《走进奇妙的元素周期表》读书笔记.docx

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1、走进奇妙的元素周期表读书笔记内容简介%走进奇妙的. 元素周期表 力 (H走进奇妙的元索周期表走进奇妙的元素周期表是日本知名科普作家吉田隆嘉写的畅销科普 读物。作者通过元素周期表解开一个个不为人知的科学秘密，炼金术土、稀土 争夺战、宇宙爆炸、核辐射等热点新闻信手拈来，由浅入深地向我们展 示了元素周期表的无穷魅力。而铀（u ）、钵（Pu ）这些比铁重的元素那么会发生核裂变，让自己变轻。比方铀235 , 一旦吸收中子，就会裂变成氟92与钢141。单位核子的结合能a MeV )单位核子的结合能a MeV )当中子撞到原子核时，中子就会发生0衰变（中子衰变为质子、电子与 反中微子），转变成质子，形成更重

2、的元素。在46亿年的悠长岁月里，地球上的元素几乎没有发生件可变化。改变 的并不是元素本身，而是元素的搭配组合。也就是说，生命建立在 无数元素的搭配组合的变化上。我这个人特别讨厌迷信，更不相信占卜和符咒之类的东西。但每当仰望 夜空，看到流星时，我也会下意识地许个愿。如果生命之源氨基酸真是 彗星捎来的，那地球上的生命体不就成了流星的远房亲戚吗？人们会形 成向流星许愿的习惯，说不定是冥冥中自有某种力量在引导。第三章不断进行化学反响的人体 我们的人体就建立在反复的尝试与淘汰上。生命进化的历史，就是不断 在电子轨道上尝试化学反响的可能性的三十八亿年。也许很多人以为，人体的主要成分是碳。然而，要是按原子数

3、量计算, 其实人体的62.7%是氢，其次是氧，占23.8%。为什么人体中会有这 么多氢和氧呢？因为人体大局部都是水。水的分子式是H20,1个水分 子由2个氢原子和1个氧原子组成。人体中氢和氧的比例基本是2 : lo在人体内原子数量排名第三的碳，也是来了去，去了来。碳水化合物、 脂肪和蛋白质中都含有大量碳，这些碳会在我们进食时被肠道吸收。人体中原子数量排名第四的元素是氮。空气中存在氮分子，由两个氮原 子组成。而我们体内的氮那么是蛋白质的主要成分氨基酸的必备元素。蛋 白质是人体的基础，所以我们体内才会有这么多氮。人体的99.5%是由 以上四种元素组成的。甚至可以说，人体是由氢、氧、碳、氮构成的精

4、密装置。很多人以为骨骼与牙齿里都是钙，但纯洁的钙是金属。我们又不是终 结者里的机器人，哪能用金属打造身体呢。其实，骨骼与牙齿的主要 成分是一种叫羟基磷灰石的磷酸钙化合物。我们的毛发有一定的弹性，稍微用力拉一下也不会断。这是由于硫原子 紧密相连，维持毛发的强度。要是没有硫，毛发就会变得特别脆，稍微碰一下就成了一堆粉末。要是有人夸你 的发质好，可得给硫记头功。为什么人一喝酒就犯困？为什么安眠药能帮助我们入睡？因为酒和安 眠药里有氯离子（准确地说是氯化物）。组成人体的元素都形成于地球诞生之前，所以人体内的元素以宇宙中大 量存在的轻元素为主。不过有些元素确实会衰变成其他元素，放射性物质就是一个很典型的

5、例 子。它们的原子核不太稳定，因此在衰变的同时还会释放出放射线，所 以我们把它们称作放射性物质。核电站的反响堆里，铀235会不断衰变分裂成碘131、钠137与锢90 等。一般情况下，化学反响只会改变元素的组合搭配。可是在历史长河中， 很多人不知道这一点，白白浪费了自己的大好人生。这些人就是中世纪 欧洲的炼金术士。他们每天都将各种各样的金属与药剂混合在一起，希 望能够点石成金。换言之，他们试图通过化学反响人工制造出金子。然 而，金也是一种元素。化学反响只能改变不同元素的组合方式，却不能 创造出新的元素，所以炼金术士的挑战必然会以失败告终。话虽如此, 炼金术也不是百无一用。盐酸、硫酸与硝酸都是在炼

6、金术的研究中发现 的，蒸储器等实验仪器也是炼金术士们创造创造的。甚至可以说，现代 化学是建立在炼金术上的学问。发现万有引力的伟大科学家艾萨克牛顿 也曾沉迷于炼金术的研究，因而被世人称作最后的炼金术土。元素与元素之所以会发生化学反响，大多是为了填满最外层轨道的空位, 让能量稳定下来。但氯所在的第18列元素比拟特殊，它们的最外层轨 道本没有空位，所以几乎不会和其他元素发生化学反响。化学反响的本质是元素排列组合的变化。这一点对于理解元素至关 重要。用一句话来归纳，就是分子通过改变原子的组合，转移至能量更低、更 为稳定的状态。人体内部的化学反响自然也不例外。所有生物体内都在不断发生化学反 应，对原子进

