臺灣化學教育

2019國際元素週期表年(IYPT)：鉻不叫Chromium，也是五彩繽紛！

­元素名稱字源趣談

李祐慈

國立臺灣師範大學化學系

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　　對化學家來說，Chromium不只是Google瀏覽器的名稱，更是鉻元素最貼切的名字。鉻化合物有多種顏色，其礦石常用於油畫等顏料。1797年，藥劑師兼化學家沃克蘭（Nicholas Louis Vauquelin ）分離出鉻（Cr, chromium）元素時，就以希臘文中表示顏色、顏料的字根chrome，加上金屬元素常見的字尾-ium命名。和英文當中的chroma（彩度）、polychrome（多彩，指印刷等）、chromatography（色層分析法），chromosome（染色體）等，是同樣的字根來源。

　　週期表上的元素按原子序排序，秩序井然。但名稱卻五花八門，饒有趣味。2017年，IUPAC正式頒佈了週期表第七列上第113號鉨（Nh，nihomium）、115鏌（Mc，moscovium）、117（Ts，tennessine）和118（Og，oganesson）號元素的符號與命名。這對化學家來說，就像是每個元素都被賦予了獨特的性格和歷史，從此以後再也不用面對冷冰冰又念不出來的Uup、Uuo等符號了^[1]！細究各元素名稱由來，正是一部化學發展史的微小縮影，值得我們細細玩味！

n   氫生水、氧生酸、氮生硝

　　傳統的週期表形式，將元素按照原子序排列，而名稱則隱含了個別元素的化學性質。許多元素的名稱來自於其化學特性或化學反應（參照表一）。如與人類生存最息息相關的氣體元素：氫（H, hydrogen）、氧（O, oxygen）和氮（N, nitrogen），名稱分別來自於希臘字根的hydro（水）、oxys（酸）、nitron（或nitre，硝石，指硝酸鉀）與gen（產生、創造）字根結合，名稱中即說明了它們具代表性的化學反應或化合物。又如鹵素（halogen）可與金屬生成鹽類，名稱源於希臘字根hals（鹽）與gen（產生、創造），「鹵」正是中文對鹽類的古稱。

　　hydro（水）加上dynamis（力量），就成為hydrodynamics（流體力學）。既oxys（尖酸）又moros（愚蠢）的描述，叫做oxymoron（矛盾修飾法）。而化學家研究物質的生滅，也在探索生命的根源，就如同人類以科學的角度，研究gene（基因）和genetics（遺傳學），或是以神學的角度，寫下Genesis（舊約創世紀）。

n   氟會流、氯很綠、溴好臭

有特殊顏色、氣味，或其他物理性質的元素，也常得到相對應的名稱。氟（F, fluorine）的名稱源於拉丁字根fluere（流動），與fluid（液體）、fluent（流利）這些常見字彙同源。據說是因為從前冶金常以螢石（fluorite, CaF₂）作為助熔劑（flux）。氯（Cl, chlorine）就如中文名稱所暗示的，來自於希臘字根khloros（綠色），當然和chlorophyll（葉綠素）、chloroplast（葉綠體）一樣，都是綠色的！溴（Br, bromine）的蒸氣相當刺鼻，是讓人難以忍受的bromos（希臘字根：惡臭），真是名符其實的「臭水」了。 

n   多采多姿的週期表

週期表中，有不少元素是以顏色命名（參見表二）。但本身具有顏色的元素其實不多。除了氯（Cl, chlorine）、碘（I, iodine）理所當然的得到相對應的名稱，最幸運的大概就是鋯（Zr, zirconium）了。在眾多銀白閃亮的金屬元素中，只有鋯和鋯石（zicron）得到了來自阿拉伯字根zargun（金色）的「金光閃閃」的名字。

莎士比亞說過，玫瑰不叫玫瑰，還是一樣芬芳，但玫瑰如果不叫rose，銠（Rh, rhodium）也不叫rhodium啦！銠的一種氯化物會呈現美麗的玫瑰紅色，因此以希臘字根rhodon（玫瑰）命名。

有些元素的名稱來源，不是因為元素本身或是化合物的顏色，而是原子光譜中的代表譜線。如銫（Cs, cesium）、銦（In, indium）、銣（Rb, rubidium）、光譜中會出現強烈的caesius（天藍色）、indicum （靛藍色）、rubidus（深紅色）特徵譜線，當然可讓人連結到indigo（靛藍）、ruby（紅寶石）等常用字了。而銫元素以字源來說，甚至可能牽連到Caesar（凱撒）、德國的Kaiser（君王），和俄國的Tsar（沙皇）呢！ 

n   眾神的國度

　　許多元素的化合物，特別是過度金屬的錯合物，具有五彩繽紛的顏色。例如銥（Ir, iridium）的名稱得自拉丁字根iris（彩虹）。Iris也是希臘的虹彩女神，或可指眼睛的虹膜，而銥的鹽類具有多種顏色，真是iridescent（色彩斑斕的）無誤。

　　虹彩女神並不孤單，週期表中還有不少元素是以神話中的人物命名（參見表三）。鉭（Ta, Tantalum）和 同族的鈮（Nb, Niobium）性質相似，在礦物中經常共生，好比「有其父必有其女」的坦塔洛斯（Tantalus）和尼俄比（Niobe）。希臘神話中，塔坦洛斯和尼俄比都因過於驕傲，觸怒眾神，受到嚴厲處罰。塔坦洛斯被處罰終生站在河中，卻喝不到水；眼前果樹結實累累，卻吃不到果實。如此tantalizing（誘人），有如近在咫尺，卻又遠在天邊的煎熬，正是當初分離鉭元素過程的寫照，故以此命名。

鉕（Pm, Promethium）是鑭系中唯一的放射元素。放射性元素隱藏了無比威力，取決於人類是否有足夠的智慧駕馭與正確的使用，就如勇敢盜火的普羅米修斯（Prometheus）送給人類的禮物。北歐的神祇也不甘寂寞，釩（V, Vanadium）與釷（Th, Thorium），名稱分別來自北歐神話的愛神凡納迪斯（Vanadis）和雷神索爾（Thor），都是由瑞典化學家所命名。 

n   古老的元素

　　化學家熱愛規則與形式，當早期化學家為新發現的元素命名時，即已努力將其系統化。週期表中最明顯的系統，就是字尾規則，例如金屬（-ium）、鹵素（-ine）、非金屬（-on）等（見圖一）。

但週期表中，有 17個元素名稱沒有任何可分辨的字尾形式。這17個元素是在1784年就已發現並命名的錳（Mn, manganese）、鐵（Fe, iron）、鈷（Co, cobalt）、鎳（Ni, nickel）、銅（Cu, copper）、鋅（Zn, zinc）、鎢（W, tungston）、銀（Ag, silver）、金（Au, gold）、汞（Hg, mercury）、磷（P, phosphorous）、硫（S, sulfur）、砷（As, arsenic）、銻（Sb, Antimony）、鉍（Bi, bismuth）、錫（Sn, tin）、和鉛（Pb, lead）。

圖一：週期表元素之字尾規則分類：以-ium或-um結尾之元素（灰底）有83個（含Nh、Mc）， 除了He和Se以外，其餘皆為金屬元素；以-ine結尾（桃紅）的鹵素元素有6個（含Ts）；以-on結尾的有兩類：B、C、和Si這3個非金屬元素（綠色）和6個惰性氣體（含Og，但不含He）（橘色）；H、N、和O這三個氣體元素是以-gen結尾（ 藍色）。另有17個元素沒有任何可分辨的字尾規則（駝色）。原圖出自Thornton (2013)，根據2012年之週期表製作，當時的四個空格，在2017年已正式命名補滿。Reprinted (adapted) with permission from Nature Chemistry, 2013, 5, 350-352. Copyright 2013 Springer Nature.

　　這17種元素，都是早在兩百多年前就已為人所知。其中一部分，例如鐵（iron）、銅（copper）、金（gold）等，甚至在「元素」的概念成形之前，就已被認為是一種「純物質」。早在化學系統化的發展之前，人們就熟知這些元素，在生活中多有利用。古老元素的名稱經常來自於不同地區對這些物質的稱呼（參見表四），例如鋅（Zn, zinc）的名稱來自於德文Zinke（「鋸齒狀物」之意，可能指此元素冶煉時的外觀）。鈷（Co, cobalt）和鎳（Ni, nickel）的名稱來自於德文小鬼（Kobald）和撒旦的名字（Old Nick），都是在形容古時人類尋找與冶煉這些金屬困難重重，有如遭邪靈阻礙。鎢（W, tungsten）是唯一名字來自於瑞典文的的元素，意思是「重」（tung）的「石頭」（sten）。

一般來說，元素的符號大多對應到其英文名稱的前1-2個字母，但有些古老元素的符號與名稱則乍看之下風馬牛不相及，這是因為兩者來自不同的語源。例如鐵（Fe, iron）、鉛（Pb, lead）、金、（Au, gold）、銀（Ag, silver）的名稱是盎格魯撒克遜語源，但符號則分別來自拉丁文的ferrum、plumbum、aurum、argentum。這些字源也常見於一般的字彙如ferromagnetic（鐵磁性）、plumber（鉛管工人）、aureole（聖徒的金色光圈）、Argentina（阿根廷，意為銀之國或閃亮之國）等。 

n   英國的鋁和美國的鋁

週期表放眼望去，是一片廣大的「金屬之海」。週期表中以金屬元素最多，除了1784年就已發現並命名的17個元素，名稱沒有任何可分辨的字尾形式，所有其他的金屬都是-ium。也有少數的金屬元素，是以-um結尾，例如鉑（Pt, Platinum）、鑭（La, Lanthanum）和鉬（Mo, Molybdenum）等。

在現有的118個元素中，總共有83個是以-ium或-um結尾。金屬的-um字尾原本來自於拉丁文中的金屬字尾，例如先前介紹的ferrum、plumbum、aurum、argentum。但為什麼-um又會大幅轉換為-ium呢？具體的原因已不可考，據說是十九世紀初期的化學家偏好-ium的字尾。例如鋁（Al, aluminium）元素，戴維原本在1812年命名為Aluminum。有化學家認為這個名字過度「典雅」（classical，白話一點，就是說它太「假高尚」了啦！），遂改為Aluminium。如今大多數的國家，包括英國，都採用Aluminium，以符合大多數金屬元素字尾規則。反倒是戴維取的原名Aluminum流傳到美國，並繼續沿用，且隨著美式英語的流行，普及到眾多非英語系國家。到底何者比較「上流」呢？就見仁見智囉。

n   各式各樣的礦石

　　鋁的名稱源於其礦石alum（明礬），明礬自古以來就有淨水、殺菌、與止血等用途。金屬元素中，有相當多是以其礦石或礦物質來源命名（參見表五）。例如鈹（Be, berylium）的名稱來自含鈹的礦石beryl（綠柱石），晶形美麗的beryl礦石，可能成為寶石emerald（祖母綠）。

　　以礦物或礦石命名的元素，反映出過去兩三百年來人類使用這些元素的習慣。鈉（Na, sodium）和鉀（K, potassium），名稱分別來自於過去人類生活中常用的鹼性物質：soda（蘇打）和potash（草鹼）。Soda是多種含鈉的鹼性物質的統稱，來自特定的草木灰。例如lye（鹼液）或caustic soda（苛性鈉）的主成分為氫氧化鈉、washing soda是碳酸鈉（「蘇打」），baking soda是碳酸氫鈉（「小蘇打」）。以「小蘇打」製作的餅乾當然就是soda-cracker（蘇打餅）。小蘇打水溶液加酸生成二氧化碳，引申出soda water（蘇打水、氣泡水，雖然現在的蘇打水當然不是這麼做出來的）。Potash也是多種水溶性鉀鹽的統稱，由pot和ash兩字組合而成，直譯為草木灰泡成的「一盆灰水」。鉀的元素符號來自拉丁文的Kalium（鹼），鹼金屬元素alkali來自於阿拉伯文，即the kali（鹼性物質）之意。

　　鈣（Ca, calcium）的名稱源於拉丁文的calx（石灰）。Calx原是泛指金屬燃燒後生成的土灰（燒渣），鍛燒的過程稱為calcination。Calx也可特指氧化鈣（石灰），英文是lime。Limestone（石灰岩）是碳酸鈣岩，如常見的大理石，加熱後會產生lime。

n   週期表中的太陽系

　　以ium結尾的元素中，偏偏有兩個不是金屬，那就是氦與硒。硒（Se, selenium）於1817年左右由貝吉里斯所發現。硒的外觀呈鐵灰色，貝吉里斯當時認為它是金屬。硒與同一家族的碲（Te, tellurium）性質相近，容易混淆。碲的名稱來自於拉丁文的tellus（地球），因此就以相對的selene（月亮）為硒命名，但現今將它分類為類金屬。而氦（He, helium）是1860年代由太陽光譜中辨識出來，故以helios（太陽）命名，且也誤認其為金屬元素。當時的化學家對氦毫無認識，也無從研究。直到1888年，美國地質化學家希爾布蘭德（William Francis Hillebrand）從鈾礦中分離出氦（但誤判為氮氣），又到1895年經拉姆賽（William Ramsay）重新鑑定而更正，化學家才逐漸了解其惰性氣體之特性。過去曾有人提議將氦改名為helion，以符合其他惰性氣體家族命名原則，但helium一名既已約定成俗，也沿用至今。

　　週期表中有太陽、月亮、地球，還有沒有別的星體呢（參見表六）？1789年發現鈾（U, uranium）時，為了紀念當時發現不久的Uranus（天王星）而以此命名。當並排的錼（Np, neptunium）和鈽（Pu, plutonium）在1940年發現時，也就順理成章的以Neptune（海王星）、Pluto（冥王星）命名了。

