五堂极简科学史课(中小学科普经典阅读书系)

化学元素周期律 ——世界万物的本质归原 世界上的物质是多种多样的，多到无法统计，至少有千万种，其中有天然的，也有人造的。现在每年人工合成的新物质就有数以万计。物质的世界是很复杂的，各种物质由于其组成成分的不同，精细结构上的差异及所处的环境的制约，会呈现出不同的物理、化学性质，它们在大千世界中发挥了各自的独特作用。 面对这一变化万千、错综复杂的物质世界，也许你不曾想到,这些千差万别的各种物质都是由109种化学元素构成的，更确切地说主要是由89种化学元素构成的——因为有20种元素是自然界极少存在或者完全没有的，是用核反应制取的人工放射性元素。这些元素造就了宇宙间的所有行星，也造就了地球上所有的岩石、植物、动物、空气、河流、海洋，甚至连人类自身也是由各式各样的元素组合成的。正如7个音符可以谱写出千歌万曲，26个英语字母可以组成千万个单词一样，这近90个元素可以形成千万种单质和化合物。 由单一化学元素构成的物质，叫作单质。例如通过化学反应而制成的氢气、氧气是单质，在自然界寻找到的纯净的金刚石(由碳分子构成)、金及银也是单质。两种及两种以上化学元素组成的物质统称为化合物。例如纯净的蒸馏水，是由氢和氧两种元素组成；经提纯的食盐的主体氯化钠是由氯和钠两种元素组成的。动物体内的脂肪、蛋白质、糖类等则至少含有碳、氢、氧三种以上的元素。在自然界中，纯净的单质和化合物在物质中相对来说是很少很少的，绝大部分物质都是由各种化合物或单质混合而成。在化学家的眼里，许多被常人誉为纯洁的物质，其中也常常是含有其他分子的杂质，只不过是微量或痕量而已。例如金的装饰品通常有18K、22K之说，其中的含义是在24份金中分别含有18份或22份金，其余则是银或铜等其他金属，所以纯金装饰品也是合金。24K的纯金太软，影响其加工成形，故要添加一点其他金属，才能制成适用的工艺品。又如用做化学实验的试剂，通常分为优质纯、分析纯、化学纯，这表明就是非常纯的试剂，也常含有不同程度的杂质。一般来说，化合物大都具有一定或固定在某一狭小变动范围内的组成，那种没有一定比例而掺和在一起的复合物质称为混合物。在混合物里，各组分彼此保留着各自原有的化学性质。人们常见到的混合物有空气、海水、泥土等，人们只须采用物理的方法，就能使它们所含的各种物质分离开来。例如通过冷凝分馏的方法可将空气中的氮、氧、氢等成分分开。又如利用蒸发水分和重结晶的方法从海水中提取食盐。实际上，在生产生活中，从混合物中分离出单质或某种成分的方法是很多的，但是要做到非常纯净的分离又谈何容易。 无论是单质、化合物，还是混合物，要想认识它，了解它们之间的变化规律，还只能从研究元素入手。通过对元素的研究，特别是对它们之间排列组合成千上万种化合物的规律的研究，才能逐步认识这个由元素构成的世界乃至宇宙。这就好像我们识字，学习语文，先从掌握拼音和字开始一样，再学习词和句子，进而逐步掌握阅读和写作，*后达到熟练地运用语言的技巧。在化学上，相对于语音表的就是元素周期表。当然元素周期表上的每一个元素，本身就有丰富的内涵，较比语音表上的每一个拼音字母要复杂得多。下面就从元素周期表展开我们的叙述吧！