7、行重新组合，以到达能量更低的状态。原那么固然简单，但 无数化学反响结合起来，就能实现功能强大的生命活动。原子核有一种特性：质子数为偶数时，其能量更稳定。这就是原子序数 为偶数的元素更多的原因。这T见律被称为奥多-哈根斯法那么。为什么热带的海水这么透明？因为那里的海水温度较高，溶解在水中的 氧比拟少，浮游生物不易存活，于是海水看起来清澈见底。而北方的海 水水温较低，溶有更多的氧，更适合浮游生物繁殖，所以水看上去上匕较 浑浊。浮游生物多了，以浮游生物为食的鱼也多，所以巨大的鲸鱼才会 栖息在北极圈与南极圈。第四章为什么我们能“动 ?钠与钾能通过专用的小孔进出细胞内外，实现各种各样的神经功能与肌 肉功

8、能。食盐不能摄入过量已经成了当下的保健常识。盐就是氯化钠，即钠离 子与氯离子结合而成的晶体。氯离子吃多了不要紧，因为它会随尿液排 出体外，问题其实出在钠离子上要是摄入过量的钠，我们的身体就只能增加淋巴液和血液中的水分，稀 释钠离子的浓度。这会导致血液增多，从内向外压迫血管，血压上升; 淋巴液也会相应增加，导致面部和其他部位水肿。第五章稀土元素并非局外人世界各国都需要稀土，可是稀土矿的产地集中在中国。于是围绕着稀土 资源的各种矛盾就演变成了国际性的经济问题。目前能开采出重稀土的矿床仅存在于中国的南部。难怪大家都要从中国 进口重稀土。第六章美妙的稀有气体与气体的世界 和氢气相比，氮气绝对是一种可以

9、打总分值的平安气体。稀有气体又称惰 性气体，不会生成化合物，也就不可能引发爆炸。所以氯气再贵，我们 还是得用它来填充飞艇和气球。很早就有学者认为，少量辐射反而有益健康。这就是所谓的低剂量辐射兴奋效应。也有很多实验数据与论文支持这种观点。吸了氨气之后声音会变高，是因为氨气很轻。音高由气体振动的频率决 定。振动速度越快，也就是频率越高，声音就越高。只要你呼出的 气变轻了，就算音调不变，声带的振动速度还是会变快，于是声音就变 尖了人只要吸了完全不含氧气的气体就会死亡，这和气体的成分无关。潜得越深，水压就越高，在地面很稳定的氮也会逐渐溶于血液。届时, 氮就会像吸入式麻醉剂一样，阻碍神经传递信息，使人出

10、现醉氮病症。 潜水员都说，每往下潜十五米，就相当于喝了一杯马丁尼。我潜到四十 米深时也出现了醉氮病症，莫名其妙笑了起来。指导员见状后立刻喊停 了。使用氮氧混合气（用氨气取代氮气）能有效防止醉氮。这是因为氮 气就算在高压环境下也几乎不溶于水。既然它不溶于水，被吸入肺部时 也就不溶于血液，只会在我们呼气时原封不动地排出体外。这样它就不 会有麻醉剂的效果。在第五章中，我将性质极为相似的稀土元素称作过渡元素中的过渡元 素。稀土元素是横向相似性最强的，而稀有气体元素那么是竖列中相似 性最强的。从这个角度看，它们也称得上是主族元素中的主族元素 O 这两类元素都能充分表达出元素周期表的魅力，所以我用了比拟多

11、的篇 幅，希望大家能看得第七章通过周期表判断元素是否有益健康除了通过核反响堆等方式人工制造的元素之外，自然界只存在九十多种 元素。其中有不少人体必不可缺的元素，也有绝不能碰的有毒元素。1 .在主族元素中，位于人体常用元素正下方的元素往往有毒性。2 .过 渡元素基本是整行有毒或整行有益。所有生物都要靠酶来维持生命，而研究结果显示，人体居然有一百多种 酶离不开锌。因此人体一旦缺锌，酶就无法正常工作，进而表现出种种 病症。汞的用途尤其广泛。人们会将它涂抹在荧光灯的内侧，把紫外线转化为 光。体温计用的也是汞。以前，牙医还用汞补蛀牙。因此，有不少汞泄 露到了环境当中。人一旦暴露在大剂量的辐射之下，不出两

