118位中國青年化學家為118個化學元素代言，帶你踏上神奇化學之旅

這張元素周期表大家都很熟悉吧，上初中的時候，老師都會教我們記個順口溜：「氫氦鋰鈹硼，碳氮氧氟氖，鈉鎂鋁矽磷，硫氯氬鉀鈣」，這耳熟能詳的元素周期表至今縈繞在我的耳畔，看誰背的行數多成了兒時和小夥伴最有趣的一件事。

化學元素是組成世間萬物的基礎，而化學元素周期表就是各種化學元素的匯總，各種不同的化學元素按照一定的規律排列組合在一起。這張簡單的表格揭示了世間萬物的奧秘，透過這張表格，我們能夠看到無窮無盡、豐富多彩的物質，以及它們之間相互變化的規律，它是科研人員必不可少的工具，也是讓普通人更加深入的認識這個世界的啟示錄。

現代化學的元素周期律是1869年俄國科學家門捷列夫(Dmitri Mendeleev)首創的，他將當時已知的63種元素依原子量大小並以表的形式排列，把有相似化學性質的元素放在同一行，就是元素周期表的雛形。利用周期表，門捷列夫成功的預測當時尚未發現的元素的特性(鎵、鈧、鍺)。1913年英國科學家莫色勒利用陰極射線撞擊金屬產生X射線，發現原子序越大，X射線的頻率就越高，因此他認為核的正電荷決定了元素的化學性質，並把元素依照核內正電荷(即質子數或原子序)排列，經過多年修訂後才成為當代的周期表。在周期表中，元素是以元素的原子序排列，最小的排行最先。表中一橫行稱為一個周期，一列稱為一個族。

第一列IA族：氫、鋰、鈉、鉀、銣、銫、鍅，除了氫元素，其他都是鹼金屬，化學性質活潑，為最典型的金屬，它們在化合物中總是體現出+1價。

第二列IIA族：鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳都是鹼土族元素，它們也有比較強的反應活性，但跟鹼金屬相比還是甘拜下風，它們在化合物中總是體現出+2價。

第三列IIIA族叫硼族元素：硼、鋁、鎵、銦、鉈、釒爾這幾種元素，硼是一種非金屬，從鋁開始往下都體現為金屬，它們大多數體現出3價。

第四列IVA族是碳族元素：碳、矽、鍺、錫、鉛、釒夫，碳和矽是非金屬，鍺以後金屬性增強，它們都有4個價電子。

第五列VA族是氮族元素：氮、磷、砷、銻、鉍、釒莫，他們的原子最外層都有5個電子，最高可以體現出+5價。

第六組VIA族是氧族元素：氧、硫、硒、碲、釙、釒立，除了釙和人造元素釒立以外，都是非金屬，它們大多體現出-2價。

第七族VIIA族是滷族元素：氟、氯、溴、碘、砹，加上不知是金屬還是非金屬的石田。它們喜愛奪取別人的電子，單質都是強氧化劑。

第八族VIIIA族是惰性氣體：氦、氖、氬、氪、氙、氡、奧氣。它們幾乎沒有反應活性，至今為止還沒發現常溫常壓下穩定存在的氦、氖的化合物。

2019年是俄羅斯化學家門捷列夫發現元素周期律並編制出元素周期表的第150周年，為慶祝這一重大科學發現，聯合國宣布2019年為「國際化學元素周期表年」並推出系列紀念活動。為了使公眾理解化學元素周期表的意義，向社會大眾展示化學元素和化學元素周期表的重要性，掀起大家對化學元素的關注熱潮，激發公眾對化學的熱情和興趣，並提升公眾對科學發展過程、科學方法以及科學精神的認同感。圖為118位中國青年化學家為118種元素代言，講述化學元素的故事。

化學離我們那麼遠，又離我們是那麼近。這些化學元素從何而來？它們有什麼神奇的性質？它們有什麼用途？歷史上關於化學元素發生過什麼樣的故事？我們身邊的物質都是由哪些元素組成的？這些化學元素是如何提取出來的？還會不會有更多的化學元素被發現？哪種化學元素最稀少？哪種化學元素最昂貴？

1、這些化學元素從何而來？

宇宙大爆炸後的一瞬間，氫元素誕生，很快由氫元素產生了氦元素，而其他的各種元素在恆星的演化過程中陸續產生，氫元素是名副其實的元素之母。而我們現在的世界，是元素們已經誕生後的世界，我們人類從自然界中的各種礦物，以及海水、空氣中獲取各種元素，後來科學家們又通過人工核反應製造出自然界中不存在的化學元素，隨著技術的發展，未來也會有新的元素被製造和發現。

2、它們有什麼神奇的性質？它們有什麼用途？

每種元素都有自己獨特的性質，例如，水銀是唯一在常溫下呈現液態的金屬，可以用來製作水銀溫度計、血壓計、水銀開關等。鋨是密度最大的金屬元素，硬度也很高，可以做成高硬度的耐磨合金。鋰是密度最小的金屬，可以浮在汽油上，它可以用來做鋰電池。金屬銫的熔點不到30℃，握在手裡就會融化，陽光一照它就會發射出電子，可以做光電池。金屬鎢熔點非常高，可以用來做鎢絲燈泡。金屬銥非常耐腐蝕，可以做核電池的外殼。黃金、鉑金等既好看，價格又高昂，還非常耐腐蝕，可以做首飾，也可以做科研容器，例如鉑坩堝。金屬鈹密度低強度高，又能透過X射線，它經常被用來做X光管的透鏡，也用來做陀螺儀、反應堆的中子反射層等用途。金屬鎂密度低強度高，可以做很多高強度的鎂合金結構零件。金屬鈣還原性很強，經常用來還原其他金屬。稀有氣體在通電的情況下能發光，以前用稀有氣體做霓虹燈。金屬鈦密度低，強度高，而且非常耐腐蝕，所以被用作潛艇外殼、飛機外殼等領域，也可以做成人體骨骼。金屬鉭非常能耐酸的腐蝕，價格比貴金屬便宜，所以經常用來製作生產酸的容器和管道。砷元素通常都是毒藥的代名詞，例如砒霜、鶴頂紅等等都是因為三氧化二砷，但是微量的砷缺可以來治療白血病。

