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| 關於作者： |
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尼查耶夫，是俄国科学家、作家，曾任《知识就是力量》月刊主编。他热衷于科学研究，人们评论他的作品“善于使谈科学的书摆脱枯燥的讲义和素材而自成一体”。
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| 目錄：
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编者序
一、化学的圣经
１.“元素周期表”是梦里想出的
２.利用插图轻松学元素周期表
３.金属元素各具颜色
４.盐与惰性气体
５.从元素看宇宙地球
６.?是化学的代名词
７.有机化学与无机化学的差异
８.炼金术使化学变成“科学”
９.钻石的价值永不改变
二、原子
１.元素是什么
２.原子到分子
３.最初的元素
４.炼金术到化学
５.元素周期表
６.用分光器采集元素的“指纹”
７.利用元素
８.有机化合物
三、原子核
１.如何制造回旋加速器
２.锝的意思是“人造”
３.超越铀的元素
４.镎
５.突破难关
６.原子云中的发现
四、我们的行星——地球
１.空气
２.海
３.地壳
五、宇宙
１.宇宙的物质交换
２.宇宙的诞生
六、电子时代的元素
１.原子内部的奥秘
２.电子的排布
３.核时代的燃料
４.第一个人造元素
５.地球上最少的元素
６.“海王星”和“冥王星”
７. ９５号到１００号元素
８.“添丁”的麻烦
９.永无止境
附一：门捷列夫小传
附二：居里夫人与镭
附三：诺贝尔与炸药
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| 內容試閱：
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一、化学的圣经
1?“元素周期表”是梦里想出的
“H，He，Li，Be，B，C，N，O，F，Ne……”——这是一般人背周期表的方法。无论是喜欢还是讨厌化学的人，一听到化学，便联想到元素周期表，一听到元素周期表，就联想到化学，可见这两者的关系密不可分。
然而，大多数人却不知道，在完成“元素周期表”的整理工作上，化学家们付出了多少辛苦。
提出化学元素说的人，是被称为“近代化学之父”的法国化学家拉瓦锡。他认为：“一切物质都由元素组成”，为此他发表了化学元素说。遗憾的是，在元素尚未发现以前，他就在法国大革命中被送上了断头台。
但从此以后，化学元素的研究便开始进行。19世纪，英国化学家道尔顿的“近代原子说”揭开序幕之后，在原子量的精密测定下，钾、钠等元素便陆续被发现了。
新元素的发现，让化学家伤透脑筋
到1830年，被发现的元素达55种之多。现在，包括人造元素在内有103种，其中约一半是在150年前发现的。
新元素的陆续发现，使化学家们深感不安。新元素的性质纷杂，化学家们无法充分了解它们和其他元素之间的关联性。而且，对元素种类的增加也毫无把握。
因此，化学家们将这些元素系统地加以分类，并依序作了各种尝试。俄国化学家门捷列夫就是其中之一。
他在学生时代便认为“在元素与元素之间，可能有某种相关的关系”，进入社会以后，他继续进行各种化学研究。他任职于彼得斯堡大学时，每天上午授课，下午则专心进行研究。
一、化学的圣经由于连夜工作，以致每天都睡眠不足的门捷列夫，在书房的沙发上打盹，并且做了个不寻常的梦。他梦见表示元素规则的表清晰地呈现在他的眼前。于是，由梦中醒来的门捷列夫，不知不觉地大叫：
