第2章 原子

下图为五支装有无色液体的试管。肉眼望上去，它们之间并无任何区别，也许里面的液体全是水呢。但是，你可一定不能品尝，说不准它们都是有毒的。

让我们把第一支试管中的无色液体倒到铜板上，将一支火柴点燃，靠近铜板，并无丝毫反应。

接着试验第二支，啊，越接近铜板，火变得越旺盛了。

来看看第三支，咦，火柴熄灭了。

第四支试管中的液体刚一倒在铜板上，铜板的颜色马上改变了。

第五支，千万别将液体倒出来，它的放射性很强。看，盖氏计数器始终在不停地响着。

为什么从表面上看去并无任何区别的五种液体，一碰到铜板，差别就会如此大呢？

● 古代、中世纪的化学元素

实际上，一旦将这些液体中含有的元素弄得一清二楚，问题就迎刃而解了。上面提到的这五种液体全是十分简单的化合物，每种液体中都含有三四种化学元素。它们的成分要远比木头或者石头简单。

木头与石头皆为人类最早的工具。它们被人类使用的历史，可以追溯到远古时期，那时候，它们被人类做成特定的形状，成为日常生活里被使用的工具。

到了漫长的青铜器时期，人类使用的工具开始涉及木石之外的器皿与武器，甚至能够制造出如别针般的工具。

在青铜器时期结束之后，铁器时代接踵而至。这个时候的人类，已经知道自矿山里冶炼金属来制作铁斧、镞头等工具，做工相对来说十分不错。

依照记载，当时的人类已经懂得利用金、银、锡、铜、铅、碳、硫黄以及汞等物质，不过人们并不知晓它们都属于元素。

到了中世纪之后，开始流行炼金术。炼金术士们系统地整理了之前琐碎的原始化学知识。尽管他们的炼制方法非常简单，甚至有些时候完全凭借想象，不过他们仍然能够被称作当时的化学家。

在炼制金属的过程里，术士们进行了数不胜数的实验，并且由实验中得出水、火、土以及空气为组成物质的基本要素，比如说，木燃烧产生热量，进而化为灰尘。术士们则以此认定干（即木头）是由土（即灰尘）与火构成的。除此之外，他们还编制了元素表。

● 什么是元素周期表

“元素周期表”并非一个简单的表格，其中所蕴含的丰富的信息，大概是你难以想象的。炼金术士们终其一生也没有办法深入了解这些信息。但是，时至今日，一旦你将元素周期表弄明白了，就能够在实践中成功地运用蕴含在表中的秘密。

炼金术士编制的元素表仅包含四种“元素”，而我们今天的元素周期表中却包括100多种元素，它们依据特定的顺序排列，各个元素之间的关系一目了然，简单易懂。我们也能够依据元素周期表来解释水、火、土以及空气的本质。水为氧与氢这两种化学元素的化合物；而火则是部分元素与氧气发生反应时放出的光与热；土由几十种元素混合而成，成分较为复杂；空气由二氧化碳以及8种以上的其他元素混合而成，与土同为混合物。

我们现在使用的元素周期表里的各种元素均以符号进行标记，并依据元素的原子序数来排列。

一般情况下，我们会拿化学元素英文名称的首字母或者前两个字母来充当它们的符号。比方说，氢的符号是H，氦的符号是He，而锂的符号则是Li。有些在很久以前被发现的元素，如今仍然以其当初名字的首字母或是前两个字母作为符号。譬如说，汞的符号为Hg，源自于希腊文Hydragyrum；而银的符号为Ag，源自于拉丁文Argentum。各元素名称及其化学符号的来源收录于本书的末尾。

元素周期表中每个元素的左上角均有一个数字，这就代表着该元素的原子序数。举例来看，碳的原子序数为6，这就意味着，碳原子核中存在着6个质子，而碳原子存在着6个电子，并且也反映了这样一个问题，即碳原子能够和哪些元素结合以及怎样结合。

而位于符号下方的数字则体现了该元素原子的平均质量，称作原子量。如今，每个元素的原子量的计算均以碳的平均质量12为单位。而1960年之前，原子量的计算单位则是氧原子的平均质量16。

具备了原子序数以及原子量，就能够对原子核的构造进行研究了。打个比方，碳的原子序数是6，那么就说明原子核中的质子数是6。而其原子量为12，又因为原子量的质量主要集中于质子与中子，因此，碳原子的中子数也为6。质子和中子共同构成了原子核，连同原子核外的电子一同构成了原子。