　　鈀（Pd, palladium）和鈰（Ce, cerium）的名稱來自於同時期發現的，在火星與木星之間的小行星Pallas（智神星）與Ceres（鼓神星）。如果再把也可代表金星（Venus）和水星（Mercury）的釩（V, vanadium）和汞（Hg, mercury）也算上，只差幾個，就可以湊齊太陽系啦！

n   炭中有碳

　　非金屬元素中，有兩組是以-on結尾。碳（C, carbon）是最古老的非金屬元素之一。1787年，拉瓦節原將碳元素命名為charbone，和charcoal（煤炭）都是來自於同樣的拉丁語源carbonem。碳的最後一個音節on變成了鄰居硼（B, boron）和矽（Si, silicon）的字尾，在語言學中有「類似碳的元素」之意。硼和矽在發現的早先都被誤認為金屬，戴維原將硼命名為boracium，源於borax（硼砂），貝吉里斯將矽命名為silicium，源於silica（矽石，二氧化矽），但都在短期內就經確認而改正。

n   自成一格的惰性氣體

　　另一組以-on結尾的元素是惰性氣體家族，大多由其拓荒者拉姆賽所命名。為新元素命名並非易事，拉姆賽自己就曾說過：「英文字母只有二十六個，化學元素卻已經超過七十個。要選一個尚未使用的名稱及對應的化學符號已經不容易，名稱還要能描述元素特質，更加困難。」1894 – 1898年間，氬（Ar, argon）、氖（Ne, neon）、氪（Kr, krypton）、氙（xenon）陸續被發現及命名，名字分別來自希臘字根argos（懶惰的）、neos（新的）、kryptos（隱藏的）、xenos（奇異的）。惰性氣體的命名，充分彰顯了這個家族的發現不易，須以「茍日新，日日新，又日新」的精神，才能挖掘出其「安逸」地「隱身」於其他元素中的「奇異」安定特性。這項困難的任務，拉姆賽真是做得不錯！

　　neos（新的）是常見的前綴字首，可與其他字彙結合而生新意，如neoclassical（新古典主義的）、neoplasm（新生質、腫瘤）。lethe（遺忘）和argos（遲鈍）組成lethargy（昏睡），正是「忘卻人間事」地「睡他個昏天暗地」！隱密（kryptos）的書寫（graph），就是cryptography（密碼學）。最後，有些人有xenophobia（恐外國人症），不外乎是認為外國人「非我族類」，都很「奇異」！

　　惰性氣體中稍後才發現的氡（Rn, radon），名稱來自於發現氡元素的來源鐳（Ra, radium）。1898年由居里夫人發現的鐳元素，本身名稱則是來自拉丁字根radius（放射），描述它的放射特性。說到鐳的性質，當然也少不了radiation（輻射）、radioactivity（放射活性），以及在黑暗中也是radiant（光芒四射）這些字眼了。

n   插旗競賽：永垂不朽的科學家名錄

　　19世紀中旬到20世紀中旬，科學家四處攻堅週期表上尚未填滿的空格，搶先以各自的祖國命名插旗（見表七）。鎵（Ga, gallium）和鍺（Ge, germanium）比鄰而居，一如它們的母國Gallia（高盧）與German（日耳曼）。法國還佔領了鍅（Fr, francium）與鎦（Lu, lutetium）。俄國占領了釕（Ru, ruthenium），居里夫人為她的祖國波蘭贏得釙（Po, polonium）。在過去尚未有IUPAC規範的年代，一切成者為王，先喊先贏，一村如鍶（Sr, strontium）、一河如錸（Re, renium），均可上榜。最大贏家非瑞典東岸的伊特比村（Ytterby），莫屬，這個無人知曉的小村礦廠，不但出產了七種新的未知元素，甚至贏得了其中四個的命名：釔（Y, yttrium）、鋱（Tb, terbium）、鉺（Er, erbium）、鐿（Yb, ytterbium）。其中鋱、鉺、鐿都是鄰近的鑭系元素，有如長相相同，名字相近的三胞胎，連媽媽都會叫錯。

　　當1789年鈾元素發現時，是人類所知的最後一個元素。此後的大約一百五十年間，鈾都是週期表上的終點。很長一段期間，科學家忙著填補原子序1-92號之間的空格，無暇思考「超鈾元素」的可能。

圖二：以化學元素標示之地圖。原圖出自Ringnes (1989)，紅字為之後新增的元素。Reprinted (adapted) with permission from Journal of Chemical Education, 1989, 66(9), 731-738. Copyright 1989 American Chemical Society.

　　依據現代化學（chemistry）的概念，古代煉金術（alchemy）嚮往的「點石成金」是不可能的，因為化學反應中，元素只會重組，不會改變。但1936年，人類首次以人工方式合成出元素鎝（Tc, technetium），證明了科學家能藉由高能粒子的碰撞，改變原子核的結構，創造出自然界中不存在或無法穩定存在的新元素。這是棋高一著的「現代煉金術」。鎝以希臘字根technetos（人工）命名，是technology（科技）、technique（技術）最好的象徵。隨著人類對放射性元素的了解與粒子迴旋加速技術的掌控日增，爾後10年間，不但陸續發現了長久以來身分不明的87, 85, 61號元素，正式完成1-92號的週期表，更在1940年合成出93號的錼，開啟了「超鈾元素」的篇章。

　　原子序超過92的「超鈾元素」都是人工合成元素，在自然界中幾乎不存在。這些元素大多半衰期短，具有高度放射性，難以穩定的元素或化合物形式存在，象徵的意義大於實用的目的。科學家在週期表的邊境開疆闢土，將人類的心智推展與延伸至極限。自原子序96號起的人造元素命名，獻給了多位偉大的科學家與原子物理學家（參見表七）。再也沒有別的方式，更能代表這些人類偉大心智的結晶。

　　人工合成元素需要耗費鉅額的資金，也是國力的展現。近年來新發現的人造元素命名，逐漸走向表揚研究團隊、與其所屬地域（參見表七、表八）。（Sg, seaborgium）的名稱來自於發現10種超鈾元素的美國核化學家西博格（Glenn Seaborg），是第一位以當代還在世化學家命名的元素。有人曾打趣說，你可以完全用元素的名稱，寫成一封信的收件地址，例如：

Seaborgium,

Lawrencium,

Berkelium, Californium, Americium

　　保證能順利寄達西博格所在的研究室：美國加州伯克萊的勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Lab, LBNL）。

這個地址讓俄國人大為羨慕，直到2017年，俄國人終於也能驕傲的拿出一個元素地址：

Organesson,

Flerovium,

Dubnium, Moscovium, Ruthenium

　　這麽寫可寄到俄國莫斯科州杜布納市的「聯合核能研究所」（Joint Institute of Nuclear Research），交到領導「佛雷洛夫核反應實驗室」（Flerov Laboratory of Nuclear Reactions, FLNR）的科學家奧加涅相（Yuri Oganessian）手中。看來二戰以來的美俄科學競賽，還真是沒完沒了。奧加涅相也成為西博格之後，第二位還在世時就榮獲元素命名殊榮的科學家。

n   結語

週期表的建立，見證了過去將近兩百五十年來，人類無止盡的求知慾，以及不惜一切代價突破科學極限的卓絕毅力。有史以來，週期表第一次排成了一個完整而美麗的方形，對科學家個人來說，能在短暫的生命期間恭逢此一盛事，是空前而絕後的。這118個獨特的元素，如同118顆鑲嵌在夜空璀璨的星辰，它們每一個獨特的名字，都發出響亮的回音。What’s in a name? Everything is in a name!　每個元素的名字，都是人類對它發出最崇高的禮讚。

表一：元素的命名——依化學或物理性質

No.	符號	名稱	名稱來源
1	H	Hydrogen	Gr., hydros（水）＋gen（創造、產生）
7	N	Nitrogen	Gr., notron ”nitre”（硝石）＋gen（創造、產生）
8	O	Oxygen	Gr.,oxys（酸）＋gen（創造、產生）
9	F	Fluorine	Gr.,fluere（流動）
10	Ne	Neon	Gr.,neos（新的）
15	P	Phosphorous	Gr.,phos（光）＋phoros（攜帶者）
18	Ar	Argon	Gr.,argos（懶惰、遲鈍的）
25	Mn	Manganese	L.,magnes（磁鐵）
35	Br	Bromine	Gr.,bromos（惡臭）
36	Kr	Krypton	Gr.,kryptos（隱密）
42	Mo	Molybdenum	Gr.,molybdos（鉛）
43	Tc	Technetium	Gr.,technetos（人造的）
51	Sb	Antimony	Gr.,anti（否定字首）＋monos（單獨的）
54	Xe	Xenon	Gr.,xenos（奇異的）
56	Ba	Barium	Gr.,baryos（重的）
57	La	Lanthanum	Gr., lanthanein（隱藏的）
60	Nd	Neodymium	Gr.,neos（新的）＋ didymos（雙生）
66	Dy	Dysprosium	Gr.,dysprositos（難以獲得）
74	W	Tungsten	Sw.,tung（重的）＋sten（石頭）
76	Os	Osmium	Gr.,osme（氣味）
78	Pt	Platinum	Sp.,Platina（微小的銀）
85	At	Astatine	Gr.,astatos（不穩定）
86	Rn	Radon	“from radium”
88	Ra	Radium	L., radius（光輝）
89	Ac	Actinium	Gr.,aktinos（光輝）
91	Pa	Protactinium	Gr.,proto（原生）＋actinium

字根來源縮寫：Gr. = Greek（希臘）、L. = Latin（拉丁）、Ang.-Sax. = Anglo-Saxon（盎格魯撒克遜）、Ger. = German（德語）、Eng. = English（英語）、Swed. = Swedish（瑞典語）、Sp. = Spanish（西班牙語）、ME=Middle English（中古英語）

表二：元素的命名——依顏色

No.	符號	名稱	名稱來源
17	Cl	Chlorine	L., chloros（黃綠色）
24	Cr	Chromium	Gr.,chroma（色彩）
37	Rb	Rubidium	L., rubidius（深紅色）
40	Zr	Zirconium	Ar., zargun（金色）
45	Rh	Rhodium	Gr., rhodon（玫瑰）
49	In	Indium	L., indicum（靛藍色）
53	I	Iodine	Gr., iodes（紫色）
55	Cs	Cesium	L., caesius（天藍色）
59	Pr	Praseodymium	Gr., prasios（蔥綠色）＋ didymos（雙生）
77	Ir	Iridium	L.,iris（彩虹、希臘神話彩虹女神）
81	Tl	Thallium	L., thallos（新發的綠枝）
83	Bi	Bismuth	Ger.,Weisse Masse “white mass”（白色塊狀物）

表三：元素的命名——依神話

No.	符號	名稱	名稱來源
22	Ti	Titanium	Titan（希臘神話之泰坦巨人）
23	V	Vanadium	Vanadis（北歐神話之美麗女神凡納迪斯）
41	Nb	Niobium	Niobe（希臘神話中坦塔洛斯之女尼俄伯）
61	Pm	Promethium	Prometheus（希臘神話之盜火者普羅米修斯）
73	Ta	Tantalum	Tantalus（希臘神話中宙斯之子坦塔羅斯）
77	Ir	Iridium	Iris（彩虹、希臘神話彩虹女神）
80	Hg	Mercury	Mercury（羅馬神話中傳信使者墨丘利，即希臘神話之荷米斯Hermes）。符號來自Gr.,hydragyrum（液態銀）
90	Th	Thorium	Thor（北歐神話之雷神索爾）

表四：元素的命名——依其古稱

No.	符號	名稱	名稱來源
6	C	Carbon	L., carbo
16	S	sulfur	L.,sulpur
26	Fe	Iron	L., ferrum; Ang.-Sax. iron
27	Co	Cobalt	Ge.,kobold（德國妖精之名）
28	Ni	Nickel	Ge.,Kupfernickel, ”O Nick’s copper”（撒旦的銅）
29	Cu	Copper	L.,cuprum
30	Zn	Zinc	Ger.,Zinke
47	Ag	Silver	L., argentum; Ang.-Sax.,Seolfor
50	Sn	Tin	L., stannum; Ang.-Sax.,tin
79	Au	Gold	L.,aurum; Ang.-Sax.,Gold
82	Pb	lead	L., plumbum; Ang.-Sax.,Lead

表五：元素的命名——依礦石

No.	符號	名稱	名稱來源
3	Li	Lithium	Gr., lithos（石頭）
4	Be	Berylium	Gr.,Beryllo “beryl”（綠柱石）
5	B	Boron	Ar.,buraq “borax”（硼砂）
11	Na	Sodium	“soda”（蘇打，泛指多種含鈉的鹼性物質）; L., natron（碳酸鈉礦）
13	Al	Aluminium	L.,alumen “alum”（明礬，作為止血劑）
14	Si	Silicon	L., silex “silicate”（燧石，即二氧化矽）
19	K	Potassium	Ang.-Sax., potash（草木灰）; L., Kalium（鹼）
20	Ca	Calcium	L.,calx（石灰）
33	As	Arsenic	Gr.,arsenikon （雄性、強壯）
48	Cd	Cadmium	Gr.,cadmia “calamine”（卡拉明洗劑，主成分為碳酸鋅，內含鎘）
62	Sm	Samarium	“Samarskite”（鈮釔礦）
64	Gd	Gadolinium	“gadolinite”（矽鈹釔礦）

表六：元素的命名——依天體

No.	符號	名稱	名稱來源
2	He	Helium	Gr., helios（太陽）
34	Se	Selenium	Gr., selene（月亮）
46	Pd	Palladium	Pallas（智神星，一個小行星）
52	Te	Tellurium	Gr., tellus（地球）
58	Ce	Cerium	Ceres（穀神星，一個小行星）
92	U	Uranium	Uranus（天王星）
93	Np	Neptunium	Neptune（海王星）
94	Pu	Plutonium	Pluto（冥王星）

