《元素的盛宴》—读书笔记

第一部分 定位：行行又列列

1.位置决定命运

（1）元素周期表一方面看起来整洁精炼，另一方面它杂乱无章，只有那些真正了解元素周期表并且明白原理的人才能从这冰冷呆板的表格中解读出更多的信息。

（2）第18列的元素被称为高贵气体，这个说法源自于希腊人提出的“原子”概念。

（3）1911年，一位荷兰-德国裔科学家用液氦冷却汞时发现，当温度低于零下268.9摄氏度时，该系统的电阻会完全消失，变成一种理想导体。

（4）高贵气体西边的那列是周期表里最活跃的气体-囟素气体，最西边的第一列是暴烈的碱金属。

（5）科学家们发现了以锑为基础的超强酸性物质。

（6）水平观察周期表，每一种元素都比左边的邻居多一个电子，随着元素体积的增大它们不仅会把电子填到能级里还会为这些电子提供形状各异的“铺位”。最左边的元素把第一个电子放在球形的s层里，这一层很小只能容纳两个电子，所以左边两列比别的高。

（7）周期表中金属元素会把d层电子藏到“夹层”里，致使这些电子不太易失掉因此许多的金属看起来如此相似，性质也几乎相同。

（8）格佩特-梅耶用实验证明了原子核的确分层，在这些原子序数下，质子和中子整齐地排列成稳定对称的球形，解释了氧、钙元素为啥如此稳定且含量丰富。

2.亲密双胞胎与黑羊：元素家谱

（1）碳元素应用“八电子规则”使富有进攻性的原子和分子彼此穷追不舍，最终导致含有碳元素的氨基酸文明地键合起来。

（2）周期表碳和硅这一列，从上至下人们先是发现了生命之源的碳，然后是铸就现代电子工业的灵魂硅和锗，然后是锡，最后是多少对生命有点害处的铅。

（3）基尔比最开始做出来的锗集成电路使得人工焊接自动化了，但在竞争激烈的市场上，锗败给了成本低且产量大的硅。

3.元素周期表上的科隆群岛

（1）罗伯特·本生在发明了砷中毒的解毒剂氧化铁水合物之后，又发明了光谱仪，以此通过不同的彩色带来辨别不同的元素。

（2）门捷列夫花费整整的一生在实验室摸索研究已知元素的性质，深刻理解之后，他把62种元素都编进他的行行列列里。

（3）1875年勒科克从矿物中发现了一种从未见过的色带，他将这种新元素命名为镓。

（4）在于特比发现的七种元素中，有6种是门捷列夫表格里空缺的镧系元素，如果门捷列夫再往西走一小步，来到元素周期表上的科隆群岛，那么他也许就能亲手修订元素周期表了。

第二部分 制造原子 ，破坏原子

1.原子从哪里来：“我们是群星之子”

（1）1939年，德国和美国的科学家证明，太阳和其他恒星靠氢聚变生成氦气来放出热量，这个过程会释放放出巨大的能量。

（2）根据B2FH理论，今天的天文学家将从锂到铁的元素统称为“恒星金属”，只要在一颗行星中找到了铁，周期表中原子序数小于铁的元素也必然会出现。

（3）在太阳系的形成过程中，气态巨行星最先形成。每颗恒星的实际成分不过是氢和氦，气态巨行星也是如此。

2.战争年代的元素

（1）早期的化学武器研制以溴为核心，继而有一种溴基催泪弹用于战争中。

（2）氯有着更刺激的味，会导致人皮肤出现变黄色、绿色和黑色的中毒症状。

（3）钼被加入制造武器中来强化金属，使武器更加耐受高温。

3.完善周期表......砰的一声

（1）莫塞莱的原子枪，使得混乱的放射性元素分门别类，排列整齐。

（2）20世纪30年代，一个研究小组创造出了新元素，填补了85号和87号的空白。

4.在冷战中扩展周期表

（1）94号元素出现，科学家将它命名为钚。

（2）1952年，研究组在氢弹试验后有放射性的珊瑚湖中发现了99号和100号元素—锿和镄。

第三部分 周期之惑 疑难初现

1.从物理学到生物学

（1）对未知元素的探寻上升到了更精密的层面。43号元素大概是历史上“首次发现”次数最多的元素了。

（2）莱纳斯·鲍林的研究超越了界限分明的物理学和化学，发现了量子力学如何作用于化学键，从而发现了镰刀型细胞贫血症致死的原因。

（3）沃森和克里克在1953年的《自然杂志》上发布了双螺旋模型。

2.毒药协会：“哎哟喂”