“对！由原子量小的元素开始排起，整理出来看看！”
门捷列夫由沙发上跳起，迷迷糊糊地在友人信件的空白处将过去已发现的62种元素，按原子量由小到大依序排列。
结果，他发现每隔七个就会出现性质相似的元素。这就是“元素周期表”的最初形态。利用这个周期表，可修正以往不正确的原子量或原子价。此外，它也是暗示元素间相关关系的“世纪大发现”。这是1869年3月1日的事。
后来，门捷列夫发现此周期表有若干空位。他认为这些空位就是尚未发现的元素所要占的位置。1871年，他大胆地预言有哪些新元素将填补空位，并预言其性质。这便是钙后面的元素和锌后面的两种元素。
这个预言开始并未受到瞩目。但四年后，就发现了镓1875年，接着又陆续发现了钪1879年和锗1886。其性质都和门捷列夫所预言的相差不远。从此，人们便不再对门捷列夫的周期表持怀疑态度了。
由于发现了周期表，使人类得以解开元素的谜团，但此周期表并非没有问题。原因是，按原子量由小到大依序排列的元素中，也有性质不合的元素存在。
1913年，门捷列夫逝世6年后，这问题得到解决。英国年轻的物理学家摩斯雷发现，元素的性质应依照原子序数加以分类。现在的周期表就是依照原子序数的顺序来排列的。
所谓的原子序数，其大小是由元素所拥有的质子数来决定的。例如：氢H的原子只有一个质子，因此其原子序数为1，位置在周期表刚开始列表之处。同样的，锂Li的质子数是三，因此原子序数为3，位于周期表上的第三个位置参考5页的图。
后来，依据元素的化学性质和物理性质，将元素分成碱金属、卤元素、稀有气体元素惰性气体等各族。
有些近代所发现的元素，是以国名、地点或人名来命名的。例如：钫Fr和铕Eu名称的由来，是取自法国France和欧洲Europe的名称，锿Es和钔Md则是取自爱因斯坦和门捷列夫的名字。
调查元素名称的由来也是一件很有趣的事。
2?利用插图轻松学元素周期表
化学的圣经“元素周期表”是由化学家们尝试各种错误后整理出来的。由此，现在我们才能了解令人不可思议的元素规则性。从元素周期表中，我们可以了解元素的各种性质，并加深对化学的了解，但要看懂元素周期表并不是一件容易的事。或许有许多人还不知道元素周期表的作用。为此，我们必须学习看元素周期表的方法，否则永远也无法了解化学。元素周期表就是化学世界的第一道关卡。
首先，将元素周期表放在眼前，看看上面写些什么并稍作整理。
元素周期表有“长周期表”与“短周期表”之分。两者之间有何差异呢·
短周期表的组成，直列是1族、2族、3族……8族，再加上0族，合计九族。横行则是依照原子价的不同作为区别。但1族到8族属于同一直列同一族的元素，因为有化学性质不同的两种族，所以又分为A族与B族。
另一方面，元素周期表的横列分为由1到7的周期。其中，在1、2、3周期，元素的原子序数是2、8、8，这种短周期便会移到下个周期，所以称为“短周期”，在4～7周期，则是以18、18、32、32变成长周期，因此称为“长周期”。
此外，在比较同一周期的元素时，愈往左方看，金属性愈强，愈往右方看，非金属性愈强。因此，阳性会变成阳离子的性质会由左方朝右方逐渐减弱，相反的，阴性会变成阴离子的性质则会逐渐加强。
也就是说，在同一周期的元素间，随着原子序数的增加，性质会逐渐改变。7B的元素阴性最强。而且，愈到表的下方阳性愈强，愈往上方则阴性愈强。
短周期表和长周期表的差异是，长、短周期表各以长、短周期为基准而制表。在长周期表中，A和B分成左右两边，所以容易看。而且，如同6页图一般，金属和非金属让人一眼就可辨出，这也是优点之一。
5、6页是“周期表插图”，请以轻松的心情进行研究。
3?金属元素各具颜色