表七：元素的命名——依地名

No.	符號	名稱	名稱來源
12	Mg	Magnesium	Magnesia（美格尼西亞）
21	Sc	Scandium	Scandinavia（斯堪地那維亞）
31	Ga	Gallium	L.,Gallia（高盧，法國古稱）
32	Ge	Germanium	Germany（德國）
38	Sr	Strontium	Strontian（蘇格蘭斯特朗申）
39	Y	Yttrium	Ytterby（瑞典伊特比）
44	Ru	Ruthenium	L.,Ruthenia（羅賽尼亞，俄國古稱）
63	Eu	Europium	Europe（歐洲）
65	Tb	Terbium	Ytterby（瑞典伊特比）
67	Ho	Holmium	Stockholm(Hormia)（瑞典斯德哥爾摩）
68	Er	Erbium	Ytterby（瑞典伊特比）
69	Tm	Thulium	L.,Thule（圖勒，斯堪地那維亞古稱）
70	Yb	Ytterbium	Ytterby（瑞典伊特比）
71	Lu	Lutetium	Paris(Lutecia)（法國巴黎）
72	Hf	Hafnium	Copenhagen (Hafnia)（丹麥哥本哈根）
75	Re	Rhenium	L.,Rhenus（萊茵河之古稱）
84	Po	Polonium	Poland（波蘭）
87	Fr	Francium	France（法國）
95	Am	Americium	The Americas（美國）
97	Bk	Berkelium	Berkeley（美國加州柏克萊）
98	Cf	Californium	California（美國加州）
105	Db	Dubnium	Dubna（俄國杜布納）
108	Hs	Hassium	Hesse（德國黑森）
110	Ds	Darmstadtium	Darmstat（德國黑森達姆斯塔特）
113	Nh	Nihonium	Nihon（日本）
114	Fl	Flerovium	Flerov（俄國佛雷洛夫核反應實驗室）
115	Mc	Moscovium	Moscow（俄國莫斯科）
116	Lv	Livermorium	Livermore（美國勞倫斯利佛摩國家實驗室）
117	Ts	Tennessine	Tennessee（美國田納西州）

表八：元素的命名——依科學家

No.	符號	名稱	名稱來源
96	Cm	Curium	Marie and Pierre Currie（居里夫婦，釐清元素放射性）
99	Es	Einsteinium	Albert Einstein（愛因斯坦，提出相對論，光電效應等）
100	Fm	Fermium	Enrico Fermi（費米，主持曼哈頓計畫）
101	Md	Mendelevium	Dimitri Mendeleev（門得列夫，提出週期表）
102	No	Nobelium	Alfred Nobel（諾貝爾，發明黃色炸藥，設置諾貝爾獎）
103	Lr	Lawrencium	Ernest O. Lawrence（勞倫斯，開發迴旋加速器）
104	Rf	Rutherfordium	Ernest Rutherford（拉塞福，提出原子核結構）
106	Sg	Seaborgium	Glenn T. Seaborg（西博格，發現多種超鈾元素）
107	Bh	Borium	Niels Bohr（波耳，量子理論的創始物理學家之一）
109	Md	Meitnerium	Lise Meitner（麥特納，核物理學家）
111	Rg	Roentgenium	Wilhelm Rontgen（倫琴，發現X射線）
112	Cn	Copernicium	Nicolaus Copernicus（哥白尼，提出日心說）
118	Og	Organesson	Yuri Oganessian（奧加涅相，核物理學家）

n  參考資料

1.          Ball, D. W. (1985). Elemental Etymology: What’s in a Name?Journal of Chemical Education, 62(9), 787-788

2.          Thornton, B. F. and Burdette, S. C. (2013) The ends of elements. Nature Chemistry 5, 350-352

3.          Loyson, P. (2010). Influences from Latin on Chemical Terminology. Journal of Chemical Education, 87(12), 1303-1307

4.          Loyson, P. (2010). Influences from Greek on Chemical Terminology. Journal of Chemical Education, 86(10), 1195-1199

5.          Ringnes, V. (1989). Origin of the Names of Chemical Elements. Journal of Chemical Education, 66(9), 731-738

6.          Wolke, R. L. (1992). Names and Discoverers. Journal of Chemical Education, 69(2), 171

7.          大嶋建一著、高佩琳譯，看得到的化學—美麗的元素。大是文化出版（2019）

8.          巴金漢（John Buckingham）著、李祐慈譯，超乎想像的化學課。天下文化出版 

2019國際元素週期表年(IYPT)：

煉金術經濟學──從商業活動來看現代化學的誕生

蔡文潔^1、戴桓青² 

福建農林大學傳媒系／實踐大學管理學院創意產業博士班¹

國立台灣大學化學系^2*

[email protected]²

中世紀歐洲的煉金術，其實就是現代化學的前身。在16-17世紀，鍊金術逐漸催生出現代化學。可惜的是，鍊金術在數百年來長期被污名化，連帶煉金術士這類化學從業人員也被誤解。假如我們從商業活動的角度去還原煉金術士的職業性質，會發現他們其實主要是藥劑師與藥房主人，是當時有限科技水平下的實業家，不只是江湖術士。從這樣的觀點出發，我們才能客觀地了解鍊金術的價值與成就。

　　化學的起源，來自於古代文明對於物質本質的思考。古代中國人認為有金木水火土五類元素。古代希臘人則認為土、空氣、水與火是基本元素。到了十六世紀，瑞士人帕拉塞爾蘇斯(Paracelsus, 1493–1541)認為，基本的元素有三類：硫、汞與鹽。物質的本質到底是什麼，一直都是科學與自然哲學中最基本的核心問題。

　　人類所接觸到的第一個元素，應該是碳。自從人類在一百萬年前懂得用火之後，就有能力焚燒木材製造木炭。木炭的燃燒溫度遠高於木材，達到攝氏1100度，因此有助於各項冶金技術，也造就了煉金術的開端。而人類用化學方法所製造出的第一個元素則是磷。在1669年，德國煉金術士亨尼格·布蘭德(Hennig Brand)利用曲頸玻璃瓶將尿液加熱濃縮，最後竟然得到了白磷。白磷接觸氧氣會發出微弱的冷光，也很容易自燃。如此神秘的元素竟然來自動物體液，開啟了人類研究生物體的化學組成的興趣。當化學實驗技術進步到足以發現新元素的時候，也是注重實證主義的現代化學觀念開始發展之際。

　　一般認為，現代化學起源於英國人勞勃•波以耳(Robert Boyle, 1627-1691)所出版的《懷疑的化學家》(The Sceptical Chymist, 1661)。他所質疑的是中世紀化學那些偏向神祕主義的理論、隱晦的密碼符號與缺乏重現性的秘方。波以耳提倡的是可重現的實驗方法與邏輯辯論(Sutton, 2011)。在那之前的古代化學，被稱為alchemy，中文翻譯為「煉金術」。從十七世紀開始，煉金術漸漸過渡到現代化學，到了十九世紀初，英國人道耳頓所提出的原子說與測得的原子量被科學界接受之後，現代化學正式開展，煉金術也就消失無蹤了。

　　對於今日的科學家來說，alchemy代表一種神祕、過時、錯誤的歷史遺跡，被視為一個”dirty word”。但筆者認為，不論是alchemy還是煉金術，這些名詞本身都長期被科學家與大眾誤解。

　　英文的alchemy（中古拉丁文的alkymia）來自於阿拉伯文al-kimiya，其中”al-“是定冠詞，例如”al jazera”代表”the island”。阿拉伯文kimiya來自希臘文khemia，是冶煉金屬的技術，也是化學的代名詞。英文chemist的字源也是中古拉丁文的alchimista。因此alchemy與chemistry的字源是完全一致的，都是古希臘的化學。用alchemy來貶低十七世紀以前的古代化學，卻用chemistry來表揚波以耳乃至道耳頓以後的近代化學，這種二分法本身就是不科學也不符合歷史的。其實alchemy就是化學，而且中世紀化學家的許多貢獻是不可抹滅的，其觀念就算不正確也有部份是有趣的。

　　中世紀歐洲煉金術最為人詬病的地方，就是在尋找賢者之石(philosopher’s stone)，而提煉賢者之石的密方又用隱晦的密碼編寫，無人能懂也無人複製成功。傳說中的賢者之石，可以將便宜的金屬變成貴重金屬，也可以變出治百病抗老化的神藥。賢者之石固然不存在，但今日的科學家不也試圖將便宜的石墨轉換為高價值的鑽石、碳六十（1996年諾貝爾獎）與石墨烯（2010年諾貝爾獎），並且不斷地提出尋找抗老化藥物的研究計畫（儘管從未有成功案例）？在中世紀不了解化學基本原理的情況下，化學家就已經知道化學知識的應用層面在於材料科學與藥物開發。化學的原理在十七世紀到二十世紀，有了爆炸性的發展，但是二十一世紀的化學逐漸在基本原理上難以取得太多突破，於是化學界重新將研究重點放在材料科學與生物醫藥的應用，不是又回到了歷史的原點？這也證明古代化學家的真知灼見。

　　在煉金術的觀點中，最純粹的金屬是黃金，而其他的金屬都是黃金摻雜了各種雜質所形成的。只要經過適當的純化，縱使步驟複雜，最後都可以回收部分的黃金。以現代的化學元素觀點當然知道這是錯誤的。但是大部分的金屬在自然界也不以元素態存在，需要純化才能獲得，因此純化的邏輯觀念本身並沒有錯。而且阿拉伯的煉金術士也在十三世紀發明了能溶解黃金的王水，至今仍被應用於極高純度黃金的純化。

　　事實上，帕拉塞爾蘇斯(Paracelsus)早在16世紀初，已經提出人體的本質是一種化學系統。他認為煉金術的真正目的並非冶煉黃金，而是要製造有益人體健康的醫藥品。他認為藥物皆有毒，重點是劑量，因此被視為藥物化學與毒理學之父。當時具備化學專業的人士(alchemist)，較少在從事冶金工作，更多是藥劑師（pharmacist或druggist，也常被稱為apothecary）。若要真正了解煉金術的本質，我們必須了解藥劑師(apothecary)這個職業在做什麼。可惜的是，很少科學史著作對於藥劑師(apothecary)的職業本質與商業經營有充分的描述，使得大眾對於這些古代的化學從業人員產生了錯誤印象。

　　Alchemy這個字被汙名化，可以從牛頓(1642-1736)的經歷看出。牛頓曾在劍橋大學擔任盧卡遜(Lucasian)講座(1669-1696)，講授數學與物理，但是也私下研究煉金術，希望能用粒子碰撞的力學來解釋化學反應。之後他遷居倫敦，利用化學專業擔任真正與冶金技術有關的皇家造幣廠的管理人與局長職位(1696-1727)。由此看來，牛頓從事化學專業的時間比物理教授還久，但是卻鮮少人提起牛頓也是化學家，可見煉金術被汙名化的嚴重程度。事實上，牛頓在皇家造幣局提交了非常重要的化學檢驗報告，揭露了各國金幣的實際黃金純度（如圖一），免得英國商人與外國交易時被蒙騙，是了解十八世紀國際貨幣價值的權威文獻(Newman, 1975; Newton 1896)。此外，他還偽裝成顧客，到酒吧裡去蒐集黑市流通的偽幣證據，親自起訴鑄造偽幣的人，樂於扮演化學柯南偵探。　

圖一、牛頓對於各國金幣所提出的檢驗報告 (Newton, 1896)（由Google Books數位化）

　　如果回到十六與十七世紀，一個非學院派、以藥劑師為業的化學家，到底平日如何謀生呢？而筆者為何又會在科研項目裡接觸這個問題呢？這都要從義大利的巴洛克名琴說起（見圖二）。

圖二、左為阿馬悌(Andrea Amati)1570年小提琴，右為史特拉底瓦里(Antonio Stradivari) 1722年小提琴（圖片來源：奇美博物館）。

　　如果說有那一項東西，是幾百年前的古代人做得比現在好，而現代人還得每天使用古董來發揮實用效果，做不出更好的替代品，那肯定就是義大利的古董小提琴了。三百年前在義大利克里蒙納(Cremona)小鎮，住了兩位天才製琴師：安東尼奧•史特拉底瓦里(Antonio Stradivari, 1644-1737)與耶穌•瓜奈里(Giuseppe Guarneri “del Gesù”, 1698-1744)。時至今日，大部分的世界頂尖的小提琴家仍每天使用這兩位老大師的名琴來練習與演奏，生怕失去手中的名琴就失去自己的藝術靈魂，無法在現代提琴中找到替代品。

　　史特拉底瓦里小提琴的塗漆美麗得無與倫比，音色又甜美明亮，三百年來無人能複製。他到底有什麼秘密，在歐美已經辯論了兩百多年，是文化史上一大謎團。美國德州農工大學的Joseph Nagyvary教授首先提出，史特拉底瓦里的塗漆與木材，都藏有化學秘密，是與當地的藥劑師合作的結果(Nagyvary 1978)。那麼，克里蒙納小鎮上的藥劑師（煉金術士兼化學家），又是怎樣的一種職業？

　　　Apothecary這個字，源自於希臘文的apothēkē，原意是顧店的人，通常指的是藥房與藥房的主人。想要了解藥房的生意，首先需做市場調查。在臺灣與日本的城市裡，滿街可見便利商店，其密度是每兩千居民有一家。在十六世紀下半葉，克里蒙納的居民是四萬，卻有三十七家藥房（義大利文speziali），比便利商店的密度還高，可見生意很好。藥房的老闆，主要是具備化學知識的藥劑師。Apothecary賣的不只是藥物，還有化妝品、香料、油漆、顏料、糖果等等加工製品。於是醫師在裡面給人看病當場抓藥，理髮師也在裡面攬客理髮做美容，畫家要選顏料，工人要找油漆，小孩要買糖果，全都聚在店裡，連街頭巷尾的八卦議論也少不了，自然是生意興隆。這樣的商業模式不只有零售（見圖三），還兼批發與製造，有自己的倉庫與工作坊（見圖四）。

圖三(左)、1500年左右的歐洲藥房(An apothecary’s shop, Castello di Issogne, atrium, Valle d’Aosta)（圖片來源：Web Gallery of Art）

圖四(右)、荷蘭畫家Pieter Bruegel the Elder (1525-1569) 所繪製的鍊金術士工作坊(The Alchemist)（Wikimedia公眾領域圖片）

