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       元素周期表是我們能夠觸摸到的任何東西的總目錄。有一些東西不在元素周期表里，例如光、愛(ài)情、邏輯和時(shí)間，但是這些東西我們是無(wú)法觸摸的。

       地球、你的腳等任何可以觸摸的東西都由元素構(gòu)成。你的腳的大部分是由氧構(gòu)成的，同時(shí)還有許多碳和它結(jié)合在一起，從而為有機(jī)分子賦予了結(jié)構(gòu)，這些有機(jī)分子確定了你是以碳為主要成分的生命的一個(gè)例子。

       氧是無(wú)色透明的氣體，但它占據(jù)你的體重的2／3。它怎么做到這一點(diǎn)？

       化學(xué)元素有兩張臉：它的純態(tài)以及當(dāng)和其他元素結(jié)合的時(shí)候形成的化合物。純態(tài)的氧的確是氣體，但是當(dāng)它和硅反應(yīng)以后，它們結(jié)合在一起形成了堅(jiān)硬的硅酸鹽礦，構(gòu)成了地殼的大部分。當(dāng)氧與氫和碳結(jié)合的時(shí)候，結(jié)果可以是從水到一氧化碳到糖的任何東西。

       無(wú)論這些物質(zhì)看起來(lái)多么不像純態(tài)的氧，但在這些化合物中氧原子仍然存在，而且這些氧隨時(shí)可以被提取出來(lái)，回到純的氣態(tài)。

       但是只要原子核沒(méi)有瓦解，每個(gè)氧原子本身就永遠(yuǎn)不可能破裂或者拆開(kāi)變成更簡(jiǎn)單的東西。這個(gè)不可分割的性質(zhì)就是使得元素之所以成為元素的原因。

       在這里，試圖展示每一種元素的這兩張臉。首先，你將會(huì)看到純?cè)氐囊环艽蟮恼掌ǖ沁@需要在物理上辦得到）。另外你將會(huì)看到這個(gè)世界上元素的各種樣子的許多例子——各種化合物以及成為這種元素的特征的各種用途。

       在我們開(kāi)始接觸各種元素之前，很有必要先從整體上看一下元素周期表，看看這些元素是怎樣被組織在一起的。

       經(jīng)典形式的元素周期表已廣為人知，就像耐克鞋的微標(biāo)、泰姬陵或者愛(ài)因斯坦的頭發(fā)那樣一眼就可以認(rèn)出來(lái)。元素周期表是我們文明的圖標(biāo)影像之一。

       元素周期表的基本結(jié)構(gòu)不是由藝術(shù)、幻想或巧遇來(lái)決定的，而是由量子力學(xué)的基本的和普遍的法則決定的。呼吸甲烷的有腳生物可能會(huì)用正方形的徽標(biāo)為它們的鞋子作廣告，但它們的元素周期表會(huì)有像我們的元素周期表一樣能夠辨認(rèn)的邏輯結(jié)構(gòu)。

       每一種元素都是用它的原子序數(shù)（從1到118的整數(shù)）來(lái)定義的。（118是目前的數(shù)字，無(wú)疑隨著時(shí)間的推移還會(huì)發(fā)現(xiàn)更多。）一種元素的原子序數(shù)是該元素的每一個(gè)原子的原子核中質(zhì)子的數(shù)目。質(zhì)子數(shù)又決定了有多少個(gè)電子圍繞著這個(gè)原子核作運(yùn)動(dòng)。正是這些電子，特別是在最外“層”的電子，決定了元素的化學(xué)性質(zhì)。

       元素周期表按照原子序數(shù)排列元素。順序缺口的跨越方式好像是十分隨意的，其實(shí)不然。這些缺口的存在使得每一縱列中的元素具有相同的外層電子數(shù)。

