如果将元素周期表翻转......

来源：原理

自门捷列夫于150年前发表自己的元素周期表以来，它一直服务于化学家，使他们能够对数不胜数的化学现象进行归类和总结。在150年的化学进展中，这张元素周期表中除了偶有新发现或新合成的元素加入之外，基本上坚挺地维持了它原本的面貌。

在4月8日的《自然-化学》上，英国化学家Martyn Poliakoff教授和Samantha Tang博士提出了这样一个问题：如果将整个元素周期表沿着水平轴翻转180°，会不会使某些重要的性质更易于理解？我们是否也能从中对化学产生新的洞见？

○ 诺丁汉大学化学教授Martyn Poliakoff. | 图片来源：Wikipedia

Poliakoff勋爵是英国的一位著名化学家，他是全球绿色化学的领军人物，一直致力于寻找基础化学中的一些新的想法。在他的职业生涯中，曾参与了非常多与化学的教育和普及有关的活动。这次，他从一个与特殊的视角对元素周期表的形式进行了思考：当课桌前的孩子们第一次看到墙上的周期表时，老师会向孩子们介绍的并非是与孩子们的视线高度最为接近的元素，而主要是那些靠近元素周期表顶部的元素。

Poliakoff又想到，大多数图表的参数数值都是按照从下往上递增的方式增加的，许多日常用品，比如水杯、浴缸和垃圾桶，也都自下往上被填满的；但在元素周期表中，无论是原子序数、原子质量还是原子半径等等，都是反过来从上往下递增的。这种矛盾感在我们谈论化学中的“构造原理”（aufbau principle）时显现得尤为突出，这个定理涉及到电子层轨道的填充顺序。

因此Poliakoff认为，如果将元素周期表绕水平轴翻转180°，或许就能避免一些这样的问题。这样一来，一些较轻的元素就被放在了底部，而重元素则处于顶部，元素的大多数性质也都开始由下而上地增加。所以，当电子的最低能量轨道被“填满”时，构造原理会变得更加直观，就像玻璃杯被水由下而上填满一样。

Poliakoff将这张翻转过后的元素周期表以非正式地形式展示给了包括IUPAC（国际纯粹与应用化学联合会）在内的一些化学委员会成员，结果收获了大量的正面评价。这让他非常惊喜，因为在多年前，人们曾提出要将周期表中每一组元素的标记从字母（A、B、C……）改为数字（1-18），结果遭到当时化学家们的强烈抗议。而与改变编号的形式相比，Poliakoff等人所建议的改动可以说是非常巨大的。

在收获了许多积极的回应之后，Poliakoff邀请了他的女儿Ellen Poliakoff（一位实验心理学家）以及她的合作者Alexis Makin来参与这项研究。心理学家用更严格的方法来测试人们对新周期表的感受。

他们邀请了24名非化学专业的受试者来参与心理实验，在实验中，元素周期表中的字母和数字等信息都被全部隐去了，只保留了周期表的形状。他们追踪受试者的目光的位置，描绘出它们的视线在元素周期表上的查看模式和速率。实验设计者试图从这两种正好相反的图表的受欢迎程度、对称度以及人们目光的集中处来进行分析。

从受欢迎的角度来看，结果显示传统周期表的偏好度要略高于翻转之后的周期表。不过在实验中，有6个人认出了这是元素周期表，因此这或许涉及到科学美学中的“单纯呈现效应”，也就是说人们更喜欢以前看过的东西，而不是新奇的东西，即使那只是没有有意识的记忆。从对称的角度看，认为传统的周期表更对称的人与认为翻转之后更对称的人的数量是相同的。

○ 两种周期表的平均注视时间。实验中共有24位参与者，每人进行4次测试。从绿色到红色表示注视时间不断增加。在这两种布局中，人们都用最多的时间观察中心位置，他们的视线也都被吸引到了较轻元素的区域。 | 图片来源：[1]

在追踪视线时，研究人员还发现了一个令他们惊讶的结果。对于这两种不同版本的周期表，受试者的大部分视线都停留在了中心区域：但是对传统的周期表，他们的视线会被向上牵引；而在翻转之后的周期表上，他们的视线会被向下牵引，只不过程度会稍微小一点。所以，把元素周期表倒过来的同时可能意味着也将人们观察图像的方式倒转了过来。不过这个实验是在图表中没有任何字母的情况下进行的，如果加上字母的话，人们的行为或许会有所不同。

同时，Poliakoff也表示，在收到了众多正面评价后，他们的确希望人们能认真考虑这一建议，也希望能听听大家对这个新观点有什么看法；但他们并不是说这种翻转的版本在任何方面都比传统的表格“更正确”，而是想要强调它可能具有的三个优势：

第一，它可能使构造原理这个并不易懂的化学定理更好理解，从而激发更多的孩子学习化学的兴趣；

第二，从新的角度看问题往往能激发一些新的想法，所以翻转过后的表格或许能带给所有人一个新的视角；

第三，在元素周期表诞生的150周年之后，化学家们有必要展示为了迎接新的挑战，元素周期表正在不断演变。

你认为呢？

编译：糖兽

参考链接：

[1] https://www.nature.com/articles/s41557-019-0253-6#MOESM1

[2] https://www.manchester.ac.uk/discover/news/turn-the-periodic-table--upside-down-argue-scientists/