　　有些藥房的帳冊顯示，光是各種精油、樹脂就囤積了幾噸。將樹脂加工得到松香、塗漆、松節油等產品，都牽涉到加熱與易燃物，稍不慎就會引起火災，當然得由藥劑師化學家親自監督。史特拉底瓦里不會在自己家裡煮樹脂做塗漆，過於危險，也沒有閒功夫自己研磨顏料，塗漆所需的各種原料自然是向藥房購買。藥房的零售項目包山包海，不可能都是自己製造，所以每個藥劑師有自己擅長製造的產品類別與外部貨源，必須互相交換批貨。所以不僅扮演藥劑師，當時的化學家更懂得製造、批發與零售，還要應付顧客與街頭巷尾，相當忙碌。這跟傳統上所想像，躲在小房間裡秘密煉丹寫著秘密符號的煉金術士，相當不一樣。藥劑師的核心謀生技能就是將各種植物與礦物轉化為日常商品的化學知識，他們就是古代的化學從業人員。

　　一旦了解城市裡的化學家如何賺錢謀生，煉金術也沒有那麼神秘了。史特拉底瓦里在城裡轉幾圈，就有幾十位的化學家可以幫忙他開發新的材料技術，製作更精美更好聽的小提琴。透過化學分析技術，科學家已經在史特拉底瓦里的塗漆中找出二十多種成份，都是當時藥房經常販賣的商品(Tai, 2009)。反過來說，史特拉底瓦里是一位鮮少離開倫巴第區域的土生土長居民，也無從取得藥房沒有販售的特殊原物料。但是同樣的原物料，透過不同的準備工序與工藝技巧，仍有可能創造出無與倫比的塗漆效果。　

　　小提琴使用數百年必有破損，有嚴重缺損的木料必須被刮除，以新的木材黏上補實，才不會越破越嚴重。修復過程中所移除的木料，成為科學研究的絕佳機會。透過與奇美博物館及國外專家的合作，我們取得了史特拉底瓦里名琴的木材，並發現鋁、鉀、鈉等元素異常增加。因此我們推測史特拉底瓦里習慣用明礬（硫酸鉀鋁）與食鹽（氯化鈉）來處理木材 (Tai 2017)。鋁離子的作用可能是與木材纖維形成配位鍵達成化學交聯。而氯化鈉的作用可能是在冬天乾冷的天氣維持濕度避免乾裂。事實上，用明礬與食鹽處理木材，都是古羅馬時代就知道的技術，而且帕拉塞爾蘇斯曾指出，將木材泡明礬，可以有如石頭般硬化保存的效果 (Waite 2005)。

　　我們注意到，第一位將阿拉伯文的煉金術書籍翻譯成拉丁文的歐洲學者，就是來自於克里蒙納的學者吉拉德(Gerard of Cremona)。在十二世紀他翻譯了阿拉伯名著《論明礬與鹽》（拉丁文De aluminibus et salibus；英文On Alums and Salts）(Cremona, 1929)，也因此史特拉底瓦里會使用明礬與食鹽來處理木材是有其歷史脈絡的，而耶穌•瓜奈里的木材的含鋁量甚至更高。克里蒙納作為鍊金術知識的發源地，也一度擁有全歐洲最高的磚造鐘塔，其藥房行業的發達並不是意外。而阿瑪悌(Andrea Amati, c. 1505-1577)在克里蒙納發明了小提琴，成為史上第一位製琴大師，傳承到十八世紀，形成了高級訂製樂器產業聚落。因此，克里蒙納名琴不只是天才與巧合，更可視為化學與製琴兩個產業的合作結果。事實上，歌劇的發明人蒙台威爾第(Claudio Monteverdi)不但出生於克里蒙納，業餘也喜歡研究鍊金術，還從威尼斯訂製玻璃實驗器皿(Monteverdi 1980)。由此可見，在克里蒙納，煉金術與音樂的結合並不奇特。　

　　木材，是地球上蘊藏量最多的有機物質，也是儲存碳元素最重要的機制。木材是高度複雜的複合材料，一般生物難以消化其中的養分，其化學結構與分子排列仍有許多未知的謎題。後代製琴師一向以為史特拉底瓦里所使用的雲杉與楓木，只是自然風乾的木材。直到科學家進行了元素分析實驗(Nagyvary, 1978; Tai, 2017)，才發現它們經過了多種礦物質的處理，形成了一種有機－無機奈米複合材料。史特拉底瓦里名琴是煉金術結合頂尖工藝與天才創作所留給我們的珍貴文化遺產，也讓我們重新地認識到古代化學技術的價值。就算我們利用多種現代化學的光譜與同步輻射技術，都無法明確了解史特拉底瓦里木材內部的原子分子排列情形。

　　由以上的歷史回顧可知，16-18世紀的煉金術，超越了一般所想像的江湖術士與騙人的玄學。更精準地說，16-18世紀的鍊金術應該稱為現代早期(early modern period)的化學，鍊金術士應該稱為現代早期的化學家，代表性的人物包含牛頓。牛頓將鍊金的技術應用於精準的黃金定量分析，對於國際金融與貿易有重大貢獻。而學院以外的現代早期化學家，擅於經營藥房生意，是涉足製造、批發與零售的實業家。在克里蒙納的現代早期化學家，更協助了製琴大師創造出難以被超越的名琴，其中的材料秘密仍有待現代科學家來發掘。在紀念元素週期表150周年的今天，我們應該記得現代早期化學家的卓越貢獻，而不只是他們無法從鉛與銅之中提煉出黃金的失敗案例。

　　其實古代的化學與人類的文明進展與經濟活動息息相關，其中仍有等待我們去發掘的許多秘密。例如油畫的發明人揚·范·艾克(Jan van Eyck, 1390-1441)，他的油畫筆觸比起十六世紀以後的油畫都精細。這是因為他在乾性油之中添加了特殊的樹脂，造成流動性不一樣。他的配方在十六世紀失傳以後，就無法創造出類似的精細筆觸效果。至今我們既不瞭解其秘方也無法複製，利用現代質譜分析也一籌莫展，只能測出含有萜烯類化合物，無法知道樹脂的種類與調和方式。油畫發明的秘密，還有待未來的有志青年挺身而出，解開這個六百年前重大秘密。

　　飲水思源。當我們慶祝門得列夫的元素週期表150周年，紀念現代化學在原子與元素學說上取得重大突破時，也不應該忘記，古代的化學家也曾經過數千年的積累，在技術上不斷創新突破，為人類的物質文明打下基礎。在古代化學領域中，甚至有一些超越現代科技的成就，值得我們去深思與探討。

n  參考資料

1.          Cremona, G. O., & Steele, R. (1929). Practical Chemistry in the Twelfth Century Rasis de aluminibus et salibus. Isis, 12(1), 10-46.

2.          Monteverdi, C. (1980). The Letters of Claudio Monteverdi. Cambridge University Press.

3.          Nagyvary, J. (1978). History and interpretation of chemical knowledge available to violin makers. Journal of he Violin Society of America, 4(3-4), 147-176.

4.          Nagyvary, J., Guillemette, R. N., & Spiegelman, C. H. (2009). Mineral preservatives in the wood of Stradivari and Guarneri. PloS one, 4(1), e4245.

5.          Newton, I. (1896). Sir Isaac Newton’s Mint Reports. Select Tracts and Documents Illustrative of English Monetary History, 1626-1730.

6.          Newman, E. G. V. (1975). The gold metallurgy of Isaac Newton. Gold Bulletin, 8(3), 90-95.

7.          Sutton, M. (2011). Doubts and paradoxes. Chemistry World, 8(4), 46-49.

8.          Tai, H. C. (2009). Stradivari’s Varnish: A review of scientific findings—Part II. Journal of the Violin Society of America, 22, 1-31.

9.          Tai, H. C., Li, G. C., Huang, S. J., Jhu, C. R., Chung, J. H., Wang, B. Y., … & Chan, J. C. C. (2017). Chemical distinctions between Stradivari’s maple and modern tonewood. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(1), 27-32.

10.      Waite, A. E. (2005). The Hermetic and Alchemical Writings of Paracelsus the Great. Kessinger Publishing.

2019國際元素週期表年(IYPT)：同位素之簡介及應用

廖文昌¹、連經憶^2*

¹長庚科技大學謢理系

²國立嘉義大學應用化學系

²[email protected]

 

「化學」是研究物質變化的一門科學，追根究底，所有對人類有重要貢獻的物質都是由原子所構成的，相同或不同原子間的結合，創造了成千上萬數不完的化合物，原子的組成十分單純，都有質子、中子、及電子，但因電子的數目及排列方式不同，造就了週期表上118種元素，這個數目不代表核種(nuclide)的數量僅有118種，核種是質子及中子的組合¹，總數可達7000種，約有3000是已知的核種，包含常見且對人類生活有重要影響的同位素(isotope)。同位素是什麼？當提及同位素時很多人都會立即刻聯想到「放射性」，同位素真的都具有放射性嗎？答案是否定的，同位素指的是具有相同質子數、但中子數不同的核種，換言之，同位素是相同的元素，只是原子的質量不同，例如大家較為熟悉的「碳」元素，包含了碳12 (¹²C)、碳13 (¹³C)、及碳14(¹⁴C)三種同位素(圖一)，三者皆有6個質子，但中子的數目分別為6、7、及8個，其中只有¹⁴C具放射性，被稱為放射性同位素(Radioisotope)，¹²C及¹³C不具放射性，被稱為穩定性同位素(Stable Isotope)。

圖一、碳12 (¹²C)、碳13 (²³C)、及碳14(¹⁴C)三種同位素示意圖。

 

一、同位素之發現

        同位素出現的歷史要從具放射性物質說起，第一個被發現的同位素是具有放射性的。1896年貝克勒(Antoine Henri Becquerel)將鈾鹽放在用厚紙蓋住的照相底板上而發現了源自於²³⁸U的放射線¹。在當時的年代，科學家還不了解其中的原委，就已經利用放射線的型式及能量來區分不同的物質，因而發現了許多的「放射性元素(Radioactive-element)」，也就是現在所知同位素的前身。雖然當時發現了許多同位素，如氡、釙、鉛等，但直到1913年，索迪(Frederick Soddy)終於了解「有些物質具有相同的性質，不同的原子量」²，同年12月索迪提出了「isotope(同位素)」這個名詞，這個名詞是源自於希臘字「iso」及「tope」，「iso」是相同的意思，「tope」是地方，同位素在週期表上是在相同的位置。

        1913年當湯姆森(Joseph John Thomson)在研究氖(Neon)時發現，同一種元素可能有二種不同質量的原子，²⁰Ne及²²Ne。湯姆森使用放電管(Electric Discharge Tube)讓氖氣離子化，當通過電場及磁場時，這些離子會受質量及速度影響而偏離了原來的路徑，最後在照相底板形成抛物線，有相同質量及電核的離子形成相同的抛物線，因此照相底板可以看出對應²⁰Ne及²²Ne的二條亮帶(圖二)，這是第一個發現穩定性同位素的例子，但發現氖有二種同位素的功勞最終給了湯姆森的助理–阿斯頓(Francis Aston)。二人一同進行實驗，湯姆森並未聯想到索迪提出的同位素概念，將²²Ne誤認為H₂Ne，阿斯頓分析純度非常高的氣體，證實了²⁰Ne及²²Ne的存在。雖然如此，湯姆森利用質量區分同位素的做法為日後分析穩定性同位素時所用的儀器–質譜儀(Mass Spectrometer)立下了基礎，在1917到1939年間，德姆斯(Arthur Jeffrey Dempster)及阿斯頓利用質量攝譜儀(Mass Spectrograph)發現了許多穩定的同位素。(表一)

 

圖二、湯姆森實驗結果照片(截取自維基百科)³，下方圈起來的地方可以看到對應²⁰Ne及²²Ne之亮帶。 

表一、阿斯頓及德姆斯在1917 ~ 1939間利用質量攝譜儀發現的穩定性同位素¹。

阿斯頓發現的同位素(1917 ~ 1939)

德姆斯發現的同位素(1919 ~ 1924)

1H, 16O, 23N, 39K; 24Mg, 25Mg, 26Mg; 40Ca, 44Ca, 64Zn, 66Zn, 68Zn, 70Zn 192Pt, 198Pt, 102Pd, 104Pd, 105Pd, 106Pd, 108Pd, 110Pd, 197Au, 235U, 130Ba, 132Ba 136Ce, 138Ce, 120Te, 148Nd, 180W, 152Gd, 154Gd, 158Dy, 158Dy, 160Dy, 162Er, 168Yb, 170Yb, 174Hf

20Ne, 22Ne, 12C, 35Cl, 37Cl, 14N, 36Ar, 40Ar, 78Kr, 80Kr, 82Kr, 83Kr, 84Kr, 86Kr, 202Hg, 204Hg, 10B, 11B, 19F, 28Si, 29Si, 31P, 32S, 75As, 79Br, 81Br, 127I, 129Xe, 131Xe, 132Xe, 134Xe, 136Xe, 6Li, 7Li, 41K, 85Rb, 87Rb, 133Cs, 58Ni, 60Ni, 116Sn, 117Sn, 118Sn, 119Sn, 120Sn, 122Sn, 124Sn, 128Xe, 130Xe, 56Fe, 27Al, 74Se, 76Se, 77Se, 78Se, 80Se, 82Se, 124Xe, 126Xe, 121Sb, 123Sb, 70Ge, 72Ge, 74Ge, 63Cu, 65Cu, 45Sc, 48Ti, 51V, 52Cr, 55Mn, 59Co, 69Ga, 71Ga, 89Y, 88Sr, 107Ag, 109Ag, 115In, 54Fe, 86Sr, 138Ba, 139La, 141Pr, 90Zr, 92Zr, 94Zr, 140Ce, 142Ce, 142Nd, 144Nd, 146Nd, 110Cd, 111Cd, 112Cd,113Cd, 114Cd, 116Cd, 126Te, 128Te, 130Te, 209Bi

 

