化学有故事

山姆·基恩是美国科学促进会院士，华盛顿特区专业作家。2009年，获美国科学作家协会很好青年科学作者奖。2010年，获D.C.科学作家协会年度新闻简讯奖。目前，为美国《科学》杂志撰稿人。其作品多发表于《纽约时报》等刊物。 自由译者、书评人，热爱关于书的一切。代表译著有：《罗素论幸福》《销声匿迹：数字化工作的真正未来》《元素周期表何以解释一切》。

导读/III
引言/IX
1 制作元素周期表：行行和列列
第一章 怎样定位元素/003
第二章 元素周期表之父/015
第三章 全家福：元素的家谱/029
2 制造原子，破坏原子
第四章 原子从哪儿来：“我们都是星辰之子”/041
第五章 战争年代的元素/049
第六章 填写元素周期表……砰的一声/061
第七章 扩展元素周期表/075
3 错误和竞争
第八章 糟糕的化学/089
第九章 投毒者的走廊/099
第十章 每天俩元素，疾病远离我/109
第十一章 元素也会骗人/119
4 元素和人性
第十二章 元素和政治/129
第十三章 元素和货币/143
第十四章 元素与艺术/153
第十五章 一种疯狂的元素/163
5 元素科学的今天和明天
第十六章 零摄氏度以下的化学/177
第十七章 泡泡科学/185
第十八章 精密到“荒唐”的工具/191
第十九章 元素周期表之外/203
元素周期表/212
致谢/215
词汇表/217

     第一章 怎样定位元素 一想到元素周期表，你可能会回忆起科学课教室的墙上挂着的那一幅多行多列的图表。你也许在课堂上谈论过它，甚至在测验和考试中用过它。遗憾的是，即使老师让你用，这张巨大的小抄似乎也没有多大的帮助！但这张图表和里面的每一块方格都装满了待破译的密码。 一方面，元素周期表排列整齐；另一方面，它的有些地方标示着冗长的数字和缩写，仿佛是电脑屏幕上出现的乱码（［Xe］6s24f15d1）一样。如果把这个图表中一切的杂乱都清理掉，它会是什么样子的呢？是不是有点像城堡，那起伏不平的主墙两边有两个高高的塔楼。元素周期表有18个纵列和7个横行，最下面还另有两行。 城堡由“砖”建成，但每一块砖都各不相同。每一块砖都表示一种元素，或者说一种物质（目前有118种已经正式命名的元素，还有少数几种即将出现），它们构成了这张图表。如果任意一块砖错位了，整座城堡就会崩塌。这一点儿也不夸张：如果科学家判定某种元素应该处在另一个位置，或者某两种元素的位置可以互换，那么整座城堡就会摇摇欲坠。这张图表中的所有元素都以特定的方式组合在一起。 这张图表中约75%的“砖”是金属，这意味着大多数元素在室温下是冰冷的灰色固体。图表中右边的几列中含有气体。图表中只有两种元素在室温下是液体，它们是汞（80号元素）和溴（35号元素）。在金属和气体之间，大约相当于在美国地图中肯塔基州的位置，有一些奇异的元素具有古怪的性质，例如它们可以制造出强酸，这要比锁在学校化学品供应室的酸的酸性强无数倍。 元素究竟是什么 元素（element）这个术语的出现最早可以追溯到古希腊。它是由哲学家柏拉图提出的一个词（源自希腊语中的“stoicheia”一词）。当然，柏拉图并不知道化学意义上的元素，他用这个词是来指代气、水、土、火这四种物质。 例如，氦（2号元素）就很好地体现了元素的性质，即不能通过一般的化学反应来分解或改变该元素。举个例子，我们所说的二氧化碳不是一种元素，因为一个二氧化碳分子可以分解成碳原子（6号元素）和氧原子（8号元素）。但碳和氧都是元素，必须将其摧毁才可能分解它们。 科学家花了2200多年才最终弄清楚了元素到底是什么，这仅仅是因为，仅碳原子就出现在了数千种不同的化合物中，而这些化合物都具有不同的性质，令人很难看出碳到底由什么组成。这有点像巧克力冰激凌和巧克力饼干的区别。它们都是用巧克力做的，但其他所有方面都不相同（尽管它们通常都很美味）。几乎所有的元素都会与其他元素结合成化学键从而生成化合物，因此我们很难看到纯元素本身的样子。如果当初科学家优选是了解了氦，可能就会马上知道元素到底是什么了。因为氦只以纯元素的形式存在，它没有任何的化合物。 氦有这种性质是有原因的。每一种元素都由单一种类的原子组成。所有原子都有一种带负电的粒子，叫电子。电子处于原子内部的不同能级上。每个能级都需要填充一定数量的电子才能完整。原子的最内层需要两个电子，其他能级需要的电子数不一样。在原子中，带负电的电子和带正电的质子数量相等，正负电荷抵消了，所以原子是电中性的。然而，电子可以在原子之间交换，当原子失去或得到电子时，它就会形成带电荷的粒子，叫离子。 可以说，电子是原子中最重要的部分之一。它们几乎占据了原子的所有空间，就像是围绕着原子核的“云”。原子核是原子的微小核心。如果把一个原子放大到橄榄球场那么大，原子核的大小就会像橄榄球场中五十码线上的一个网球一样。 重要的是，我们要知道，原子会用自己的电子尽量地填充内部的较低能级，但在发生化学反应时，它们必须失去、获得或共享电子，以确保最外层的电子数是正确的。氦恰好有足够的电子填满专享的能级，因此不需要与其他原子相互作用，也不需要失去、获得或共享电子。这就使氦非常独立，甚至可以说非常“高贵”。 P3-7