看过元素周期表上的各元素后，必定会发现金属元素特别多。在103种元素中，金属元素占81种。由金、银、铜、铝等大家所熟悉的金属元素，到铌、钽等大家较为陌生的金属元素为止，种类确实不少。
金属结合就是这种状态
所有的金属都有个共同点，那就是原子结合的方法。在一般情况下，金属元素的原子会像图中所示一样，让最外层的电子重合在一起，使电子自由活动。由于这种自由电子的结合金属结合，金属才特别能导电或传热。
即使由外部施加力量，金属也不易变形。但在必要时，可设法使其延展、弯曲或成为薄片。以黄金为例，它可延展成百万分之一毫米厚的金箔。据说，1克的黄金可延伸两公里长。
产生这种现象的原因是金属的原子在上下左右有规则地排列。即使外力使金属层崩溃，排列的关系也不会改变。
将具有共同性质的金属元素仔细分类，便可看到固有的特征。
像Li锂、Na钠、K钾、Rb铷、Cs铯、Fr钫等，在元素周期表上属于同一族金属，称为碱金属。这些金属大都很轻，质地柔软，而且熔点极低。这是因为最外侧的电子只有一个，导致空隙多的缘故。可轻松活动的电子容易变成一价的阳离子，且化合物易在水中溶化。尤其是氢氧化物或碳酸盐的水溶液，由于呈碱性的，因此成为“碱金属”名称的由来。
碱金属溶化于海水中的量非常多，钠离子和氯Cl离子结合，会产生氯化钠NaCl。氯化钠就是所谓的“食盐”的主要成分。海水之所以有咸味就是因为有钠离子。
2族的Be铍和Mg镁以外的Ca钙、Sr锶、Ba钡、Ra镭等，称为碱土类金属，这些金属都容易变成二价的阳离子，其水溶液呈现强碱性。
此外，这种金属具有焰色反应的特征。将白金线泡在含有这种金属离子的液体中，用火烧烤，便会呈现出鲜艳的颜色。Sr锶呈红色，Ba钡呈绿色，Ca钙呈橙色。元素的不同，呈现的颜色也不同。
除了碱土类金属以外，碱金属和铜Cu也会产生焰色反应。焰火利用的就是这种反应。在焰火中，发出黄色光亮的是Na钠，发出紫色光亮的则是K钾。
金属类元素，除以上介绍的以外，还有被称为过渡元素的元素。在元素周期表上，由3B族到7B族、8族、1B族、2B族，都属于过渡元素，由此可知，金属的种类非常多。
战斗机机体，大都使用Ti钛；随着结合方式的不同，会变成各种颜色的是Cr铬；在海底资源中，最受瞩目的是Mn锰；成为血液中血红素成分的是Fe铁；可制成蓝色颜料的是Co钴；最善于导电和传热的是Ag银；会呈现出超传导性的是Nb铌；被认为是贵金属之冠的是金Au和铂Pt……以上这些都是属于过渡元素的金属。
此外，像可制成铝罐、窗框、铝箔的Al铝，或可当做合金而广泛应用的Sn锡等，也都是金属。
正如元素周期表上所表示的一般，愈往左下方，金属性愈强，愈往右上方，非金属性愈强。金属元素的种类很多，其颜色也是五颜六色的。
4?盐与惰性气体
海是人的故乡，它供应人们生活中不可或缺的盐。卤halogen这个字是由“制造盐”的希腊语所产生的，其位置是在周期表7族的直列上。在此，有F氟、Cl氯、Br溴、I碘和At砹五种。不仅是氯，碘也可以由海藻中获得，因此，卤和海关系密切。
每个元素的名称都有其由来。溴正如其名，气味非常臭，且毒性极强。但在某些方面，它是很有用的。它和银的化合物是溴化银，照相时所用的软片，就是呈微粒子状平铺的溴化银。如果按快门使它曝光，溴化银便会分解，而和其他的药剂起反应，产生照片。一般情况下，卤化银具有感光性，在工业上有多种用途。
一、化学的圣经碘的毒性非常强。进行核子实验时，碘会扩散开来，如果大量进入人体，就会伤害甲状腺而破坏其机能。所谓的核子掩盖物便是以避免人们吸入碘为主要目的。
氯和氟，毒性也非常强，令人不愿意多接触卤族。
元素周期表最右端的是惰性气体稀有气体。正如其名，惰性气体是“不容易起反应”的气体。但是，有时候会将氮归入惰性气体中。惰性气体一般是指He氦、Ne氖，到Xe氙和Rn氡为止。