二、同位素之性質

        同位素依是否具放射性分為二大類，其中穩定性同位素(Stable Isotope)約有300種，遠比放射性同位素少，原子序1到83的元素中，有21種元素只有一種核種，尚未發現其他同位素，其他元素是混合物，由二種或二種以上的核種所構成，這些同位素的含量–以豐度(Natural Abundance)表示，依元素種類不同而有極大的差異，例如⁶³Cu及⁶⁵Cu分別占69.15及30.85%；¹²C及¹³C則分別占98.89及1.11%，週期表上記錄的原子量是考量每一同位素原子量及相對含量所得之結果，因同位素的含量不是定值，隨時間及環境變化而有些微的差異，所以元素的平均原子量也不會是定值。表二列出數種常用在考古、鑑識科學、生態環境、或地質水質分析的同位素及其豐度，其中氫、碳、氮、及氧是構成有機化合物的主要元素，其質量輕，因質量差異造成的影響相對較大，也是應用性較廣的元素。

表二、考古、鑑識科學、生態環境、或地質水質分析中常用的穩定性同位素及其相對含量⁴。

	氫(Hydrogen)	碳 (Carbon)	氮 (Nitrogen)	氧 (Oxygen)	硫 (Sulfur)	鍶 (Stronium)
豐度 (%)	1H(99.985)	12C(98.89)	14N(99.63)	16O(99.759)	32S(95.00)	84Sr(0.56)
	2H(0.015)	13C(1.11)	15N(0.37)	17O(0.037)	33S(0.76)	86Sr(9.86)
				18O(0.204)	34S(4.22)	87Sr(7.02)
					36S(0.014)	88Sr(82.56)

 

        化學反應的過程中化學鍵斷裂、生成涉及電子的轉移，對同位素而言，電子數目及排列完全相同，因此同位素被認為具有相同的化學性質，非常相似的物理性質，最大的差別就在於質量，分離同位素時常用的擴散方法就是利用質量的差異。但同位素間物理、化學性質並非真的完全相同，因原子質量差異造成物理、及化學性質間的些微差別，稱為「同位素效應(Isotope Effect)」⁵，例如多中子會抑制化學反應，也會使化合物紅外線吸收或拉曼光譜的訊號改變，質量對物理、化學性質的影響在水等較輕的分子上更加明顯，表三是以水當例子，列出含同位素水分子間物理性質的差異。在鍵能方面，以氫氣為例，¹H-¹H、¹H-²H、及²H-²H三者的鍵能分別為436.0、439.4、及443.5 kJ/mol，因²H-²H之鍵能較大，與其他二種氫分子相比較，化學鍵較強，較不易斷鍵，使產物同位素比值與起始物不同⁶。

表三、H₂¹⁶O、H₂¹⁷O及H₂¹⁸O常見的物理性質⁵。

物理性質	H216O	H217O	H218O
密度(Density at 20°C, g/cm3)	0.997	1.1051	1.1106
熔點(Melting point at 1 atm, °C)	0.00	3.81	0.28
沸點(Boiling point at 1 atm, °C)	100.00	101.42	100.14
蒸氣壓(Vapor pressure at 100 °C, Torr)	760.00	721.60	–
黏度(Viscosity at 20°C, centipoise)	1.002	1.247	1.056

 

        穩定性同位素的分析主要是靠質譜儀，早期科學家因此發現了許多同位素，近年來因質譜儀的精確性提高，科學家發現，不同來源或經由不同過程產生的相同化學物質，其同位素比值會因同位素分化作用(Isotope Fractionation)產生微小的差異。同位素分化作用是指同位素在二物質或在不同相的相同物質間之分布，因此而有不同的同位素比值⁵。同樣的化合物進行相同的化學反應時，因原子質量、化學鍵鍵能間的差別，使反應速率不同，產物中同位素的組成也隨之變化，正是因為這些在同位素組成上的些微差異，使穩定性同位素分析在考古、生態環境、鑑識科學、地質、農業生產等方面有重要的應用^4、6~8。化合物中同位素的比值差異不大，為了能精確地比較不同團隊所得到之結果，依國際規則，同位素比值以δ表示，如δ¹³C、δ²H等，以千分比(‰)為單位，其定義為：

                                                 (1)

 

三、穩定性同位素分析之應用

        穩定性同位素分析的應用相當廣泛，包括古生物吃什麼、氣候變化、動物移棲、到現今農產品產地溯源等包羅萬象。我們無法回到遠古時代，也没有千里眼可以隨時監控農民在產地種植的狀況，「食」的安全是重要議題，時間再久、再細微的變化，穩定性同位素分析都能為大家一一解開迷團，以下以與民生相關或有趣的問題為例，說明其應用性。

1.          穩定性同位素分析在產品及農業上之應用

食品及農產品的產地來源除了與食品安全有關外，也與消費者的權益有密切的關係，以酒為例，酒的口感、風味、及價格有獨特性，與原料的種類、產地、製作過程息息相關，釀酒的主要作物又會因種植時的氣候、土壤、施用的肥料等而有所不同，如何確認原料的真實性(Authenticity)，如只用單一的作物不摻雜其他成分，或追溯產品的來源等是需要有可靠的分析方法，特定化合物之同位素分析(Compound-specific Isotope Analysis，CSIA)是一種可以用來溯源，解決上述問題的分析策略，搭配氣相層析同位素比值質譜(Gas Chromatograph Isotope Ratio Mass Spectrometry，GC/C/IRMS)，或元素分析同位素比值質譜(Elemental Analysis Isotope Ratio Mass Spectrometry，EA-IRMS)二種技術，可以達到上述的目的。

CSIA是測量樣品中原本就有的穩定性同位素比例，藉由分析一定數量樣品建立同位素比值的概況，確認可能污染物/化合物的來源、樣品分解的狀況等⁹，除了溯源外，在鑑識科學上也有廣泛的應用，可以用來偵查環境污染物、追查違禁藥品的來源、產地及運送路徑等⁶。舉例來說，有機化合物是由碳、氫、氧、氮等元素所構成的，其¹³C/¹²C幾乎是定值，化合物在分解的過程中¹³C/¹²C產生系統性的變化，如果化學鍵含有較重的原子，與由較輕原子所形成的同一化學鍵相比，前者鍵能較高，鍵強較強，化學鍵不易斷裂，經過一段時間後，殘留在原樣品中化合物¹³C/¹²C比例增加。另一個例子，化合物中同位素的比值與起始物、製造過程、分解過程有關，如比較特定年分酒中乙醇δ²H及δ¹³C值，可以區分酒是來自奧地利或歐洲其他國家⁶。

在台灣，穩定性同位素分析搭配主成分分析已用來辨識咖啡及大蒜的產地^7、8。咖啡產地的鑑定主要是分析¹⁵N，海拔高度增加，植物中δ¹⁵N隨之下降，使用不同的氮肥，也會造成農作物中δ¹⁵N的差異。以哈柏法製造化學肥料時，氮源自於大氣，所以其δ¹⁵N值與大氣相近，約為0 ‰，有機肥多為動物的排泄物，新鮮時其中的NH₃較易揮發，但¹⁴NH₃及¹⁵NH₃揮發的速率不同，使動物排泄物的δ¹⁵N值較高，約10~25 ‰，造成植物中δ¹⁵N值由高到低依序為施用有機肥者、不施肥者、及施用無機化學肥料者。台灣種植咖啡時多用有機肥，所以δ¹⁵N值較高，古坑及瑞里特定年份的咖啡在種植時使用無機化學肥料，其δ¹⁵N值較低。在大蒜的產地辨識方面，因地理位置、氣候、及土壤等因素使植物體同位素組成及微量元素有所差異，測定δ²H、δ¹⁸O值及銣、鍶等25種微量元素可以區分來自台灣、中國、越南、韓國、阿根廷等不同國家的大蒜。

2.          穩定性同位素分析在考古學上之應用⁴

穩定性同位素分析可以用來判斷古人所吃的食物類別，碳及氮是考古學中研究古代人類時常用的二種元素，可以從骨頭殘骸及牙齒樣品中測量。骨骼中的膠原蛋白(Collagen)是第一種用來研究舊石器時代飲食(Paleo Diet)的組織，膠原蛋白與骨骼中的羥磷灰石(hydroxyapatite，Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)有密不可分的關係，而使少量的膠原蛋白可以殘留數千年而不被分解。除此之外，另一種存在於牙齒及骨骼中的「碳」，是以碳酸根的型式存在，碳酸根可以取代骨骼中羥磷灰石的磷酸根，提供了分析用的碳源。牙齒及骨骼中碳酸根的「碳」與膠原蛋白中的「碳」來自不同的食物源，膠原蛋白中含有必需胺基酸，必需胺基酸主要來自於食物中的蛋白質，因此膠原蛋白中的碳可用來解析食物中的蛋白質；而生物體磷灰石中的碳，則代表整體食物組成，因血液中溶解的碳酸氫根源自於食物中的碳水化合物、脂質及蛋白質，最終形成骨骼中的碳酸根。

為進行同位素分析，必需先從骨骼中萃取膠原蛋白，萃取時需將骨骼浸泡在鹽酸或EDTA溶液中去除鈣離子，再浸泡於氫氧化鈉溶液中，除去其他的有機雜質，有時必需從膠原蛋白中將必需胺基酸分離出，才能正確地了解古人的飲食習慣，因而使用氣相層析同位素比值質譜分析技術。2005年Corr等人證明可以利用這樣的方法，分析膠原蛋白中的碳同位素，區別以海洋蛋白質、或乾燥地區以C4植物為主的飲食型態⁴。

3.          穩定性同位素分析在鑑別毒品上之應用

藥物與毒物經常是一線之隔，麻醉藥品是很好的例子，正常使用，在醫療上可以舒緩病患的疼痛，非醫療目的而反覆使用，便成了具有成癮性、濫用性及對社會造成危害的毒品，一但成癮，斷戒困難，再加上利之所趨，毒品走私是世界各國主要的犯罪形態之一。2003年峰秀號事件(Pong Su Incident)是韓國貨船走私海洛英(Heroin)到澳洲的例子，這艘貨船當時被查獲了125公斤的海洛英。海洛英與嗎啡(Morphine)的結構相似(圖三)，以醋酸酐當試劑將嗎啡乙醯化可以得到海洛英。從罌粟中萃取出的嗎啡會因植物生長環境不同，不同產地的嗎啡就有不同的¹³C組成，再加上醋酸酐試劑本身也含有¹³C同位素，最終因同位素分化效應，與嗎啡原料做比較，所得海洛英之¹³C/¹²C比值降低，δ¹³C為負值，這樣的結果可以用來追溯毒品的產地，甚至找出運送毒品的新途徑。

圖三、嗎啡與海洛英的化學結構。 

2006年分析由峰秀號所查獲的海洛英樣品時發現，所查獲的海洛英可能是當時尚未見過的新型態，由主要生物鹼的組成來看，與源自於東南亞的海洛英相似，但其他指標確不相同，緝毒單位因而認為該批海洛英可能來自於新的產地，或經由新的非法管道運送，因此進一步進行特定化合物之同位素分析，並與來源確定的海洛英樣品作比對。為確認這一批毒品的出處，除了從20包查獲的公斤級海洛英中取樣分析外，還分析了59個來自東南亞、37個來自亞洲西南部、104個來自南非、及21個來自墨西哥的樣品，最後確定該批海洛英並非源自於上述的地區，與目前查獲出處已知的海洛英樣品不同，產地不明。 

由上述的例子可知穩定性同位素分析的實際應用，探古溯今，查緝峰秀號毒品走私所得的分析結果雖然令人擔憂，但也看出穩定同位素分析的重要性，隨著分析技術之發展，除了滿足人類對遠古時代的好奇心外，同位素不再是看不著、摸不到、只能收錄在教科書上的元素，而是真真實實與生活相關，可以使人更加安心的利器。

n  參考資料

1.          The Discovery of Isotopes. Michael Thoennessen, 2016, Springer International Publishing Switzerland. ISBN 978-3-319-31763-2.

2.          R. Letolle& Ph. Olive, A short history of isotopes in hydrology. Proceedings of the UNESCO/IAHS/IWHS symposium held in Rome, December 2003.

3.          https://en.wikipedia.org/wiki/J._J._Thomson維基百科。

4.          Biological anthropology of the human skeleton. 2^nd edition. Shelley R. Saunders, 2007, John Wiley & Sons.

5.          Stable Isotope Geochemistry, 8^th edition.JochenHoefs, 2018, Springer Textbooks in Earth Sciences, Geography and Environment.