       這就解釋了關(guān)于元素周期表的最重要的事實(shí)：同一縱列中的元素傾向于具有相似的化學(xué)性質(zhì)。

       讓我們按照縱列所確定的排列，先看元素周期表的主族。

       第1號(hào)元素是氫，它有一點(diǎn)兒反常。氫通常被放在最左邊的一列，它也確實(shí)和同在這一列的其他元素共有一些化學(xué)性質(zhì)（原則上，在化合物中，氫通常失去一個(gè)電子形成H+離子，就像第11號(hào)元素鈉失去一個(gè)電子形成Na+離子）。但氫是氣體，而在第一列的其他元素是軟金屬。因此，有些周期表把氫單列出來(lái)自成一類。

       第一縱列中的其他元素——氫不算在內(nèi)——統(tǒng)稱為堿金屬，把它們?nèi)拥胶锒己苡腥?。堿金屬與水反應(yīng)時(shí)放出氫氣，氫氣是高易燃性的。如果你把一塊足夠大的鈉扔進(jìn)湖里，在幾秒鐘后就會(huì)發(fā)生大爆炸。這到底是一場(chǎng)令人興奮而又美麗的經(jīng)歷，還是就此結(jié)束了你的性命，要看你是否防護(hù)得當(dāng)。如果熔融的鈉濺入眼睛，你就永遠(yuǎn)成了瞎子。

       化學(xué)就是這樣：強(qiáng)大得能在世界上做出偉大的事情，但也危險(xiǎn)得能夠做出恐怖的事情，二者一樣容易。如果不尊重化學(xué)，它就會(huì)咬人。

       第二列中的元素統(tǒng)稱為堿土金屬。像堿金屬一樣，它們是相對(duì)軟的金屬，與水反應(yīng)時(shí)放出氫氣。但不像堿金屬那樣爆炸性地反應(yīng)，堿土金屬是馴服的，它們慢慢地反應(yīng)，使氫氣不會(huì)自發(fā)燃燒。例如，這使得可以把鈣（20）用在便攜式氫氣發(fā)生器中。

       周期表的廣大中央?yún)^(qū)被稱為過(guò)渡金屬。那里有工業(yè)中的骨干金屬——單單第一行就是名副其實(shí)的常用金屬的Who is Who（這是美國(guó)出版的一部介紹名人的工具書(shū)）。除了汞（80），所有的過(guò)渡金屬都是非常硬的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)金屬。（事實(shí)上，也是這樣的，如果溫度足夠低，汞就會(huì)凍結(jié)成非常像第50號(hào)元素錫一樣的金屬。）即使是锝（43）——本區(qū)中孤獨(dú)的放射性元素——也像它的鄰居們那樣堅(jiān)固。锝不是那種你要用來(lái)打造一把餐叉的金屬，不是它不能勝任，而是它非常昂貴，并且會(huì)用它的放射性慢慢把你殺死。

       總體上說(shuō)，過(guò)渡金屬在空氣中是相對(duì)穩(wěn)定的，但有一些會(huì)緩慢氧化。最顯著的例子當(dāng)然就是鐵（26）。到目前為止，鐵的生銹仍然是我們最有毀滅性的、最不想要的化學(xué)反應(yīng)。其他的，諸如金（79）和鉑（78）因?yàn)闃O其耐腐蝕而受到稱贊。

       在左下角的兩個(gè)空格是為鑭系元素和錒系元素保留的，對(duì)于鑭系元素和錒系元素，我們將在后面文章著重說(shuō)明。按照周期表的邏輯性，在第二和第三縱列之間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)可放入14種元素的缺口，鑭系元素和錒系元素就插在這個(gè)缺口中。但是這樣做就會(huì)使周期表變得不切實(shí)際地寬，慣常的辦法就是把這個(gè)缺口關(guān)閉起來(lái)，把這些稀土元素顯示在底部的兩行中。

       左下部的三角稱為普通金屬，雖然實(shí)際上被大多數(shù)人認(rèn)為是普通金屬，但這些金屬事實(shí)上還是前面一族的過(guò)渡金屬。（現(xiàn)在你可能已經(jīng)注意到，大多數(shù)元素是這種或那種金屬。）

