBay或其他供應商就好了,這些供應商為今天的收藏家提供異國情調的樣品,如釷(原子序數,90)和鉕(61)。儘管如此,在那些沒有網際網路的時代,我仍然能夠收集到一套像樣的元素戰利品。
它們就在我身邊
首先,我必須有一個地方來存放我的標本,並從一個幸運的時刻開始——我的母親剛剛丟棄了一個香料架,上面有 12 個瓶子。洗掉大蒜、歐芹、百里香和其他烹飪新增劑的殘留物後,我很快就擁有了一個展示我的戰利品的展示櫃。
我想,我應該按照原子序數來排列嗎?為什麼不使用我已經擁有的元素——所有在室溫下都是固態、穩定和表現良好的元素呢?金屬是一個很好的起點:我把一個鎳(28)鋸成兩半,以便把它裝進小瓶子裡。(我不知道它是一種含有 25% 銅的合金。)對於銀(47),我開始鋸一枚硬幣——但這會花費我太多錢。相反,我“借用”了母親的銀器中最小的勺子,並鋸掉了手柄(對不起,媽媽)。對於金(79),我盯著她的珠寶盒,但幸運的是,我知道在哪裡劃清界限——至少在開始時是這樣。轉而使用我們家觸手可及的成果,我揉皺了一些鋁(13)箔。
鉛(82)也很容易:我只是借用了我父親的一個魚墜,用他的噴燈把它熔化成一個小球。對於其他金屬——鐵(26)、錫(50)、鋅(30)、銅(29)——我使用了我的化學套裝。我也越來越善於發現隱藏在日常生活用品中的元素。儘管我現在意識到它只是一種鉻(24)合金,但當我的父親發生了一起輕微的碰撞事故時,機會來了,導致一輛受損的雪佛蘭貝爾艾爾標誌的一塊剛剛掛在格柵上,它掉了下來——經過一點勸說。與我母親不同,他確實注意到了。不過,當他嘟囔著:“如果我抓住做了這件事的[髒話刪除]孩子。這曾經是一個好社群。”時,我放鬆了。
接下來是關於非金屬物質:從藥櫃中取出碘(53),從洗衣房取出漂白劑氯(17)。儘管兩者的純度都值得懷疑,但我宣佈我的 12 元素展示櫃完成了。我已經沒有展示空間了,所以我開始收集隨機的瓶子和其他容器。接下來是缺乏吸引力但非常基本的元素,碳(6)。為了得到它,我再次拿出了我可靠的鋸子,我用它來切斷了一節 D 型電池。裡面是它的陽極,一根碳棒。一切都好。鑑於當時只發現了 104 種元素,我只需要收集大約 92 種了。
翻垃圾箱
當我閱讀並欣賞我的前十幾個元素時,我認為它們很整潔,但有點乏味。我希望它們能表演特技。在這裡,我很高興在我的化學套裝中找到了我的第一個易燃金屬——鹼土金屬鎂(12)。我把我一半的樣品獻給了我父親的噴燈,並透過他的焊接護目鏡驚歎於它耀眼的白色火焰。但是,像任何癮君子一樣,這只是刺激了我的食慾。我需要更多的危險元素,可以這麼說。
想象一下,當我從一家倒閉的商店門前的垃圾箱裡拉回一個霓虹燈(10)標誌時,我有多麼高興,我希望把它接通,還有一箇舊收音機上的鎢絲(74)真空管。
至於其他氣體,氫(1)和氧(8)似乎是可能的目標。它們與氮(7)一起包圍著我們,但不是以純淨的形式存在。啊,化學的奇蹟——以及鉛酸汽車電池。我使用滴管和對家裡汽車引擎蓋下的一次訪問,獲得了危險的硫酸(H2SO4)。透過對每個電池進行取樣來獲得大量硫酸後,我屏住了呼吸——既在轉移腐蝕性物質時,也在我父親後來啟動汽車時。它執行緩慢,但發動機轉動了。我必須小心:此時,房子周圍發生的奇怪事情和失蹤事件不再歸咎於巧合或騷靈。在我的兄弟姐妹中,我是頭號嫌疑人。
當硫酸與金屬反應時,它會產生硫酸鹽並釋放其氫原子,我可以用燒瓶捕獲這些氫原子。啊,我向朋友們展示宇宙中最豐富的元素時玩得多麼開心。我用發光的餘燼引爆了它,並吸入它以將我的聲音音調提高到艾爾文和花栗鼠的水平(幸運的是,是在單獨的演示中)。
我手中的熔融金屬
現在,我正在深入我的痴迷。但我會墮落到什麼程度呢?我最大的政變之一是從學校實驗室“獲得”了一些劇毒的氧化汞。汞(80)在我的異國情調清單中名列前茅,我的計劃是透過加熱它來產生氧氣。氧氣也很有趣。它會導致燃燒的餘燼爆發出火焰。但更好的是,當我加熱 HgO 以釋放氧氣時,小汞球會凝結在試管的側面。我終於得到了我的水銀:我可以觸控的熔融金屬!