6.          Stable Isotope Forensics. 2^nd edition. Woldram Meier-Augenstein, 2018, John Wiley & Sons Ltd.

7.          王裕文等。應用穩定性同位素分析判別台灣咖啡產區之研究。2010。科學農業，58(7,8,9)，146-153。

8.          劉滄棽。穩定同素在農業研究之應用。2017。農業試驗所技術服務季刋，110，20-25。

9.          http://www.cpeo.org/techtree/ttdescript/csia.htm

 

2019國際元素週期表年（IYPT）：
現代藝術家與門得列夫的時空交會

楊水平

國立彰化師範大學化學系
[email protected]

1869年3月6日，門得列夫向俄羅斯化學學會正式發表題為〝元素原子重量性質之間的依賴性〞的文章之後，化學開啟嶄新的一頁。回顧化學150年的進展，門得列夫的元素週期表對化學推進的貢獻非常甚大，對科學的發展影響極為深遠，可謂一日千里。除了化學和科學之外，本文試圖描述現代藝術家與門得列夫的時空交會，包括版畫、繪畫、視覺藝術、音樂與元素週期表的相遇，這些相遇會擦出什麼樣的火花？欲知詳情，請看下去。

n  門得列夫與元素週期表

德米特里·伊萬諾維奇·門得列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev, 1834-1907）是俄羅斯化學家和發明家。他創造一個有遠見的元素週期表（Periodic Table of Elements），用來糾正一些已經被發現元素的性質，並預測尚未被發現八元素的性質。^[1] 圖一為門得列夫的肖像（Ilya Repin繪畫）和紀念門得列夫和週期表的雕刻（位於Bratislava, Slovakia）。

 

圖一：門得列夫的肖像（左）；紀念門得列夫和週期表的雕刻（右）

（圖片來源：Dmitri Mendeleev, https://goo.gl/EVbA2B, Dmitri Mendeleev, https://goo.gl/yVnRuV.）

在1863年，已知的化學元素有56個，每年大約發現一個新元素。在門得列夫之前，其他科學家已經確定元素的週期性。John Newlands描述八度定律（Law of Octaves），1864年他指出根據相對原子量，元素的排序有週期性的運作，並於1865年出版。他的提議確定新元素的潛力，例如：鍺（germanium, Ge）。這個概念當時受到批評，直到1887年他的創見才得到化學家學會的認可。另一個提出週期表的人是Lothar Meyer，他在1864年發表一篇論文，描述按其化合物價數，可分類28個元素，但沒有預測新元素。^[1]

在1867年，門得列夫成為一名教師後撰寫當時權威的教科書：化學原理（Principles of Chemistry）（兩冊，1868-1870），因為他正在為他的課程準備一本教科書，這是他最重要的發現。當他試圖根據化學性質對元素進行分類時，他發現並假設他的週期表的模式（縱向三元素 × 橫向三元素）；他宣稱他已經設想在夢中元素的完整安排。藉由他設想的模式進而添加其他元素，門得列夫開發他的週期表的擴展版本。在1869年3月6日，他向俄羅斯化學學會正式發表題為〝元素原子重量性質之間的依賴性〞的文章，該文章描述元素原子量與價數之間的關聯。這關聯性的發現，創建一個有系統的元素週期表，也發展出現今科學界皆知具有高預測性的元素週期表。圖二是門得列夫的1871年週期表。^[1]

圖二：門得列夫的1871年週期表

（圖片來源：Dmitri Mendeleev, https://en.wikipedia.org/wiki/Dmitri_Mendeleev.）

n  藝術與藝術家

藝術（Arts）是指在人類社會和文化中發現有創造力的理論和表現。藝術的主要成分涵蓋：文學（literature）包括詩歌、散文及戲曲；表演藝術（performing arts）包括音樂、舞蹈及戲劇；而視覺藝術（visual arts）包括圖畫、繪畫、攝影、陶瓷、雕刻及建築。^[2] 美國國會在國家基金會裡的藝術與人文法案中，藝術被定義為包含不限於音樂（器樂和聲樂）、舞蹈、戲劇、民間藝術、創意寫作、建築及其相關領域、繪畫、雕塑、攝影、平面和工藝、工業設計、服裝和時裝設計、電影、電視、廣播、電影、錄影、錄音，以及這些主要藝術形式的演示、表演、執行及展覽有關的藝術。^[3]

藝術是創造視覺、聽覺或表演藝術品的人類活動，表達作者的想像力或技術和技能，以其美感或情感的力量為鑑賞。這些活動最普遍的形式包括藝術作品的製作、藝術的批評、藝術史的研究、以及藝術的審美傳播。^[4]

藝術家是從事與藝術創作、實踐或示範活動的人。日常言語和學術話語中的常見用法僅是視覺藝術中的實踐者。藝術家這個詞也用於定性意義上，一個創造性、創新性或擅長藝術實踐的人。大多數情況下，藝術家這個術語描述在美術或〝高級文化〞（high culture）背景下創作的人，包括繪畫、繪畫、雕塑、表演、舞蹈，寫作、電影製作、新媒體、攝影和音樂等活動。創造可能被認為具有審美價值的作品的想像力、才能或技巧。^[5]

n  版畫與元素週期表的相遇

此處介紹：(一) 2011年在美國費城的版畫展示、和(二) 2011年在澳大利亞的版畫展示。

一、  2011年在美國費城的版畫展示

在2011年，美國費城化學遺產基金會（Chemical Heritage Foundation in Philadelphia, CHF）舉辦的展覽是為了慶祝2011年國際化學年（International Year of Chemistry, IYC）的關鍵展覽之一，旨在吸引大眾對化學的重視和化學家幫助大眾理解元素世界。根據策展人Marjorie Gapp的說法，展覽背後的靈感是展示藝術家像科學家一樣如何幫助我們看到和理解元素世界。展覽主題之一—元素事項（Elemental Matters）：藝術家想像化學，於2011年2月4日在CHF的Clifford C. Hach畫廊開幕。^[6] 元素週期表版畫的展示是元素事項的核心，也是展覽中最具活力的作品。這個計畫由Jennifer Schmitt策劃，來自美國29個州和7個國家（澳大利亞、加拿大、英國、意大利、日本、蘇格蘭、美國）的97位藝術家展示元素週期表的118張版畫。這些版畫令人大開眼界，有效地把化學與日常生活、流行文化和社會聯繫起來。^[7-8]

除了元素週期表版畫的現場展示外，也在網站上介紹，每個元素的圖畫都有一個超連結，點擊圖畫後可連結到該元素的性質和應用等簡述、藝術家對該版畫的創作構想、版畫藝術家的自我介紹。圖三是整個元素週期表版畫計畫的線上展示（開啟這網頁）。

圖三：整個元素週期表版畫計畫的線上展示（開啟這網頁）

（圖片來源：The Periodic Table Printmaking Project, http://periodictableprints.com/table/.）

以下描述元素週期表版畫計畫118版畫之中的3個元素版畫—鐵（Iron, ₂₆Fe）、鐳（Radium, ₈₈Ra）和鍆（Mendelevium, ₁₀₁Md）。在下面的描述中，「關於這元素」是化學家對該元素的說明，「關於這版畫」是版畫家對該元素創作的說明，而「關於這版畫家」是版畫家的自我介紹，後二者以第一人稱描述。

(一)鐵元素的版畫：鐵的原子序26（₂₆Fe），這版畫是Amy Arledge的創作^[9]，如圖四所示。

圖四：元素鐵的版畫（開啟這網頁）

（圖片來源：Iron by Amy Arledge, http://periodictableprints.com/table/26.html.）

A.     關於這元素

鐵被認為是宇宙中第六豐富的元素，是在巨大質量恆星中碳燃燒的核融合最終行為而形成的產物。佔地球地殼大約5％，據信地球的核心主要由鐵鎳合金構成，佔整個地球質量的35％。因此，鐵是地球上最豐富的元素，但是只佔地殼中第四豐富的元素。發現地殼中的大部分鐵與氧氣結合，作為氧化鐵礦物質如赤鐵礦和磁鐵礦。^[9]

B.      關於這版畫

我（作者Amy Arledge）使用鐵（Fe 26）的元素週期表符號來製作鐵門的圖像。在這圖像中，Fe 26總共呈現四次。在左上角有一個Fe，數字2在右邊，數字6在2下面。底角是相同的倒置，右側是左側的反面。我藉由繪製其在銅板上並在鐵酸（ferric acid）溶液中蝕刻來創作這設計。然後我用凹銅版腐蝕制版法（aquatint）使圖像變暗，以獲得更黑的鐵色外觀。^[9]

C.     關於這版畫家

我（作者Amy Arledge）對所有版畫領域感到興趣，主要關注的是銅版蝕刻。我的版畫主題包括鳥類、昆蟲和動物的抽像圖像。^[9]

(二)      鐳元素的版畫：鐳的原子序為88（₈₈Md），這版畫是Gretchen Grove的創作^[10]，如圖五所示。

圖五：元素鐳的版畫（開啟這網頁）

（圖片來源：Radium by Gretchen Grove, http://periodictableprints.com/table/88.html.）

A.     關於這元素

鐳（Ra 88）是一種在鈾礦石中以微量存在的極具放射性的鹼土金屬。它具有1602年的半衰期並衰變成氡氣。鐳發出淺藍色的發光顏色，燃燒出鮮紅色的光。它是瑪麗·居里（Marie Curie）於1898年發現的元素。^[10]

B.      關於這版畫

對於一些與鐳相關的明顯圖像，雖然我（作者Gretchen Grove）可以使用（發光的刻度盤和時鐘指針，或瑪麗居里），但是我驚訝地發現鐳曾經用於牙膏和數百種其他消費者日常用品。這些顏色首先是藉由在樹脂玻璃（plexiglass）上進行單色印刷而製成的，雕刻的油氈關鍵塊最後用黑色印刷。這張照片的單色印刷方面經歷許多的變身，直到我想出我喜歡的顏色組合。^[10]

C.     關於這版畫家

我（作者Gretchen Grove）在夏威夷大島上生活和工作。雖然我擁有藝術學位，但是我經營一家商店，因此我只有一點時間做自己的藝術工作。零售展示是我目前的藝術形式。我喜歡油氈印刷，我很高興有藉口讓自己回到做我自己喜歡的工作。^[10]

(三)     鍆元素的版畫：鍆的原子序101（₁₀₁Md），這版畫是Natalia Moroz的創作^[11]，如圖六所示。

圖六：元素鍆的版畫（開啟這網頁）

（圖片來源：Mendelevium by Natalia Moroz, http://periodictableprints.com/table/101.html.）

A.     關於元素

鍆（Md 101）是原子序101的化學元素，是錒系的放射性金屬。它不是天然存在的，而是在1955年首次用氦離子轟擊鑀（einsteinium）。以德米特里 門得列夫（1834-1907）的姓名來命名，他是一位俄羅斯化學家，創建有系統的元素週期表。^[11]

B.      關於這版畫

這個簡短的描述足以讓我（作者Natalia Moroz）想像穿著黃色放射性服裝的門得列夫和阿爾伯特愛因斯坦（Albert Einstein）被轟炸並且看起來他很緊張的背景。讓兩位偉大的科學家製造一點樂趣而不會受到傷害。至少它是令人難忘的……這是一個多層的油氈浮雕印刷圖樣，用Daniel Smith油墨在白色的Rising Stonehenge紙上印刷。^[11]

C.     關於這版畫家

在研究平面設計和插圖時，我（作者Natalia Moroz）遇到油氈浮雕版畫。起初，媒材在我看來非常簡單，甚至是沉悶—沒有詭計，也沒有神秘感，但是很快地我完全接受這種技術。我發現誠實和坦率，油氈浮雕版畫沒有隱藏糟糕的繪畫、薄弱的構圖和缺乏內容的手段，因此藝術家必須在所有的方面都很出色。如果設計得很好，即使是簡單的黑白印刷也會非常強而有力。多個印版、縮小技術和漸變墨水使探索充滿刺激的浮雕版畫以提升其可能性。

二、  2011年在澳大利亞的版畫展示

在2011年，有79位澳大利亞化學專業人士和38位塔斯馬尼亞（Tasmanian）版畫家合作，為澳大利亞皇家化學研究院（Royal Australian Chemical Institute, RACI）創建元素週期表。以版畫方式解釋112種元素中的每一元素的想像。這些創作在澳大利亞和紐西蘭的三個展覽會場中展示。^[12] 圖七是澳大利亞的元素週期表版畫展示。這些版畫同時以線上互動式工具的形式呈現。點擊每個元素的圖示，可以查看各元素版畫的照片。

圖七：元素週期表的版畫（開啟這網頁）

（圖片來源：Periodic Table, https://www.raci.org.au/periodic-table-on-show.）

以下描述澳大利亞皇家化學研究院創建的元素週期表118版畫之中的3個版畫—碳（Carbon, ₆C）、銦（Indium, ₄₉In）和鍆（Mendelevium, ₁₀₁Md）。在下面的描述中，「關於這元素」是元素贊助者對該元素的說明，而「關於這版畫」是版畫家對該元素創作的說明，後者以第一人稱描述。

(一)碳元素的版畫：碳的原子序是6（₆C），這版畫是Ron Moss的創作^[13]，如圖八所示。

圖八：元素碳的版畫（開啟這網頁）

（圖片來源：Carbon, https://www.raci.org.au/document/item/408.）

A.     關於這元素

很多人認為碳（carbon）是最重要的元素，透過燃燒化石燃料、木材或煤炭來導致氣候變化的主要因素，或是這些行業對社會的經濟影響。碳元素的形態來自鑽石的閃耀、石墨的暗灰色光澤和富勒烯的足球形狀。富勒烯分子的發現，導致Krotoschiner、Smalley和Curl獲得1996年度諾貝爾化學獎。富勒烯的發現導致1996年的諾貝爾化學獎。然而，碳最重要的作用是作為生命分子的骨幹，如DNA、酶和蛋白質，沒有它我們就不會存在。^[13] （由元素贊助者Jason Smith提供）

B.      關於這版畫

這版畫印刷品具有木炭般的背景，以堅果作為中心主題。儘管我們透過污染和浪費地球資源而干預我們的生存，但是我（Ron Moss）希望展示生命的〝種子〞以及重建和生命的希望。這是一個數位印刷，用我自己的照片和掃描元素在Photoshop中彙集在一起，並使用各種技術和著色進行混合。^[13] （作者Ron Moss）

(二)     銦元素的版畫：銦的原子序是49（₄₉In），這凹版印刷品是Jo Sculthorp的創作^[14-15]，如圖九所示。

圖九：元素銦的版畫（開啟這網頁）

（圖片來源：Indium, https://www.raci.org.au/document/item/437.）

A.     關於這元素

銦（Indium）為13族元素之一，存在於非常少的礦物中，例如：dzhalindite（In(OH)₃）和indite（FeIn₂S₄）。銦的最大資源是鋅礦床，鐵、銅、錫和鉛礦石的含量較少。地殼中銦的總體豐富度為0.25 ppm。根據目前的使用情況，到2020年，易於獲取的銦即將耗盡，除非採用提高生產效率和回收利用率。銦是一種相對柔軟，可塑性和無毒的金屬。銦的第一個應用是在第二次世界大戰中作為高性能飛機發動機軸承的薄膜潤滑劑塗層。戰後，銦的電子應用以驚人的速度增長。值得注意的里程碑是銦在PNP電晶體（1950年代）中的應用，III/V半導體如磷化銦（LED和雷射二極管，1980年代）、氧化銦錫和氧化銦的發展，作為電致發光板的透明導電玻璃塗層（智能手機、GMS路線圖、1990年代的PDRs），以及用於薄膜太陽能電池的硒化銅銦鎵（現今）。鮮為人知的應用包括在醫學成像中使用¹¹¹In以及在核反應器控制棒中應用銦的高中子捕捉截面。^[14] （由元素贊助者Marcus Cole提供）