氦和氖大量存在于宇宙中。由于分子很轻，无法维持在地球上，只有少量存在于大气中。氖在真空中经过放电，会产生红色的光谱而发出光亮。晚上在闹区所看到的霓虹灯，就是利用氖制成的。
空气中含量较为丰富的惰性气体是氩，其体积占0?93%。氩以前用于灯泡中，现在用于日光灯的灯管上。
氪有“隐藏的东西”的意思。它具有很强的能力，可从其他原子中夺走电子，是一种极有力的元素。
氙只有少量存在于地上，陨石内的含量也不多。在宇宙空间中是极少量的物质。钡或铯等的原子核，在碰到宇宙线粒子时便会产生，因此等于是核子反应的头目。
氡在惰性气体中是最重的气体，是由镭衰变产生的，具有放射性。地震前，地下岩石若被破坏，将会增加地下水中的氡。因此，氡可用于地震预报。
5?从元素看宇宙地球
一提起元素，我们难免会想：宇宙、地球和人体究竟由哪种元素构成·哪种元素最多·
宇宙的大小目前仍难以确定，只能以推测的方法来研究其构成。即以化学的方法分析陨石，或用辉线光谱调查元素。
虽然如此，人类也只能了解极接近地球的部分。经过研究，人们知道，在宇宙中，氢和氦的比例在地球上所占比例大。
注：克拉克值是化学元素在地壳中平均
含量的百分比，即地壳中元素的丰度有一位学者仔细地调查了地球的元素组成。他就是美国的克拉克。他算出地表下十六公里的地壳中元素的百分比。然后将百分比多的元素依序排列，形成所谓的克拉克数。百分比最大的氧，克拉克数是1，硅为2……看了12页的图表，便知道在克拉克数中，名列前五名的元素占全体元素总量的九成以上。
不过，克拉克数的产生来自于对地球的部分调查，如果针对整个地球加以调查，可能会产生若干差异。
此外，元素和其他元素结合成化合物的情形，比元素单独存在称为单体的情形多。如：氧大都以二氧化硅SiO2的形态存在。
将地球的大气、海水和人体的组成，列在一张图表上比较，你会发现，人体和海水多么相似，宇宙和地球的大气又有多么不同。
6?是化学的代名词
这个符号，有人称它为“龟甲”。事实上，它已成为化学的代名词，其正确名称为苯环。
苯环苯环如图，由碳和氢构成。其具有代表性的有：苯C6H6、甲苯C7H8、二甲苯C8H10和萘C10H8等，这种物质称为芳香烃有香味，只由碳和氢构成。而且，通常用苯的形态，以表示。最近人们大都加以简化，用代表。将一个或两个以上的苯环合起来的化合物，就是芳香族化合物。
当苯环化合时，外侧的氢H会和其他物质换位，随着此位置物质的不同，可制造出性质各异的各种芳香族化合物。例如：让甲苯、浓硝酸和浓硫酸起反应，就会产生三硝基甲苯TNT炸药。在工业方面，芳香族化合物的应用范围非常广泛。
可是，虽然苯是C6H6，为何会知道其构造是像上一页的图所表示的那样·
乙醇的结构式就是这样
元素都有称为结合键原子价的“手”。即作化学结合时，可相互结合“手脚”的意思。元素不同，“手”的数目也不同。氢是1只，碳是4只，氧是2只……，均有一定的数目。例如：乙醇C2H5OH便会像下图所表示的一般。这也算是一种“化学的头脑体操”。
一般而言，乙醇的分子式应该为C2H5OH，几乎没有人将它写成C2H6O。看了此构造图，你就应该了解其原因了。前面介绍过甲苯的分子式是C7H8。但事实上，写成C6H5CH3的情形较多，这也是因为顾及构造图的缘故。在此之前，相信许多人都有“分子式为何有各种写法”的疑问。
能够想出苯C6H6的构造是不容易的事。苯有6个碳C，仅仅是碳的“结合手”就有24只6×4，但氢H的“结合手”只有6只6×1。因此，要想出“24只碳的‘手’和6只氢的‘手’结合在一起的构造”确实不易。
克库勒在梦中获得了有关苯的启示19世纪时，德国化学家克库勒勇敢地向此难题挑战。
