各元素知识点详细解析（一分钟掌握元素的基本知识）

往期回顾：

夜空童话（一）：流浪地球的灾难背后——从星星说起

夜空童话（二）：破解星星年龄的秘密——被掰弯了的主序

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我们抬头仰望星空也有了不少时间，让我们把发酸的脖子放下，回到日常生活当中来。

如果说，星空离我们太远，很难让朋友们兴奋起来，那也不打紧，现在说一个肯定会让你心动的东西，那就是：

金子

各位心动不心动在下不得而知，反正我是很心动的。有人会说，你这硬塞一个高大上的话题进去夜空系列有意思？先别急，正如前面所说，星空与金子有莫大的关系，当然，和银子也是。至于它们的关系，让我们一步一步来揭开。

如果你问一个幼儿园的小朋友，金子是从哪里来，那么TA很可能会告诉你，金子从商店里来。

如果问一个小学生，金子是从哪里来的，TA很可能回答从工厂里来。

如果问家里有矿的小学生，TA的回答就很不一样了：金子从地球上含金的矿石里来，经过开采，冶炼，提炼出高纯度的金子，再经过铸造，加工，最后形成各种各样的金饰，放到商店里售卖……不要问我为什么知道得多，因为我们阶层不同。

金矿

对的，他们的回答都对，而且家里有矿的那位已经回答得很好了。但如果吹毛求疵地说，其实他们还没有归根结底地回答这个问题。因为，可以继续追问下去：地球上的金矿又是从哪里来？总不能是吹牛吹出来的或是唱歌唱出来的吧？

这个问题一言两语说不清楚。关于这个问题的答案，如无意外的话，会比你想象中复杂——得多。金子是在一般人意想不到的天空中生成，而且是在一种极其罕有却无比炫丽的天文过程中。为了让您能详细了解整个过程，我们从基础之路的最初起点开始走起。

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在两千四百多年以前，古希腊有一个哲学家，他有一天在想一个问题：如果把一个东西不断地切分，最后会怎样？他的答案是，应当不可能无限地切下去，最后应该会得到一些无论如何再也切不开的东西。他把这些不能再分割的东西叫做原子。这位哲学家叫做德谟克利特（Democritus，约公元前460～公元前370）。

当然他不可能真正地做这件事情，这只是一种思维的实验。他的结论也属于一种猜测，一种哲学上的思辨，因为在他那个时代是没法验证的。好在现代科学发展到今天，我们都知道了，组成物质的本源就是原子。所以，在某种程度上你可以说这位德谟克利特蒙对了。

类似地，咱们中国也有一位大思想家，他也在想同样的问题：把一根一尺长的棍子，每天截取一半，最后会怎样？他的答案是，可以无限的截取下去。这位思想家叫做庄子（约生于公元前369年），原话是：“一尺之棰，日取其半，万世不竭”。如果说从讨论物质的本源来说，似乎德谟克利特比庄子要正确。不过，庄子在这里想表达的是一种无穷的哲学思想，因此并不能完全这样相比较。

今天我们都知道了，原子是构成物质的基本单元。所有的东西都由原子构成。但这原子并不都是同一种东西。在自然条件下，一共有大约92种不同的原子。这些不同的原子科学家们都给它们命名了。命名包括英文名，中文名，以及用一到两个英文字母来代表的缩写。例如第一号原子，英文名叫Hydrogen，中文名叫氢，缩写是H；第九十二号原子，英文名叫Uranium，中文名叫铀，缩写是U。一般我们熟悉的原子有：氢原子，碳原子，氧原子，钙原子，铁原子等，当然还有金原子和银原子。正是这不到九十多种不同类别的原子，组成了我们世界上几乎万事万物。

四种广为人知的元素：氢H 氧O 铁Fe 铀U

有人可能会有问题，这九十多种原子不就应该只形成九十多种东西吗，怎么能组成世间上的所有事物呢？那是因为原子之间还可以相互组合。例如，两个氢原子和一个氧原子组成了H2O，这个就是水；两个氧原子组成O2，这就是氧气；一个钠原子和一个氯原子组成NaCl，这就是食盐；一堆碳氢氧原子组成的C2H5OH，这是酒精；三个氧和二个砷组成As2O3，呃，这是砒霜。

鳖说了……

我们日常所见的大部分东西都是原子组合而成的，这叫化合物。这些组合使得原子们的哔格提高了一个档次，现在它们组成的单元叫做分子。例如，水就是由水分子H2O组成的。把水无限细分下去，最后就得到一个个水分子。当把水分子再剖开的时候才得到氢原子H和氧原子O。

水分子长这样：2个H一个O -> H2O

生物体也不例外。组成生物体的蛋白质、氨基酸分子也是由原子所组成，不过组成它的原子种类和数量更多，结构更复杂。它们由一系列数量不等的氢、氧、碳、氮等原子所组成。

组成你身体的蛋白质分子大概长这样……

92种天然的原子组成了万事万物。正如德谟克利特或庄子提出的那个想法，原子还能再分吗？92种原子有什么不同的地方？道家说，一生二，二生三，三生万物。我们现在是92生万物。这儿是不是离得有点远？因为我们要到92才能生万物。那在92之前，是不是还有更为基础的“三”、“二”甚至是“一”呢？

现代科学告诉我们，原子是还可以再分的。它由以下三种更小的粒子所组成，它们的名字是：质子，中子和电子。分到这个层次上就有了电的概念。电子就是形成电流的东西，带负电；质子与之相反，带正电；中子顾名思义，中性的不带电。因为一个原子是电中性的（不带电的），因此它里头藏的中子数和质子数就必须一样多。中子数则可以或多或少。