B.      關於這版畫

我（Jo Sculthorp）的印刷品中的瓶子代表銦補充劑，其以液體或片劑形式供人食用。有關銦和人類健康的爭論很激烈。在某些圈子裡，銦被譽為奇蹟膳食補充劑，多項宣稱有益的治療效果。然而，科學文獻不支持這些推薦。^[14-15] （作者Jo Sculthorp）

(三)鍆元素的版畫：鍆的原子序是101（₁₀₁Md），這版畫是Bianca Peters的創作^[16]，如圖十所示。

圖十：元素銦的版畫（開啟這網頁）

（圖片來源：Mendelevium, https://www.raci.org.au/document/item/450.）

A.     關於這元素

鍆（Mendelevium）是一種合成元素，由於它太不穩定，因此在自然界中找不到它。鍆在1955年由Albert Ghiorso（團隊領導者），Glenn Seaborg，Bernard Harvey和Greg Choppin在美國加州大學柏克萊分校首次合成。該元素的合成是藉由用氦離子轟擊鑀原子以產生放射性的鍆原子，鍆的發現只生產17個原子。最初的實驗產生²⁵⁶Md，半衰期約為78分鐘。自最初發現以來，已發現許多其他，最穩定的同位素（²⁵⁸Md）半衰期約為52天。該元素以俄羅斯科學家德米特里·門得列夫（Dmitri Mendeleev, 1834-1907）的姓名來命名，門得列夫被認為是週期表之父，第一個組織元素（當時已知的元素）成為一個被認為週期表有分類系統的人。鍆是一種放射性稀土金屬，其半衰期非常短。目前，在科學研究只生產足夠量的元素來研究溶液中鍆的化學性質。^[16] （由元素贊助者Freehills專利和商標代理人提供）

B.      關於這版畫

鍆是一種合成元素，符號為Md（以前為Mv），原子序數為101，在錒系中的金屬放射性超鈾元素，鍆通常藉由用α粒子轟擊鑀來合成。鍆以創建週期表的Dmitri Ivanovich Mendeleev的姓名來命名。門得列夫的週期系統是對所有化學元素進行分類的基本方法。^[16] （作者Bianca Peters）

n  繪畫與元素週期表的相遇

此處介紹：(一) 2011年加拿大滑鐵盧大學的繪畫展示、和(二) 2015-2016年於美國化學會ChemClub的繪畫展示。

一、  2011年加拿大滑鐵盧大學的繪畫展示

為了慶祝國際化學年，Chem 13 News雜誌與滑鐵盧大學化學系和科學學院一起鼓勵世界各地的化學教育者和愛好者採用元素並以藝術方式解釋那個元素。該計畫創建一個週期表，作為科學和藝術的結合。參與協作週期表計畫的教師和學生，來自加拿大所有省份和地區、美國20個州和14個國家的學生研究、創建和設計元素圖塊^[17]，如圖十一所示。

圖十一：加拿大滑鐵盧大學元素週期表（開啟這網頁）

（圖片來源：Periodic Table Project, https://goo.gl/B7LyVP.）

該計畫還舉辦行動應用程式、海報、新元素比賽和牆壁壁畫的活動。(一)行動應用程式：透過來自世界各地的化學學生設計令人驚嘆的藝術品。這些應用程式包括每一個圖塊背後的創作過程以及元素的基本原子屬性。下載Apple，Blackberry或Android設備的免費應用程式！ (二)週期表計畫海報：滑鐵盧大學對所有參與者、加拿大所有高中和Chem 13 News雜誌讀者發送免費的課堂大小的元素週期表海報（36” × 27”）。(三)新元素比賽：Chem 13 News雜誌舉辦一場新元素命名競賽，為四個新命名的元素設計圖塊，這些元素是：nihonium（Nh）、moscovium（Mc）、tennessine（Ts）和oganesson（Og）。(五)牆壁壁畫：在2012年4月週期表計畫壁畫，滑鐵盧大學地球科學博物館安裝最後的週期表計畫的25英尺×18英尺牆壁壁畫。^[17] 除了行動應用程式外，該計畫還提供週期表計畫的線上互動式版本，每個圖塊的說明包含有關創建圖塊者的創作過程以及與高中課程相關的科學數據的背景資訊^[18]，如圖十二所示。

圖十二：週期表計畫的線上互動式版本（開啟這網頁）

（圖片來源：Periodic Table Project, https://goo.gl/yp4mtF.）

以下描述加拿大滑鐵盧大學創建元素週期表118個圖塊之中的3個元素—鐵（Iron, ₂₆Fe）、硒（Selenium, ₃₄Se）和鍆（Mendelevium, ₁₀₁Md）。

(一)     鐵元素的圖塊：鐵的原子序是26（₂₆Fe），這圖塊是Showall Moazzam和Lisa Nguyen的創作^[19]，如圖十三所示。

圖十三：元素鐵的圖塊（開啟這網頁）

（圖片來源：Iron, https://goo.gl/r7bL4K.）

鐵（Iron）：鐵在古代就被使用過，它遍布在整個宇宙的不同地方。為了製作Fe的F，使用埃及花瓶和餐具，因為使用鐵的第一個證據可追溯到5000多年前，當時埃及人在〝青銅時代和鐵器時代〞使用它製造工具和武器。鐵的顏色是銀灰色，見圖塊的背景展現。鐵在隕石中是天然狀態，是地球的核心和垂死恆星的核心。鐵礦石是岩石（棕紅色），從中提取元素鐵。最後，鐵離子是人類生存的重要組成部分。你可以在我們吃的許多食物中找到鐵離子，如海鮮和豆類。這些陽離子存在於血紅蛋白中，血紅蛋白是人體生命所必需的紅細胞的組成部分。^[19] （創作學生：Showall Moazzam和Lisa Nguyen，教師：Jason Pereira，加拿大，安大略省，多倫多約克紀念大學學院）

(二)      硒元素的圖塊：硒的原子序是34（₃₄Se），這圖塊是Tina Yuan的創作^[20]，如圖十四所示。

圖十四：元素硒的圖塊（開啟這網頁）

（圖片來源：Selenium, https://goo.gl/199fJC.）

硒（Selenium）：硒是由Jöns Jakob Berzelius於1817年發現的，並以希臘語〝selene〞的意思命名為〝月亮〞。在他手中，Berzelius持有硒的三種同素異形體，每種都有自己獨特的顏色。目前，全世界硒的最大用途是作為陶瓷中的顏料，硒也是去頭屑洗髮劑（畫在中央部位，月亮的中上方）中的活性成分，並且改善硫化橡膠例如冰球（畫在中下部位，月亮的左邊）的耐磨性。由於其光伏和光電導性質，硒用於太陽能電池板和光電池（畫在右邊，月亮的中上方）。硒也是一種微量營養素，每天在人體中需要小劑量，它作為補充劑可商購獲得（畫在左邊，月亮鼻子的左上方）。最後，硒的五種穩定的天然存在的同位素：74, 76, 77, 78, 80作為細節放置……你能找到它們的位置嗎？^[20]（創作學生：Tina Yuan，教師：Jennifer Pitt，加拿大安大略省，多倫多市，多倫多大學）

(三)      鍆元素的圖塊：鍆的原子序101（₁₀₁Md），這圖塊是Amber Hunt創作^[21]，如圖十五所示。

圖十五：元素鍆的圖塊（開啟這網頁）

（圖片來源：Mendelevium, https://goo.gl/UVgxpL）

我（Amber Hunt）的圖塊代表是鍆（Mendelevium）。該元素的命名是為了紀念Dimitri Mendeleev，門得列夫因創建有系統且可預測的週期表而受到讚譽。鍆是一種合成元素，由持有他的照片的手勢來象徵合成之意。鍆是藉由用α粒子轟擊元素鑀而得到。這個過程的展現是藉由氦氣球代表—α粒子是氦原子核—內部是愛因斯坦的圖像。^[21] （原創藝術品作者：Amber Hunt，普韋布洛西部高中，普韋布洛西部，科羅拉多，美國）

二、  2015-2016年於美國化學會ChemClub

為了慶祝ACS ChemClub成立10週年，美國化學會要求這俱樂部創建莫耳週期表（Periodic Table of Moles）中的元素配備。以下是完整的海報，由美國化學會的60個高中化學俱樂部所創建。可惜沒有找到每個元素及其有關藝術設計的資訊。^[22] 圖十六是美國化學會的莫耳週期表。

圖十六：美國化學會的摩爾週期表（開啟這網頁）

（圖片來源：Updating the Periodic Table of Moles for the International Year of the Periodic Table, https://goo.gl/nZRGmE.）

為了慶祝2019年國際化學元素週期表年，美國會學會即將規劃一張新的週期表海報。鼓勵每個ChemClub選擇一個元素，然後創建與元素相關以莫耳為主題的設計，例如：與元素發現、用途、歷史、屬性或文化身份的關聯。^[23]

n  視覺藝術與元素週期表的相遇

由英國皇家化學學會（Royal Society of Chemistry）支持的合作計畫（1999-2012），以盡可能獨特和創新的方式探索和反思構成物質的元素的多樣性。元素週期表的解釋旨在對構成我們生活的世界的材料的驚人多樣性進行新的和充滿活力的視覺評估，不僅是藉由渲染各個元素的圖像，而且藉由調查它們影響我們日常生活的方式。^[24] 圖十七是由Murray Robertson製作視覺藝術元素週期表，基於化學家和科學作家John Emsley提供的科學數據，由英國皇家化學學會支持。

圖十七：英國皇家化學學會創建的視覺藝術元素週期表（開啟這網頁）

（圖片來源：Visual Elements Periodic Table (1999-2012), http://www.rsc.org/periodic-table.）

沒有化學教科書、教室、禮堂或研究實驗室，就不能完成元素週期表。從化學的早期開始，已經嘗試以揭示它們之間相似性的方式排列已知元素。然而，這需要1869年門得列夫的天才才能看到排列元素成圖案是不夠的；他意識到有一個自然的運作，每個元素都有自己的分配位置。英國皇家化學學會的元素週期表提供線上互動式版本，點擊元素超連結可提供化學數據和其他相關資訊，了解有關元素週期表及其驚人元素的更多資訊。圖十八是英國皇家化學學會創建的視覺藝術元素週期表的互動式版本。^[25]

圖十八：英國皇家化學學會創建的視覺藝術元素週期表的互動式版本（開啟這網頁）

（圖片來源：Periodic Table, http://www.rsc.org/periodic-table.）

這週期表還包括一些最近才發現或檢測到的超重元素的資訊。此外，這週期表透過簡單地點擊〝族〞（Groups）、〝區〞（Blocks）和〝週期〞（Periods）上的選項，提供清晰的分類和定義，有助於學生理解這些元素的定義並知道類似的屬性。^[26]

在各元素的展現上，除了一張Murray Robertson製作的視覺圖像之外，還以表格呈現資訊包括發現日期、發現者、名稱由來和同素異形體、以及用途和屬性、歷史、原子數據、氧化態和同位素、供應風險、壓力和溫度數據‒進階、播客（Podcast）、影片、資源、參考。以下展現皇家化學學會創建的視覺藝術元素週期表視覺圖像中的2個元素—銀（Silver, ₄₇Ag）^[27]和鍆（Mendelevium, ₁₀₁Md）^[28]，如圖十九所示。

 

圖十九：元素銀（左，開啟這網頁）和元素鍆（右，開啟這網頁）的視覺藝術

（圖片來源：Silver, https://goo.gl/A1yMtY. 和 Mendelevium, https://goo.gl/oxWHJV.）

 

n  音樂與元素週期表的相遇

此處介紹：(一) 1959年音樂家Tom Lehrer的創作《元素》、(二) 2013年AsapSCIENCE創建的《週期表之歌》、和(三) 2017年黃捷創作的《元素週期表之歌》。

一、  1959年音樂家Tom Lehrer的創作《元素》

《元素》（The Elements）是由音樂幽默家和講師Tom Lehrer創作的一首歌，其中敘述在撰寫此歌曲時已知的所有化學元素的名稱，最高的原子序為102（nobelium）。這首歌創作於1959年。^[29] 圖二十是Tom Lehrer在1957年現場獻唱他的《元素》歌曲創作。

 

圖二十：Tom Lehrer（左）在1957年現場獻唱（右）他的《元素》歌曲創作（開啟這網頁）

（影片和圖片來源：Tom Lehrer – The Elements – LIVE FILM From Copenhagen in 1967, https://youtu.be/AcS3NOQnsQM.）

在《元素》的歌詞中，由於元素的順序符合歌曲的需要包括很多押韻，因此很少或沒有與週期表元素順序的關係。Lehrer是一名哈佛數學講師，因為〝哈佛〞和〝發現〞的最終押韻以波士頓口音的模仿方式傳遞—一種非傲慢的方式—所以這兩個詞押韻。Lehrer通常不會說那種口音。Lehrer在唱這首歌的同時彈著鋼琴（歌詞見附錄一）^[30-31]。

二、  2013年AsapSCIENCE創建的《週期表之歌》

AsapSCIENCE創建的《週期表之歌》，由Mitchell Moffit撰寫、導演、製作、編輯和演唱，歌曲基於奧芬巴赫的〝Can-Can〞音樂。這首歌的歌詞，在YouTube播放的字幕有30種語言，包括簡體中文，可惜沒有繁體中文。^[32] 圖二十一是AsapSCIENCE創建的《週期表之歌》。

圖二十一：週期表之歌的中的圖畫（開啟這網頁）

（影片和圖片來源：The Periodic Table Song (2018 Update!), https://youtu.be/rz4Dd1I_fX0.）

AsapSCIENCE創建的《週期表之歌》的英文及其中文翻譯歌詞（見附錄二）^[33]，歌詞中元素的順序是依照原子序，因此沒有押韻味，歌詞的內容與日常生活的密切的連結。