（1）随着镉金属的生产和运用于零件制造中，引起了“痛痛病”。然而在周期表黑暗的一方，比镉毒性更强的元素：铊-毒药之王，导致一系列连环杀人案。

（2）然而铋却不同于它周遭的元素，它很温和，甚至能做药用，缓解溃疡。

（3）大卫·哈迷上了危险元素（同时也是放射性毒素），并为此奉献出大部分时间与精力去进行鼓捣，却无多大收获。最终毁掉了一生。

3. 带两个元素，早上打电话叫醒我

（1）铜被证明是改善基础设施最简单的材料，它有着“自消毒”效应--使得金属更不易滋生微生物。

（2）23号元素钒也是微生物的杀手，是有史以来最好的杀精剂。虽有微弱的毒性，但它却能使血糖产生升降的变化。

（3）札的磁性比其他元素强，非常适用于磁共振成像（MRI)。它不仅能发现肿瘤并且可以消灭肿瘤，它也许会成为肿瘤学的新希望。

（4）琼斯迷上了千年虫危机，所以他担心天启降临之时，会出现抗生素短缺，于是他自制重金属，并喝了四年半的含有银离子的溶解液，而成为时代的“蓝人”。

（5）巴斯德证明了酒石酸有两种完全等同但互为镜像的类型，他揭示了生命分子极强地倾向于同一单手性，同时也创立了巴氏灭菌法。

（6）马克偷偷给病情严重的女儿注射工业染料--白浪多息。幸运地，女儿的病情好转。IGF公司为百浪多息申请了药物专利，但上市时却遭遇了惨败。直到它挽救了罗斯福孩子的生命，才引起了公众的关注。随后，科学家发现真正打败细菌的是药物的衍生物黄酰胺。

（7）20世纪，改善妊娠期妇女晨吐的药物（中良性，有药效的活性成分里混进了一些手性相反的分子）被研制出来并开始出售，却导致了畸形儿的出生。因而，反应停成了20世纪最臭名昭著的药物。

（8）由于锗的催化物，才制造出有手性的铑催化剂，从而做出左旋多巴的药物，让帕金森综合症的患者恢复了活力。

4. 元素也会骗人

（1）没有氮气体来稀释氧气体并且吸收热量，纯氧中的火烧得更快，使得NASA的宇航员为此而丧生。氮无色无味能穿过身体的安全系统，杀人于无形，也不会在血管里产生任何酸。

（2）身体半点不需要的钛，迷住了血细胞，它完全不会引发免疫反应，还能骗到身体里的成骨细胞。从1952年起，钛成为假牙、义指和可替换关节的标准材料。

（3）微量的铍虽然是甜的，但随着剂量增大，它的毒性会急剧上升，损害人的肺，引发化学性肺炎。

（4）我们尝到的“酸味”只不过是味蕾被氢离子激活了，负责咸味的味蕾也很容易被电流影响。所以探寻元素的时候，味觉不是一个好的向导。

（5）缺乏微量元素碘会导致甲状腺肿大，身体出现一系列问题，甚至会把一个聪明人变傻。

第四部分 元素与人性

1.元素与政治

（1）玛丽对铀的研究，为这一领域提供了至关重要的前瞻性见解：铀的化学性质与其物理性质是分离的。因为这个发现，居里夫妇和克勒尔一起获得了1903年的诺贝尔物理学奖。

居里夫人在丢掉的提纯残渣中发现并提炼出放射强度超出以往任何已知的两种全新元素。在1911年，她再次被授予诺贝尔化学奖。

（2）居里夫人的女儿伊雷娜·约里奥-居里通过用次原子微粒轰击轻元素，从而将轻元素转变为人造放射性核素。这项工作使得她获得诺贝尔奖。由于实验室中的钋泄漏，她受到了致命辐射，在1956年因为白血病逝世。

