元素周期律的音樂魅力

李啟翔

如果說前面多彩的化學(xué)世界帶給你強(qiáng)烈的視覺沖擊，那接下來就請欣賞一場與美有關(guān)的音樂宴會吧。提到元素周期表，不少人腦海里出現(xiàn)的都是那個方方正正的表格，里面填滿了各式各樣的元素，標(biāo)示著一些奇奇怪怪的數(shù)據(jù)。但是如果有人說，元素周期律和音樂還有著不解之緣的話，你一定會奇怪是怎樣把元素周期律和音樂扯上關(guān)系的。

元素周期律的起源：與音律的不解之緣

每每提起元素周期律的發(fā)現(xiàn)，我們討論最多的都是俄國化學(xué)家門捷列夫。但是回顧元素周期律發(fā)現(xiàn)史，門捷列夫更像一位站在對方禁區(qū)里的前鋒，接到來自諸多其他科學(xué)家互相傳遞的足球，臨門一腳獲得了最終對于元素周期律的發(fā)現(xiàn)。而在這些科學(xué)家中，離球門最近的莫過于英國科學(xué)家約翰·亞歷山大·雷納·紐蘭茲（John Alexander Reina Newlands）。

紐蘭茲生于倫敦，1856年加入英國皇家化學(xué)學(xué)院。作為第一個設(shè)計按相對原子質(zhì)量排列化學(xué)元素周期表的人，他在1864至1865年間撰寫了一連串的論文，描述了他自己的一套元素歸類方式：八音律。

紐蘭茲“八音律”的提出，是受到了當(dāng)時德國化學(xué)家德貝萊納的“三元素組”的啟發(fā)。他將已知的61種元素按照當(dāng)時的相對原子質(zhì)量的遞增順序排列，發(fā)現(xiàn)每八個元素便出現(xiàn)性質(zhì)相似的元素，如同音樂中的音階“八度”一樣。在此基礎(chǔ)上，紐蘭茲提出了“周期性”的變化規(guī)律，即元素隨著一定規(guī)律排列后，其性質(zhì)會出現(xiàn)相似性或遞變規(guī)律。

可潛的是，紐蘭茲這個想法當(dāng)時未被人們接受，甚至遭到了很多科學(xué)界同行的嘲諷，英國皇家化學(xué)會也拒絕發(fā)表他的論文。直到多年后，門捷列夫因為發(fā)現(xiàn)元素周期律而獲得英國皇家學(xué)會頒發(fā)的戴維獎之后，紐蘭茲的發(fā)現(xiàn)才最終被認(rèn)可，但卻早已失去了成為元素周期律發(fā)現(xiàn)第一人的機(jī)會。

紐蘭茲的“元素八音律”周期表，其中許多元素的相對原子質(zhì)量和現(xiàn)在不一樣，而且其行和列與現(xiàn)行周期表相反。

八度

Octave，亦稱為Perfect octave，是音程的一種，它的組成是由2個相同音名但來自不同音域所組成。兩音的距離為12個半音，而頻率的比例是2：1，換而言之，較高音的頻率為較低音的兩倍。

元素周期律的特色：主題旋律的重現(xiàn)

元素周期律和元素周期表最美妙的地方在于，處處都透露著造物者的設(shè)計感。在門捷列夫提出的元素周期表的基礎(chǔ)上，后人又將副族元素、稀有氣體、鑭系錒系元素補(bǔ)充進(jìn)表格，最終形成了現(xiàn)在使用較為廣泛的長式周期表。

從這樣一張周期表里，不止可以獲得每一種元素本身的原子序數(shù)、價電子排布、相對原子質(zhì)量等多種原子結(jié)構(gòu)屬性，還能找到各個元素主要化合價、原子半徑的變化規(guī)律，更能得到非金屬、金屬元素各自活潑性的比較順序。

在這樣一張簡單的表格里，我們可以看到元素性質(zhì)從量變到質(zhì)變的變化，可以看到元素性質(zhì)螺旋式、周期性向前發(fā)展。而在各種樂曲中，這樣的循環(huán)、周期的旋律反復(fù)出現(xiàn)，也是經(jīng)常使用的編曲方式之一。

拿著名的《C小調(diào)第五交響曲》（Symphony No.5in Cminor，Op.67）為例，開頭部分的“短-短-短-長”的四音符節(jié)奏，有時被認(rèn)為是命運(yùn)的象征，而這一段旋律反復(fù)在樂曲中出現(xiàn)并強(qiáng)化，在后三個樂章中均有體現(xiàn)，起到了貫穿全曲，使之渾然一體的作用。

元素周期律的魅力——變奏中的不規(guī)律之美

規(guī)律對化學(xué)很重要，但不規(guī)律更是迷人之處?，F(xiàn)實永遠(yuǎn)不是理論所能完全預(yù)想的，例如在元素周期表的循環(huán)規(guī)律中，其實有著那么一些并不那么規(guī)律的插曲在其中，豐富了整個元素周期表的特色。

在元素周期表的第二周期中，存在著一些特殊的不規(guī)則的特殊原則。比如同為堿金屬族的氫氧化物，氫氧化鋰的溶解性與其他堿金屬族氫氧化物的溶解性完全不同;又比如鈹元素和其他本主族元素有著完全不同的性質(zhì)：“兩性”。

另一方面，早期的元素周期表都是按照元素的相對原子質(zhì)量遞增來排列的。直到科學(xué)家在對于各種元素的相對原子質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確測定后發(fā)現(xiàn)，所有元素的相對原子質(zhì)量并沒有按照簡單的原子序數(shù)增加而變化。比如氬元素的相對原子質(zhì)量是39.95，而原子序數(shù)在它之后的鉀只有39.10。這樣的主題旋律在不斷重復(fù)的過程中，會有不同程度的變化，也是音樂作品常使用的技能。

又回到了《C小調(diào)第五交響風(fēng)》前文中提到的四音符節(jié)奏在不斷重復(fù)的過程中，但是在后續(xù)樂曲中，不同的樂器，不同的音高的調(diào)整，都豐富了樂曲主要旋律的特點。而同樣的規(guī)律變化中的不規(guī)律調(diào)整，也幫助科學(xué)家對于元素周期的元素性質(zhì)有了跟進(jìn)一步的認(rèn)識。