在AsapSCIENCE創建的《週期表之歌》的影片中，每個元素都製作一張與該元素有密切關係的圖畫，如圖二十二所示。

 

圖二十二：週期表之歌中的鈣（Ca）和鍆（Md）的圖畫（開啟這網頁）

（影片和圖片來源：The Periodic Table Song (2018 UPDATE!), https://youtu.be/rz4Dd1I_fX0.）

三、  2017年黃捷創作的《元素週期表之歌》

臺灣也有《元素週期表之歌》^[34]，由臺北市立中正國中的理化教師黃捷作詞、作曲和演唱。黃捷曾參加〈華人星光大道〉，為了讓學生快樂在學習，上課變得更有趣，譜曲編寫深情版《元素週期表之歌》，勉勵每位同學都能考一百分。他最近將這首《元素週期表之歌》錄音拍成MV，自己譜曲並錄成CD的故事。圖二十二為黃捷創作的《元素週期表之歌》。

圖二十二：黃捷的《元素週期表之歌》（開啟這網頁）

（影片和圖片來源：黃捷【元素週期表之歌】Official MV, https://youtu.be/SvvmRK7vFf8.）

黃捷創作的《元素週期表之歌》的歌詞內的元素順序以《族》和《週期》為順序，具有元素性質的系統性和預測性（見附錄三）^[35]。

n  結語與建議

在1863年已知的化學元素有56個，至今2019年發現的化學元素有118個，每年大約發現一個新元素。科學的進展神速，門得列夫在150年前創立的元素週期表實在功不可沒。現代藝術家與門得列夫的時空交會，會擦出什麼樣的火花？本文統整性地介紹：(一)版畫與元素週期表的相遇、(二)繪畫與元素週期表的相遇、(三)視覺藝術與元素週期表的相遇、以及(四)音樂與元素週期表的相遇。經過資料的整理，藝術家在化學元素的展現方面，善於運用美感的、感性的、活潑的且想像的表達；而化學家在這方面，善於運用真實的、理性的、拘謹的且證據的陳述，其實他們之間的差異性很大。然而，化學家和藝術家的交會是自然的趨勢，還是非自然現象？這似乎可以利用化學反應的自發性與否來說明，自發性的化學反應之趨動力是趨向最大的亂度（增加熵，比喻為藝術家的創作）和最低的能量（降低焓，比喻為化學家的表達）以降低自由能。因此，藝術家與門得列夫的交會似乎是自然的趨勢。基於此，期待臺灣的化學家與藝術家積極交流，迸出燦爛的火花。

2019年為聯合國制訂的國際化學元素週期表年，臺灣化學會與化學教育界大力地推動並展開相關的慶祝活動如在本刊物建立〈IYPT 2019〉專欄、〈元素方塊〉展示、和在維基百科上開設〈化學同學會〉。就世界先進國家的作法觀之，美國的元素週期表版畫展示、美國化學會ChemClub的繪畫展示、英國皇家化學學會的視覺藝術、加拿大滑鐵盧大學的繪畫展示、以及澳大利亞的版畫展示。建議：我國應該仿效這些先進國家的作法，積極地推動藝術結合到元素週期表的展示，讓教師和學生體會藝術與化學的美妙。

n  參考資料

1.        Dmitri Mendeleev, https://goo.gl/yVnRuV.

2.        The arts, https://en.wikipedia.org/wiki/The_arts.

3.        Definition of “the Arts” by the United States Congress, http://goo.gl/ZYJeKK.

4.        Art, https://en.wikipedia.org/wiki/Art.

5.        Artist, https://en.wikipedia.org/wiki/Artist.

6.        New Exhibit Kicks off the U.S. Celebration of IYC 2011, by Chris Brouwer and Madeline Schaefer, https://goo.gl/93nbDn.

7.        Elemental Matters, by Christy Schneider, https://goo.gl/Ersfuz.

8.        The Periodic Table Printmaking Project, http://periodictableprints.com/table/.

9.        Iron by Amy Arledge, http://periodictableprints.com/table/26.html.

10.    Radium by Gretchen Grove, http://periodictableprints.com/table/88.html.

11.    Mendelevium by Natalia Moroz, http://periodictableprints.com/table/101.html.

12.    The Artists’ Periodic Table, https://goo.gl/auVDx4.

13.    Carbon, https://www.raci.org.au/document/item/408.

14.    Indium, https://www.raci.org.au/document/item/437.

15.    Periodic Table of Elements by 38 Tasmanian Printmakers, https://goo.gl/9J21di.

16.    Mendelevium, https://www.raci.org.au/document/item/450.

17.    Periodic Table Project, https://goo.gl/B7LyVP.

18.    Periodic Table Project, https://goo.gl/yp4mtF.

19.    Iron, https://goo.gl/u3qGms.

20.    Selenium, https://goo.gl/199fJC.

21.    Mendelevium, https://goo.gl/UVgxpL

22.    Periodic Table of Moles, https://goo.gl/nDYRZU.

23.    Updating the Periodic Table of Moles for the IYPT, https://goo.gl/nZRGmE.

24.    Murrray Robertson, http://www.certainerrors.co.uk/pages/site/art_science.html.

25.    Visual Periodic Table of the Elements, https://goo.gl/y5D4HT.

26.    Sherlock and Dr Watson back the RSC’s Visual Elements campaign, https://goo.gl/c3ij8g.

27.    Silver, https://goo.gl/A1yMtY.

28.    Mendelevium, https://goo.gl/oxWHJV.

29.    The Elements (song), https://en.wikipedia.org/wiki/The_Elements_(song).

30.    Tom Lehrer CHEMISTRY element song, https://youtu.be/DYW50F42ss8.

31.    The Elements Song by Tom Lehrer, https://goo.gl/Q5RPP2.

32.    The Periodic Table Song (2018 Update!), https://youtu.be/rz4Dd1I_fX0.

33.    The New Periodic Table Song, https://goo.gl/yYbNQp.

34.    黃捷【元素週期表之歌】Official MV, https://youtu.be/SvvmRK7vFf8。

35.    元素週期表之歌，https://mojim.com/twy189676x1x1.htm。

n  附錄

附錄一：音樂家Tom Lehrer的創作《元素》歌詞

There’s Antimony, Arsenic, Aluminum, Selenium, and Hydrogen and Oxygen and Nitrogen and Rhenium and Nickel, Neodymium, Neptunium, Germanium, and Iron, Americium, Ruthenium, Uranium,

Europium, Zirconium, Lutetium, Vanadium and Lanthanum and Osmium and Astatine and Radium and Gold, Protactinium and Indium and Gallium (inhale) And Iodine and Thorium and Thulium and Thallium.

There’s Yttrium, Ytterbium, Actinium, Rubidium and Boron, Gadolinium, Niobium, Iridium and Strontium and Silicon and Silver and Samarium, and Bismuth, Bromine, Lithium, Beryllium and Barium.

There’s Holmium and Helium and Hafnium and Erbium and Phosphorous and Francium and Fluorine and Terbium and Manganese and Mercury, Molybdinum, Magnesium, Dysprosium and Scandium and Cerium and Cesium

And Lead, Praseodymium, and Platinum, Plutonium, Paladium, Promethium, Potassium, Polonium, and Tantalum, Technetium, Titanium, Tellurium, (inhale) And Cadmium and Calcium and Chromium and Curium.

There’s Sulfur, Californium and Fermium, Berkelium And also Mendelevium, Einsteinium, Nobelium and Argon, Krypton, Neon, Radon, Xenon, Zinc and Rhodium and Chlorine, Carbon, Cobalt, Copper, Tungsten, Tin and Sodium.

附錄二：AsapSCIENCE創建的《週期表之歌》歌詞

There’s Hydrogen and Helium  有氫和氦

Then Lithium, Beryllium  然後是鋰、鈹

Boron, Carbon everywhere  硼、碳無處不在

Nitrogen all through the air  氮氣全部散佈在空氣中

 

With Oxygen so you can breathe  使用氧氣，你可以呼吸

And Fluorine for your pretty teeth  和氟為了你的漂亮牙齒

Neon to light up the signs  霓虹燈照亮招牌

Sodium for salty times  鈉為了鹹的時候

 

Magnesium, Aluminum, Silicon, Phosphorus  鎂、鋁、矽、磷

Then Sulfur, Chlorine, and Argon  然後是硫、氯和氬

Potassium and Calcium So You’ll Grow Strong  鉀和鈣使你變得強壯

Scandium, Titanium, Vanadium and  鈧、鈦、釩和

Chromium and Manganese  鉻和錳

 

This is the Periodic Table  這是週期表

Noble Gas is stable  鈍氣是穩定的

Halogens and Alkali react aggressively  鹵素和鹼反應激烈

Each period we’ll see new outer shells  各個週期我們都會看到新的外殼

While electrons are  雖然電子是

Added moving to the right  添加向右移動

 

Iron is the 26 then Cobalt  鐵是26然後鈷

Nickel coins you get  你得到的鎳幣

Copper, Zinc, and Gallium  銅、鋅和鎵

Germanium and Arsenic  鍺和砷

 

Selenium and Bromine film  硒和溴膜

While Krypton helps light up your room  氪幫助照亮你的房間

Rubidium and Strontium  銣和鍶

Then Yttrium, Zirconium  然後是釔、鋯

 

Niobium, Molybdenum, Technetium  鈮、鉬、鍀

Ruthenium, Rhodium, Palladium  釕、銠、鈀

Silver-Ware then Cadmium and Indium  銀器然後是鎘和銦

 

Tin-cans, Antimony then Tellurium and  錫罐、銻然後碲和

Iodine and Xenon and then Caesium and  碘和氙，然後銫和

Barium is 56, and this  鋇是56，以及這

Is where the table splits  是週期表分裂的地方

Where lanthanides have just begun  鑭系元素剛剛開始的地方

Lanthanum, Cerium and Praseodymium  鑭、鈰和鐠

 

Neodymium’s next to  釹的旁邊是

Promethium then 62  鉕然後62

Samarium, Europium  釤、銪

Gadolinium, and Terbium  釓和铽

Dysprosium, Holmium, Erbium  鏑、钬、鉺

Thulium, Ytterbium, Lutetium  銩、鐿，鎦

 

Hafnium, Tantalum, Tungsten  鉿、鉭、鎢

Then we’re on to  然後我們繼續

Rhenium, Osmium, and Iridium  錸、鋨和銥

Platinum, Gold to make  鉑、黃金使

You rich ’till you grow old  你很富有，直到你變老

Mercury to tell you  汞告訴你

When it’s really cold  什麼時候真的很冷

 

Thallium and Lead then  鉈和鉛然後是

Bismuth for your tummy  鉍為你的肚子

Polonium, Astatine would not be yummy  釙、砈不會是美味的

Radon, Francium will last a little time  氡、鍅將持續一段時間

Radium then Actinides at 89  鐳然後錒系元素在89

 

This is the Periodic Table  這是週期表

Noble Gas is stable  鈍氣是穩定的

Halogens and Alkali react aggressively  鹵素和鹼反應激烈

Each period we’ll see new outer shells  每個時期我們都會看到新的外殼

While electrons are  雖然電子是

Added moving to the right  添加向右移動

 

Actinium, Thorium, Protactinium  錒、釷、鏷

Uranium, Neptunium, Plutonium  鈾、錼、鈽

Americium, Curium  鋂、鋦

Berkelium, Californium  鉳、鉲

Einsteinium, Fermium, Mendelevium, Nobelium  鑀、鐨、鍆、鍩

Lawrencium, Rutherfordium  鐒、鑪

Dubnium, Seaborgium  、

Bohrium, Hassium then  、

Meinerium, Darmstadtium  䥑、鐽

Roentgenium, Copernicium  錀、鎶

 

Ununtrium  （Nihonium  鉨）

Flerovium  鈇

Ununpentium  （已命名為Moscovium  鏌）

Livermorium  鉝

Ununseptium  （已命名為Tennessine  ）

Ununoctium  （已命名為Oganesson  ）

And then we’re done!!  然後我們完成了！！

附錄三：黃捷創作的《元素週期表之歌》歌詞

1A族 氫鋰鈉鉀銣銫鍅  2A族 鈹鎂鈣鍶鋇鐳

鈧鈦釩鉻錳鐵鈷鎳銅鋅 是3B回到2B  不是2B鉛筆

 

氫鋰鈉鉀銣銫鍅  2A族 鈹鎂鈣鍶鋇鐳

鈧鈦釩鉻錳鐵鈷鎳銅鋅 是3B回到2B

 

3A是硼鋁鎵銦釶  4A是碳矽鍺錫鉛  5A 氮磷砷銻鉍

6A是氧硫硒碲釙  7A 氟氯溴碘砈  8A是氦氖氬氪氙氡

 

硼鋁鎵銦釶  4A是碳矽鍺錫鉛  5A 氮磷砷銻鉍

6A是氧硫硒碲釙  7A 氟氯溴碘砈  8A是氦氖氬氪氙氡

 

1A族 氫鋰鈉鉀銣銫鍅  2A族 鈹鎂鈣鍶鋇鐳

鈧鈦釩鉻錳鐵鈷鎳銅鋅 是3B回到2B  不是2B鉛筆

 

氫鋰鈉鉀銣銫鍅  2A族 鈹鎂鈣鍶鋇鐳

鈧鈦釩鉻錳鐵鈷鎳銅鋅 是3B回到2B

 

3A是硼鋁鎵銦釶  4A是碳矽鍺錫鉛  5A 氮磷砷銻鉍

6A是氧硫硒碲釙  7A 氟氯溴碘砈  8A是 氦氖氬氪氙氡

 

硼鋁鎵銦釶  4A是碳矽鍺錫鉛  5A 氮磷砷銻鉍

6A是氧硫硒碲釙  7A 氟氯溴碘砈  8A是氦氖氬氪氙氡

等你們會唱這首歌  一定會考100分