（3）赫维西用铅液来证明房东大妈的罪行，开启了同位素示踪剂。他和科斯特第一次尝试发现了72号元素，并将它命名为铪。

（4）波尔宣布赫维西他们的发现，无意间提高了量子力学的形象。一场别有用心的造谣运动开始了，所以本是源自科学的争论演变成了争夺主权和领地派系的斗争。

（5）为了避免纳粹的迫害，赫维西他们用王水溶解了劳厄和詹姆斯·弗兰克的奖章。

（6）波兰化学家法扬司发现了91号元素，并将它命名为仳。随着迈特纳和文恩研究发现这个命名显得名不副实，于是这种元素被重新命名为镤。

（7）1934年，恩米科·费米宣布，在以亚原子粒子连续轰击铀原子时，创造出了第一个超铀元素。同一年，居里夫人的女儿伊雷娜发现了新的超铀元素镧。汉恩将这些轰动性的发现公之于世，核裂变在世人面前显现。

（8）1944年，瑞典皇家学院进行了回顾性的颁奖。第一个获奖的就是赫维西，汉恩独自领了诺贝尔奖。一家国际性科学委员会将109号元素以麦特纳名字命名，给予了迈特纳超过诺贝尓奖的荣誉。

2.元素与货币

（1）大自然不会轻易地将宝藏双手奉上，于是出现了黄铁矿（二氧化铁）来阻挠寻宝者。

（2）1782年在特兰西瓦尼亚，碲-唯一同金键合在一起的元素首次被分离出来。

（3）在弥达斯统治一个世纪后，第一种真正的钱币（由合银合金物制造）诞生了。随后，由吕底亚国王建立了最初的货币制度，并将金银分离，铸造了金币、银币。

（4）伪币制造活动在伦敦那些声名狼藉的地区非常盛行，后牛顿就职于皇家铸币局，使伪币制造活动得到了有效的控制。

（5）每张欧元是由两张欧元组成的，另外一张是一处全息标识，是对前者的直接映射，加上其他的防伪标识，使得欧元成为有史以来最复杂的货币。

（6）最贵重的铑被制成唱片，用来祝贺保罗·麦卡特尼的唱片销量创纪录。

（7）1825前后，化学家从止血药明矾中提取出了铝。霍尔经过多次试验，提取了纯铝，并Alcoa公司，随着铝产量的爆增销售，他发了大财。

3. 元素与艺术

（1）1790年.一位医生发现了锶元素，之后德贝莱拾起了这位医生的研究，并使锶成为第一个被确系统化的元素。

（2）派克51系列试制成功，投放市场，反响很好，随着科技进步，钢笔这种书写工具逐渐被强制报废。

（3）洛厄尔（美国20世纪50年代到60年代最杰出的诗人）躁狂抑郁症，所以他接受了一种情绪稳定剂-锂盐的治疗，后好转。

4.元素与疯癫

（1）硒是所有动物必须的微量元素，当大剂量存在时，它是有毒的，当牛吃了含有大量硒的“疯草”，疯草病便会发作。

（2）英国海军舰队一由锰组成的巨大的鲨鱼尖牙，古生物学家断言这是属于一种叫作“巨齿鲨”的鲨鱼。而随着进一步对锰的研究，巨齿鲨的研究开始走向病态。

（3）伦琴不屈不挠地进行了大量的分析工作，将自己的发现—伦琴射线告知人们，提出有理的依据来使人信服。

第五部分：元素科学的今天与明天

1.零度以下的化学

（1）纯锡的工具遇冷，发白的锈斑就会悄悄地爬上它们的表面，这些白锈进一步变成大面积的爆发的“脓包”，使锡腐蚀，直到最后碎成粉末。英国极地探险队使用纯锡作为焊料，在极寒之下燃料泄漏，使得探险队全部遇难。