他每天都用心思考，却始终想不出苯的构造图。某天晚上，他做了一个梦，梦见六只猴子像上页苯环的图一般形成一个圆圈且不停地转动。由于碳有四只“结合手”，因此，只要将猴子当做碳，将其四肢当做“结合手”，便可完全了解苯的构造。碳和碳彼此要在三处，并且要间隔开来作双重结合。
有些人说，在克库勒梦中所出现的不是猴子而是蛇。甚至也有人说：“这只是后世的人们编造出来的故事。”凡是伟大的发现，必定有若干插曲。克库勒也是如此。他曾说：“向梦学习，便可寻求到真理。”
我们在睡觉时也应尽量熟睡，以便获得对新知识的启示。
7?有机化学与无机化学的差异
有机化学和无机化学之间究竟有何差异·如果你解释说：“有机化学是有机化合物的化学，而无机化学则是……”如此一来，会使听者更加不明白了。而且，“有机”与“无机”的说法，也容易让人觉得枯燥乏味。
其实，这问题不必想得太复杂。无机化合物是在地球诞生时已存在的物质，而有机化合物则是几乎和地球上的生物同时出现的物质。
也就是说，有机化合物和无机化合物的区别，在于“和生命有无密切的关系”。和生命“有”关的是有机化合物在生物体内所制造的化合物，和生命“无”关的则是无机化合物。碳水化合物砂糖、淀粉等、酒精和蛋白质等是有机化合物。含在岩石或黏土中的硅、氧化镁、食盐、水、水晶、钻石和塑料等都是无机化合物。这样说，你应该明白了吧。
有机化合物与无机化合物的比较
有机化合物无机化合物化合物的种类超过一百万种数万种成分元素
以碳、氢、氧为主，多种。
几乎以所有的元素为对象化学键共价键多离子键多熔点低由低到高，有各种熔点。易溶度
不易溶于水中，但易溶于有机溶剂中。不易溶于有机溶剂中，但易溶于水中。易燃度大都可燃烧大都不会燃烧反应速度慢快化学安定性不安定，易分解安定
上表将有机化合物和无机化合物作了比较，对此，你会发现，有机化合物比无机化合物多得多。
此外，有机化合物都含有碳元素。无论哪种有机化合物，以火烘烤，都会产生碳。而且，燃烧起来会产生二氧化碳。因此，有机化合物又称为碳化合物。但在碳化合物中，一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、氰酸、氰化钾、二硫化碳等，大抵算是无机化合物。
19世纪初期以前，人们认为，有机化合物必须由生物不可思议的能力——生命力来创造。也就是说，有机化合物不可能由人工制造，只有“神”才办得到。因此化学家们都致力于无机化合物的研究。
到了1828年，德国的维拉将称为氰酸铵NH4OCN的无机化合物当做原料，以人工的方法成功地制造了含在尿中的有机化合物——尿素CONH22。
以人工方式合成有机化合物，这在科学史上是一项创举。
后来，在19世纪末期，合成了包括靛蓝等许多染料。到了20世纪，便制造出药品、合成橡胶、合成纤维和塑料等。直到现在，以元素或简单化合物就可制造出复杂的有机化合物的“有机合成化学”在不断地进步。
然而，有机化学与无机化学之间的界线，目前正在逐渐消失。
原因是，不久前——差不多在25年前，有机合成化学的研究者，只利用到元素周期表上前三行的元素而已。但现在，研究者已开始注重以往未曾关心的新元素，因而带动无机化学的进步，使它能无限制地发展下去。
例如：尼龙和聚酯等有机系合成高分子，由于其加工性和经济性优良，因此逐渐取代木材及金属，开始广泛地被利用。但有机系缺乏耐热性，而且在资源和废弃物方面也有问题。所以，最近反而开始使用无机系高分子无机系聚合物。
此外，在有机化学方面也有了新的发展。除了生命科学和基因科学已有所发展外，人们也开始了解和生命有关的蛋白质、氨基酸、DNA等，对有机化学的理解进一步加深。
……
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