3、歷史上關於化學元素發生過什麼樣的故事？

歷史上發生的和化學元素有關係的故事很多。例如，拿破崙皇帝發動了在歐洲的戰爭，需要用到火藥，原料是硝石，他需要在歐洲找到足夠的硝石來源，科學家在從還帶中嘗試提取硝石的時候，偶然發現了碘，可以說是這場戰爭導致了碘的發現。再例如，我國曾經發生過地質勘探隊在某地勘探後，此地開始只出生女兒，但沒有兒子出生的情況，後來調查原因才知道，原來是勘探礦的時候導致水中鈹的含量上升，進一步引起了男胎難存活的現象。水銀是有毒的，除了很多正常的用途外，水銀也因為有毒而產生出了一些怪異的用途，比如，舊時代有過大戶人家死後要童年童女陪葬的惡習，他們就是給孩子喝水銀，喝了之後人就會死掉，當然這主要跟水銀的密度大有關係。在秦始皇陵墓裡，也傳說有大量水銀，一方面秦始皇想用水銀來代替河流大海，另一方面劇毒的水銀也能阻止盜墓賊的侵擾。

4、我們身邊的物質都是由哪些元素組成的？

我們知道，世間萬物都是有各種簡單的化學元素組成的，任何我們能看到摸到的實體物質，都能被分解成各種元素，例如，我們空氣中就有氮氣、氧氣、二氧化碳、水蒸氣、』氬氣等，這些就是氮元素、氧元素、氫元素、碳元素、氬元素等組成。再比如，我們隨便抓起一把土壤，裡面一般都是由矽酸鹽、氧化物、碳酸鹽等各種礦物組成的，大部分都含有氧、矽、鋁、鐵、鈣等元素。再比如我們天上的太陽，它的主要組成元素是氫和氦。

5、這些化學元素是如何提取出來的？

每種化學元素的性質都不同，他們組成的化合物也不同，他們來源的礦物、原料等也是各種各樣。我們通常是從礦物、水、空氣中提取各種化學元素單質的，例如氧氣、氮氣、氬氣，這些我們靠壓縮空降溫空氣得到液態空氣，然後分餾得到不同的氣體。

再比如，我們可有從海洋中獲得很多有用的物質，例如提取出食鹽，再進一步加工成氫氧化鈉、氯氣、氫氣等化工原料，他們都是由化學元素組成的。我們海邊的沙子，從這裡面也可以得到矽，通過還原，得到粗矽，然後經過一系列複雜的物理化學工藝得到高純度的矽，最終做成我們電子設備中的晶片。像各種各樣的金屬，通常都是需要從礦物中先富集，然後再還原出來，比如鋁、鐵等等，可以通過電解法、熱還原法等方法提煉得到，像黃金、鉑、銀等貴金屬，也是需要從礦物中富集，然後提取出來。還有一些化學元素在地殼中的含量非常非常低，難以富集成礦物，所以就需要其他的富集手段，例如，金屬鍺可以從煤灰中提取，而燒煤得到煤灰的過程就相當於鍺被富集的過程。銦通常用來做觸控屏，它通常是從煉鋅的富集物中提取的。再比如熔點非常低的鎵，它可以做半導體，它主要是從煉鋁過程中富集的廢渣裡提取出來的。

6、還會不會有更多的化學元素被發現？

在人類發現人工核反應之前，我們都是從自然界中發現已經存在的元素，最後一種被發現的穩定元素是錸，它非常的稀少昂貴，而且耐高溫，可以添加到鎳中製作單晶合金，用來做戰鬥機的發動機葉片，也可以做火箭的噴口。而人類發現核反應之後，就通過人工核反應來製造自然界中不存在的元素了，目前我們已經發現到了118號元素，我們相信，隨著人類技術手段的進步，一定會發現更多的元素。

7、哪種化學元素最稀少？

這個問題其實並不好回答，因為要從很多個角度來講。在地球上，像黃金、鉑金、釕、鋨、銥這類貴金屬就非常的稀少，價格也昂貴。還有些元素也非常的稀少，例如錸、碲等，他們都是穩定的元素。但是像鍅、砹這類放射性元素，自然界中也有，但是他們隨時都在衰變，所以地球上不會有很多，每時每刻整個地殼裡可能也只有幾十克存在而已。然而，有些自然界並不存在的元素，可能會更加稀少，因為他們來源於人類的合成，而有的合成有極其困難，它們被發現的時候可能也只製造了幾十幾百個元素，然後又馬上衰變掉了，馬上又沒有了，這個量實在是太少了。

8、哪種化學元素最昂貴？

黃金、鉑金、銥、銠這些貴金屬都是非常昂貴的，但他們並不是最貴的元素，有一些普通的元素單質經過複雜的加工後，也可能變的非常昂貴，例如沙子的矽，提煉之後變成高純矽，價格可以達到幾千元一公斤，但是如果再提純出非常純淨的同位素，價格可以達到幾百萬歐元一公斤。目前來講，能夠用價格來衡量的最昂貴的元素，基本認為是鉲，它是通過人工核反應被製造出來的元素，早期的時候每克的價格高達10億美元，隨著技術的進步，它的製取成本也隨之下降，但是現在依然高達1克兩千多萬美元，是當之無愧的豪物。

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