我不斷地“借”來更多的氧化汞,然後烹製出一堆小球,直到我弄出了一個四分之一大小的團塊。我會向朋友們展示我的標本,在手掌中滾動它。一個朋友帶來了一枚金戒指,以便我們可以觀察它與黃金結合(融合)的過程——他帶著一枚銀色的戒指回家了(我不記得那是誰的戒指了,但我知道他再也不允許來我們家了)。我們可能也在呼吸它散發出的蒸汽。我們怎麼會如此愚蠢?哦,對了,我們是青少年。最後一次檢查,我仍然沒有瘋,但請不要在家裡或任何地方嘗試這樣做。做像這樣的事情,代替吧。
一個屬於我自己的同位素
似乎接觸有毒金屬還不夠,我渴望得到一些有放射性的東西,那些會發光的元素,以及在大多數材料處於靜止狀態下會爆炸的元素。在水或空氣中會爆炸性氧化的磷(15)或鈉(11)將是聖盃,但似乎是“難以獲得之物”,因為我能找到的唯一樣品被鎖了起來,學校裡還有所有我想要得到的酸和鹼,我的手還是完好的時候。
諷刺的是,一種放射性同位素,鐳226(原子序數,88)在家裡就可以得到。問題只是拿到我父親可靠的二戰時期的鐳刻度鬧鐘,開啟錶盤並取下幾個標記點。我發現他可能不會注意到數字3和5上的空白點,因為在下午他會在上班,而在會發光的凌晨黑暗時段,他會睡著。所以標記就被取了下來。是的!我擁有了屬於我自己的,一對發光的,會吐出阿爾法粒子的寵物。我已經核化了!
麻煩醞釀中
當然,不可避免的事情發生了。一個朋友嘲笑我,說我收集的氯實際上是次氯酸鈉。那可不行。我瞭解到,如果我把它和醋酸混合,我就可以得到真正的氯氣,它會以其綠色、氣態的榮耀呈現出來。我把漂白劑和酸混合在一個燒瓶裡,並準備好了一個橡膠塞來密封它。但是當反應開始時,我把塞子掉在了地上。撿起來後,一股灼燒感進入了我的眼睛;有毒氣體像一朵病態的、淡綠色的花朵一樣從燒瓶中冒出。當我努力阻止它時,燒瓶掉在了地上,邪惡的雲霧蔓延開來。幸運的是,我知道它有潛在的致命性,所以我趕緊撤離了。但是一旦上樓,我就知道我必須做點什麼。迅速武裝好自己,戴上潛水面罩,我跑回地下室,但對於我召喚出的化學上淫蕩的鹵素惡龍,我無能為力。我屏住呼吸,猛地開啟一扇窗戶,然後再次逃走了。
當我父親下班回家,母親告訴他我瘋狂地堅持不讓她去地下室洗衣服,因為如果她去了,她肯定會死時,我有很多需要解釋的。那是我收集元素生涯的終結。我被禁止使用我的化學工具箱,直到另行通知。
最終,在兩年沒有監督的情況下接觸有毒元素、輻射、邪惡的體液和蒸汽之後,我被允許再次使用我的實驗室。但我再也沒有恢復我的愛好。年長了,更明智了,而且可能細胞也受到了損傷,我轉向了“正常”並且至少在某種程度上更安全的青少年活動:改裝快車,以更不合法的方式在體內嘗試新的、誘人的化學物質,去體育場聽搖滾音樂會,以及追求女孩。我囤積存在的基本構成要素的追求已經結束了。