基本信息
编辑推荐
日本PHP研究所素养教育系列图书
诠释新知识 成长新起点
PHP研究所
PHP研究所为“松下电器”创始人、日本“经营之神”松下幸之助创立的智库研究机构,机构理念重视心灵与物质两重层面,与日本各领域的研究机构、知名大学合作,探索教育与知识传播的新方式。
内容简介
作译者
日本东京大学化学博士毕业,现任东京理工大学教授,日本化学会会志《化学与教育》编委会委员长,日本钢铁协会理事、评价解析部部长,日本分析化学会会员,著有《元素大研究》《分析化学》《从零开始学习化学元素》《元素大百科事典》等。
目录
第1 章 元素是什么
我们的世界由什么构成 8
从四元素说到原子论 10
试图整理归纳元素的化学家们 12
现在的元素周期表 14
原子与元素 16
来观察原子吧 18
第2 章 元素是怎样生成的
元素诞生的瞬间 20
存在于宇宙间的元素 22
构成地球的元素 24
构成身体的元素 26
太阳系行星 28
第3章 主要的元素
氢 30
氧 32
碳 34
氮 36
铁 38
书摘
大家有没有思考过,这个世界是由什么构成的呢?构成这个世界的是被称为“元素”的东西,它们的种类只有100 种左右。但是,元素间多样的组合又构成了各种各样的物质。当然,人类就是其中的一种,看不见摸不到的空气也是由元素构成的。直到18 世纪以后,氢元素和氧元素才被发现。那么在此之前的人们,对于物质本源又是如何认识的呢?
最初是水
公元前6 世纪的某天,在现位于土耳其西南部的希腊城邦米利都附近,有一座能眺望蔚蓝爱琴海的小山丘,哲学家泰利斯正沿着一条小路散步。在沿途的山体中,他发现了古代的贝壳化石。泰利斯经过思考后,认为这座小山曾经是海,所以他提出了“世界上所有的东西都由水构成”这一主张。但是,泰利斯的弟子阿那克西美尼却反驳称“水不能解释风和云等现象。物质本源应该是空气”。他认为,世界被空气覆盖,由空气的浓淡变化生出了火和风,然后生成了云、水、土、石等。此外,爱菲斯城邦的另一位哲学家赫拉克利特则声称“世界的本源并非物质,而是由非物质的火变化生成,所以它会不断运动转化”。
到了公元前5 世纪前后,西西里岛的恩培多克勒主张物质本源并非单一,是“由水、空气、火、土这四种元素按照各种各样的比例混合后,才创造出了世间万物”。
我们的世界由什么构成
不被承认的原子论
与恩培多克勒差不多同一时代,哲学家留基伯认为“有不可再次被分割的物质存在”,并称其为“原子”。其后留基伯的弟子德谟克利特阐述“原子的种类和数量有无穷多,世间物质皆由原子结合与再结合构成”,补充完成了原子论。但是根据这种原子论,神也是由原子组成的,对于当时的哲学家来说,此种思想是无法接受的。
被坚信两千多年的四元素说
到了公元前4 世纪,哲学家同时也是科学家的亚里士多德在恩培多克勒学说的基础上,加上寒冷或炎热等感觉,将四元素说发展得更为具体。此外还将构成太阳、月亮等宇宙天体的元素称为“第五元素”(Aether,以太)。此学说跨越两千年的时光,令许多人坚信不疑。
从四元素说到原子论
悄然兴起的炼金术
与古代相比,此时黄金的价值已被人所悉知。而且当时普遍认为黄金也是由“土、气、水、火”四元素所组成,因此,人们理所当然地相信只要改变四元素的混合比例或组成结构,就可以由铁或铜来制造出价格更高的黄金。此种方法被称为“炼金术”,从事制金的人则称为“炼金术士”。
公元10 世纪前后,炼金术在阿拉伯半岛繁盛一时,并传入欧洲。最有名的炼金术士可以说是曾在小说《哈利波特与魔法石》中登场的尼可·勒梅。据称在14 世纪末,尼可·勒梅将一种名为“贤者之石”的红色魔法石加入水银中,成功地制成了黄金。“贤者之石”的制作方法记载在勒梅的手稿——《象形符号之书》中,但这本书全部由密码写成,至今无人能够解读。
原子论复活到了17 世纪,以实验结果来阐述道理的科学家逐渐增多。英国的罗伯特·波义耳是其中一人,他以空气作为研究对象做了一系列实验后,发现空气由许多微小粒子组成。波义耳进一步考虑到,既然空气如此,那么其他的液体或固体是否也是同样道理呢。
此后,他在1661 年出版的《怀疑派化学家》中阐明:“元素就是无法进行再次分割的、完全纯粹的物质。”他否定了当时主流的四元素说,并且树立了原子论的有效性。但各个元素的性质当时仍然未知。
33 种元素
法国的安托万·拉瓦锡做了一系列的实验,来证明当时的普遍常识是否正确。当时人们认为,物质经燃烧释放出热素使得周围温度上升。但是,拉瓦锡在含有空气的密闭容器中使铅燃烧,最后铅的重量增加,他根据这一实验结果推测出,并不是铅经过燃烧后释放出热素,而是容器中的氧气与铅进行了结合,并进一步证明了燃烧需要氧气这一事实( p32~33)。
此外,1789 年,拉瓦锡在《化学基础论》中提倡,将现有化学手段不能进行再次分割之物称为“元素”。并将当时发现的33 类物质归为“元素”。
经拉瓦锡分类的元素