质子和中子紧紧的抱在一起，叫做原子核，占据原子中心的一个极小的空间；电子则围绕原子核运动，形成一团云雾。（关于电子更多的介绍，请移步：平行宇宙：科幻还是科学？（一）：从影子说起）

原子结构示意图

以上是一个原子结构的示意图。红色小球是质子，白色小球是中子，边上蓝色小球是电子。这仅仅是一个示意图。

既然如此，我们把几种不同的原子剖开，看看是个什么模样：

找不同：四种不同的原子有啥不一样？

显然易见，

氢原子的原子核有1个质子；

碳原子的原子核有6个质子；

氮原子的原子核有7个质子；

氧原子的原子核有8个质子。

不同的原子有什么不同？答案已经昭然若揭了：

如果一个原子的原子核里面包含1个质子，那这个就是氢原子H。

如果一个原子的原子核里面包含2个质子，那这个就是氦原子He。

如果一个原子的原子核里面包含3个质子，那这个就是锂原子Li。

……

如果一个原子的原子核里面包含6个质子，那这个就是碳原子C。

如果一个原子的原子核里面包含7个质子，那这个就是氮原子N。

如果一个原子的原子核里面包含8个质子，那这个就是氧原子O。

……

如果一个原子的原子核里面包含26个质子，那这个就是铁原子Fe。

……

如果一个原子的原子核里面包含47个质子，那这个就是银原子Ag。

如果一个原子的原子核里面包含79个质子，那这个就是金原子Au。

……

如果一个原子的原子核里面包含92个质子，那这个就是铀原子U。

原来如此！所谓不同的原子，差别其实在于原子核里带的质子数目的不同！

自然条件下（非人工）能形成的最重元素铀有92个质子

质子带正电（ ），质子的数目也就是正电荷数。原子核里就质子和中子，中子不带电，因此这又相当于原子核的电荷数，简称核电荷数。电子带负电（-）。一个中性的原子，带正电和负电的质子和电子数目一样多。因此正电荷数又相当于（负）电荷数。

因此，所谓不同种类的原子，其实基本组成都一样，只不过是它们的质子数或者叫正电荷数或者叫核电荷数或者叫（负）电荷数不同而已。

前面之所以强调中性原子，那是因为还有原子的电子被抢走或者抢了别人的电子的状况。在这种情况下一个原子的电子数与质子数就数量不等了，因此带电（看电子是被抢走还是抢了别人的，前者带正电后者带负电）。这种带电的原子叫做离子。

科学家们把原子里头的质子数排了序，区分了不同类别的原子。这个排序的数就叫做原子序数。

水分子更深层次的样子

原子就好像一座房子，不同的原子对应大小不一的房子。大的房子里装的人多，小的房子里装的人少。房子里头有三种人，一种是男人，就像是质子，阳性，带正电；一种是女人，就像是电子，阴性，带负电；还有一种人像中子，既不阴，也不阳，这种不阴不阳的人就是那啥了。

哼！

男人们和那啥们紧紧地抱在一起，位于房子中心的极小的一块区域内，而女人则围绕着这中心做着奇怪的运动，像一团云雾一般占据了房子其余的空间。

这才是真正的原子模样：原子核（中心黑点：质子 中子）与电子云（黄色云雾）

到了这里，我们先停下脚步回顾一下：有三种最基本的粒子分别叫做质子，中子和电子；它们合起来组成不同的原子；不同的原子可以组合成分子；原子和分子构成了物质。质子、中子、电子、原子、分子再加上研究它们的科学家，就是……

我们把原子核中质子数相同的原子都归成同一类，即使中子数可以不同。同一类的原子统称为元素。

那中子数不同呢？比如说，现在氢的原子核是一个质子和一个中子。那么如果给它多加一个中子，变成一个质子两个中子呢？亲，那也是氢。只要它是一个质子，哪怕有100个中子它也还是氢。就好像皇宫一样，皇上只有一个，哪怕有1000个那啥也不会改变性质。这些质子数相同，中子数不同的一系列同家谱的氢元素就好像是皇宫里同父异母的皇子们。皇子们干嘛？等着继承相同的皇位，可以叫同位子；那元素也一样，所以它们叫做同位素。恭喜你一不留神就掌握了同位素。

元素周期表

元素周期表绝对是化学中最重要的表之一。从1个质子的氢，排到92个质子的铀以及后面原子序数更大的元素。关于元素的排列与周期，我们现在不关心，此图我们远远观望一下就好。不过，倒是有个问题跟本主题相关：如果让你选出你认为最特别的元素，你认为是什么呢？

有人说，我选氢。因为它是第一号，只有一个质子，最基本。就像是数字里面的1，所有其他自然数都由它生成，它是基本单位。

有人说，我选氧。氧气啊，生存基础。

有人说，我选铀。核武器，杠杠滴。

有人说，我选铂、铑、钯、铱之类的极其稀有的元素。因为物依稀为贵。

有人说，我选金。需要理由？

……

这个见仁见智，答案没有绝对。但就我们现在这个主题而言，最特别的元素并不是以上所说的。有一种元素，平凡而又普遍，但是它却具有非凡的划界的意义。我们用这种元素来形容最好的朋友，没毛病吧？

是的，这种元素就是铁。铁有特别的意义。

第26号金属元素铁（Fe）

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下期预告：

夜空童话（四）：点石成金的神奇魔法：聚变与裂变

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