       右上部分的三角稱為非金屬。（接下去的兩族，鹵素和惰性氣體也是非金屬。）非金屬是電的絕緣體，而所有的金屬在不同程度上都有導(dǎo)電性。

       在金屬和非金屬之間有一個(gè)稱為準(zhǔn)金屬的騎墻派的對(duì)角線。從它們的名稱也可以想得到，這些元素多少有些像金屬，又多少有些不像金屬。特別是它們能導(dǎo)電，但是導(dǎo)電性不好。準(zhǔn)金屬包括半導(dǎo)體，它們對(duì)現(xiàn)代人的生活非常重要。

       這條線是對(duì)角線的事實(shí)破壞了在同一個(gè)縱列中的元素具有共同特征的一般規(guī)律。好吧，那只是個(gè)一般規(guī)律?；瘜W(xué)實(shí)在是太復(fù)雜了，任何規(guī)律都不能絕對(duì)地固定不變。在從金屬到非金屬的邊界上，有幾個(gè)因素在互相競(jìng)爭(zhēng)，以決定一種元素應(yīng)該屬于哪個(gè)陣營(yíng)。在你往下看周期表的時(shí)候，天平移向了右邊。

       第17縱列（倒數(shù)第二列）稱為鹵素，純態(tài)的鹵素都是非常險(xiǎn)惡的家伙。這一列的所有元素都是高度活潑，氣味極為難聞的物質(zhì)。純氟（9）由于能攻擊幾乎所有東西而具有傳奇性，氯（17）則在第一次世界大戰(zhàn)中用作毒氣。但是以化合物的形態(tài)，例如加氟牙膏和食鹽（氯化鈉），鹵素被馴服成日用品。

       最后一列是貴族氣體。“貴族”在這里的意思是“不參與普通賊民的營(yíng)生”。貴族氣體幾乎彼此之間或者與其他元素之間都不形成化合物。由于它們的惰性，貴族氣體常常用來(lái)屏蔽活潑的元素，因?yàn)樵谝粚淤F族氣體的保護(hù)毯下面，活潑元素沒(méi)有東西可以與之反應(yīng)。如果你在化學(xué)供應(yīng)商那里購(gòu)買鈉，你得到的就會(huì)是放在一個(gè)充滿了氬（18）的密封容器中的鈉。

       這兩族元素統(tǒng)稱為稀土元素，盡管它們之中有一些根本并不稀少。上面的一行，從鑭（57）開(kāi)始，稱為鑭系元素；這樣，當(dāng)有人告訴你從錒開(kāi)始的底下一行就稱為錒系金屬時(shí)，你就不會(huì)感到奇怪。

       再看下去，當(dāng)你看到镥（71）的時(shí)候，鑭系元素就會(huì)因?yàn)楸舜嗽诨瘜W(xué)上非常相似而臭名昭著。其中的幾個(gè)是如此相似，以至于為了它們是否真是不同的元素而爭(zhēng)論了好多年。

       所有的錒系元素都是放射性的，其中以軸（92）和釙（94）最為出名。把錒系元素添加到周期表的標(biāo)準(zhǔn)格局這件事要怪格倫?西博格，這主要是因?yàn)樗獙?duì)在這個(gè)區(qū)域發(fā)現(xiàn)了那么多新的元素負(fù)責(zé)，以至于需要列出新的一行。（雖然許多人也發(fā)現(xiàn)了新元素，但西博格是被迫創(chuàng)立了一個(gè)新的行，以便容納他的全部發(fā)現(xiàn)的唯一一個(gè)人。）

       既然我們已經(jīng)分別觀察了元素周期表的局部和全貌，現(xiàn)在我們準(zhǔn)備好開(kāi)始在狂野的、美麗的、崎嶇的、有趣的和駭人的元素世界中的旅程。

       全在這里了。從這里到廷巴克圖，包括廷巴克圖，每件事物、每個(gè)地方都是由一種或者幾種化學(xué)元素構(gòu)成的。我們把元素的組合和再組合的無(wú)窮變化稱為化學(xué)。這些變化開(kāi)始自而又終結(jié)于這個(gè)簡(jiǎn)短而又值得紀(jì)念的表格，它是物質(zhì)世界的基石。