（2）阿尔伯特·爱因斯坦预测了比四种物质更多的形态-粒子的不同微结构。

（3）1963年科学家们制造出第一种氪化合物，之后，经历了37年的挫败，芬兰科学家在2000年后完成了合成氩化合物的过程。

（4）为了让反应发生，需要用到固态的氩气、氢气、氟气以及高度活跃的催化剂碘化铯，还需适时的紫外辐射，并且所有这些都得置于极寒的零下265摄氏度。

（5）3位科学家在1957年发现，在低温下超导体中的电子自身会发生改变，这一关于超导体的阐释称为BCS理论（以这三位发现了它的科学家命名）。

（6）爱因斯坦证明了光有时表现出超粒子的特性，于是他引入了光子的概念，它是一个携带光能的量子。

（7）激光是巧妙地操控光而产生的，因为有着技术方面的特性，它更多地被看作工程学方面的挑战。

（8）爱因斯坦将玻色的理论加以发挥，延伸到整个原子层面，他提供了一些途径，并指出如果原子遇到足够低的温度—临界超导温度的万分之一它们就会凝聚成一种新的物质形态。

2.光辉的气体：泡泡与科学

（1）唐纳德·格拉泽发明了“泡室”证明了如此多的预见性理论。在1960年跻身于《时代》周刊的年度人物之一，也因此获得诺贝尔奖。

（2）钙是一种能够轻易发泡的元素，富含钙质的元素又轻又硬，且钙质泡沫在世界经济的发展和强大帝国的形成中起到了很重要的作用。

（3）卢瑟福和索迪发现了放射性气泡中的新元素-氡，同时发现周期表中的元素会从自己所在的格子跳起，落到另一个小格子里，变身为另外一种元素。

（4）由卢瑟福发现并命名的a粒子，被证明是氦原子在其收到电能激发时发出的炽烈的光。

（5）卢瑟福开始围绕铀矿石收集氦气泡泡，由此氦气泡泡进入了地质学领域，使得人类能够证明地球的年纪。

（6）新近的生物化学研究发现，不管第一个有机分子是在冰里或是海洋里诞生的，第一个原生细胞的结构肯定是气泡状。泡泡是生命出现的直接原因。

（7）随着军事科学的进步，研究发现了“声致发光”，用喷气式发动机噪声级别的声音振动水箱，产生的水泡有时会突然爆裂，留下一道蓝色或绿色的闪光。

（8）普特曼经过一系列实验，发现在声致发光过程中充当了打火石角色的元素-氩，同时也发现了具有类似效果的两种气体氪气和氙气。

3.精确到荒唐的工具

（1）国际千克原器—世界质量单位“千克”的标准砝码，其90%为铂，很容易损坏。所以它被包裹在3个钟形罩中，以避免空气中的湿气在其表面冷凝。

（2）科学长足的进步，科学家们在1960年氪原子将“米”重新定义，虽然这个长度几乎完全等同于铂杆的，但它还是成功替代了铂杆。

（3）美国国家标准局发明了铯原子钟，适用于全世界的基本计量单位定义。20世纪60年代，科学家们采纳了以铯原子钟为基准定义的“秒”作为时间的国际标准单位，取代了历书秒。

（4）a约等于1/137.0359，它有着极其重要的意义，它使得周期表的存在成为可能，并给予了原子进行化学反应足够的活力。

（5）奥克洛铀矿—目前已知的唯一一座天然核裂变反应堆被发现。关于a这个宇宙基本的恒定常数正在逐渐增大的轰动性话题因此而出现。

（6）1961年，天体物理学家法兰克·德雷克提出一系列的猜测，银河中存在多少恒星，有多少像地球这样的行星，又有多少智慧的生命，这为太空生物学家提供了一个科学基础。

4. 超越元素周期表

（1）最稀有的自然元素-砹，科学家在1939年发现它之后，边将一份样本注射到猪身上来研究。砹也因此成为唯一一种：其发现是通过非灵长类动物实验确证的元素。

（2）20世纪科学家们顺着铀一路研究下去，发现了114号元素有着准稳定态的原子核，并且112号因为接近114号元素，也有类似的原子核，科学家管这一簇元素叫作“稳定岛”。

（3）钫通过B衰变成镭，镭通过一场暴风骤雨般的a衰变。从而直接跳过砹变成气体元素，导致地球上砹的含量极少。

（4）从于爱因斯坦的量子力学和相对论出发，人们解释了水银在室温下理应是固体，而实际却是液体。也因为爱因斯坦的这些理论，有人以他的名字命名第99元素-锿。

（5）科学家发现成簇的原子—超级原子构成的胶体状。

（6）科学家们构建的量子点显示出极大的潜力，可以用来制造新一代“量子计算机”。