元素周期律的音乐魅力

李启翔

如果说前面多彩的化学世界带给你强烈的视觉冲击，那接下来就请欣赏一场与美有关的音乐宴会吧。提到元素周期表，不少人脑海里出现的都是那个方方正正的表格，里面填满了各式各样的元素，标示着一些奇奇怪怪的数据。但是如果有人说，元素周期律和音乐还有着不解之缘的话，你一定会奇怪是怎样把元素周期律和音乐扯上关系的。

元素周期律的起源：与音律的不解之缘

每每提起元素周期律的发现，我们讨论最多的都是俄国化学家门捷列夫。但是回顾元素周期律发现史，门捷列夫更像一位站在对方禁区里的前锋，接到来自诸多其他科学家互相传递的足球，临门一脚获得了最终对于元素周期律的发现。而在这些科学家中，离球门最近的莫过于英国科学家约翰·亚历山大·雷纳·纽兰兹（John Alexander Reina Newlands）。

纽兰兹生于伦敦，1856年加入英国皇家化学学院。作为第一个设计按相对原子质量排列化学元素周期表的人，他在1864至1865年间撰写了一连串的论文，描述了他自己的一套元素归类方式：八音律。

纽兰兹“八音律”的提出，是受到了当时德国化学家德贝莱纳的“三元素组”的启发。他将已知的61种元素按照当时的相对原子质量的递增顺序排列，发现每八个元素便出现性质相似的元素，如同音乐中的音阶“八度”一样。在此基础上，纽兰兹提出了“周期性”的变化规律，即元素随着一定规律排列后，其性质会出现相似性或递变规律。

可潜的是，纽兰兹这个想法当时未被人们接受，甚至遭到了很多科学界同行的嘲讽，英国皇家化学会也拒绝发表他的论文。直到多年后，门捷列夫因为发现元素周期律而获得英国皇家学会颁发的戴维奖之后，纽兰兹的发现才最终被认可，但却早已失去了成为元素周期律发现第一人的机会。

纽兰兹的“元素八音律”周期表，其中许多元素的相对原子质量和现在不一样，而且其行和列与现行周期表相反。

八度

Octave，亦称为Perfect octave，是音程的一种，它的组成是由2个相同音名但来自不同音域所组成。两音的距离为12个半音，而频率的比例是2：1，换而言之，较高音的频率为较低音的两倍。

元素周期律的特色：主题旋律的重现

元素周期律和元素周期表最美妙的地方在于，处处都透露着造物者的设计感。在门捷列夫提出的元素周期表的基础上，后人又将副族元素、稀有气体、镧系锕系元素补充进表格，最终形成了现在使用较为广泛的长式周期表。

从这样一张周期表里，不止可以获得每一种元素本身的原子序数、价电子排布、相对原子质量等多种原子结构属性，还能找到各个元素主要化合价、原子半径的变化规律，更能得到非金属、金属元素各自活泼性的比较顺序。

在这样一张简单的表格里，我们可以看到元素性质从量变到质变的变化，可以看到元素性质螺旋式、周期性向前发展。而在各种乐曲中，这样的循环、周期的旋律反复出现，也是经常使用的编曲方式之一。

拿著名的《C小调第五交响曲》（Symphony No.5in Cminor，Op.67）为例，开头部分的“短-短-短-长”的四音符节奏，有时被认为是命运的象征，而这一段旋律反复在乐曲中出现并强化，在后三个乐章中均有体现，起到了贯穿全曲，使之浑然一体的作用。

元素周期律的魅力——变奏中的不规律之美

規律对化学很重要，但不规律更是迷人之处。现实永远不是理论所能完全预想的，例如在元素周期表的循环规律中，其实有着那么一些并不那么规律的插曲在其中，丰富了整个元素周期表的特色。

在元素周期表的第二周期中，存在着一些特殊的不规则的特殊原则。比如同为碱金属族的氢氧化物，氢氧化锂的溶解性与其他碱金属族氢氧化物的溶解性完全不同;又比如铍元素和其他本主族元素有着完全不同的性质：“两性”。

另一方面，早期的元素周期表都是按照元素的相对原子质量递增来排列的。直到科学家在对于各种元素的相对原子质量进行准确测定后发现，所有元素的相对原子质量并没有按照简单的原子序数增加而变化。比如氩元素的相对原子质量是39.95，而原子序数在它之后的钾只有39.10。这样的主题旋律在不断重复的过程中，会有不同程度的变化，也是音乐作品常使用的技能。

又回到了《C小调第五交响风》前文中提到的四音符节奏在不断重复的过程中，但是在后续乐曲中，不同的乐器，不同的音高的调整，都丰富了乐曲主要旋律的特点。而同样的规律变化中的不规律调整，也帮助科学家对于元素周期的元素性质有了跟进一步的认识。