12、三个月就会出现白细胞减少、 免疫力下降、血小板减少导致流血不止等病症。这就是所谓的急性辐 射损伤。毕竟科学家也很难搞清极其微量的辐射会对人体造成怎样的影响。医学 院的放射学教科书上确实有一张横轴为辐射量、纵轴为癌症发病率的示 意图，可是辐射量很低的区域画的是虚线，而非实线。为什么要用虚线 呢？因为没有实验数据，只能进行推测。不会立刻危害健康这几个 字看似不负责任，但这种措辞也是无可奈何。生蛭、牛肉、鳗鱼和坚果中都有大量的锌。推荐大家平时有意识地多吃 这些食材。不仅如此，钢137还能用于癌症治疗。比方咽喉癌，要是选择做手术, 患者就再也不能发声了。但人们开发出了一种新的治疗方法：如果肿瘤 较小，

13、可以把放射性物质植入病灶，利用放射线杀死癌细胞。钳137 的半衰期长，很适合这种疗法。人们总担忧钳137会致癌，殊不知它已 经被用来治疗癌症，真是挖苦。而第4周期的碑(As )是众所周知的毒药。和歌山毒咖喔事件的罪魁祸 首就是它。第5周期的睇(Sb )也有剧毒,而且真有人用它犯下了凶 杀案。其中最著名的莫过于一八五三年发生在英国的威廉帕默尔医生骗 保杀人案了。硒常见于大葱、糙米、生蛀与沙丁鱼等食材，它的抗氧化能力约为维生 素E的500倍，能预防癌症、动脉硬化等疾病，还有改善更年期综合 症的效果，因此硒也是人体必需的微量元素。但硒绝对不能多吃，否那么 反而会诱发癌症，还有可能引起高血压、白内障等

14、疾病。换言之，硒就 在有益健康与危害人体的分界线上。其中对人体最重要的自然是铁。铁是红细胞中血红蛋白的组成局部，人 一旦缺铁,血液就无法将氧输送到全身，造成贫血。后记 僧人告诉我，曼陀罗描绘的是和谐的宇宙。画中的佛像分布有致, 无论是横着看还是竖着看，画面都分外均衡。它表达出的世界观与元素 周期表有惊人的一致。兴许宇宙的真理就是这种全方位的均衡。看到这 里的读者一定能理解，元素周期表绝非单纯的元素一览表。只要带着清 晰的思路去看这张表，就能一窥宇宙与生命的神奇。有了这些背景知识, 我们的人生也会变得更精彩。也许周期表有与曼陀罗相似的效果当 我们凝视着周期表，任思绪驰骋时，世俗的烦恼与压力说不定

15、就烟消云 散了。在本书中，元素周期表的规那么看似复杂，其实非常简单。化学不再是各 种化学符号、化学反响式，每个元素背后都有鲜为人知的特点，元素与 元素之间也存在着丝丝联系。放在外面的两列元素是怎么回事？应该横 着看还是竖着看？哪些元素是有益的，哪些是有毒的？从元素周期表 是如何组成的、元素究竟是什么开始，本书将带您走进元素周期 表的世界。看完走进奇妙的元素周期表，瞬间爰上化学，爰上这个世界。在学生时代，化学是我最不擅长的科目。要是当时有这本书，我对化学 就不会束手无措了。热心读者作者简介吉田隆嘉，1964年生于京都。东京理科大学客座教授，东京大学医学 博士。在东京大学取得硕士学位后，进入NHK

16、成为主持人。之后于北 里大学医学院考取医师资格证。他一边从事医学事业，一边参与多档电 视节目，以深入浅出的主持风格深受观众欢迎。代表作有用元素周期 表解读世界治疗工作拖延症的方法等。 目录（略）读书心得读书时期，最令我恶心的就是化学，直至今日都会时而梦到到化学考试 绝对的恶梦。这几年读书有个原那么跳出知识的舒适区， 古代哲学、宗教神学、天文地理、生物医学、古典文学甚至最难烧脑的 量子物理都触碰过，而始终不愿意踏入的区域就是这本书的内容化 学。前段时间听了 得到的30堂化学通识课，依然是云里雾里的打 转，而今天选的这本书，果然没有让我失望，通俗简洁，从元素周期表 带我走进了化学的大门，也从另一个

17、角度观察到了身处的这个世界。前两年读七堂极简物理课中描述到：你们记得元素周期表吧？就 是门捷列夫的那个。它把宇宙中可能出现的所有元素都列了出来，从氢 元素到铀元素，好多学校教室里都挂着这张表。那么为什么偏偏是这些 元素被列在表上呢？为什么元素周期表的结构是这样的呢？为什么这 些元素和周期会有这样的特征呢？答案就是，每一种元素都是量子力学 最主要方程的一个解。整个化学学科都基于这一个方程。通过这本书了解到，以上这句话的意思叫做量子化学，如果有人 问元素周期表到底是什么，我会毫不犹豫地回答：元素周期表就是 在不依赖算式的情况下表现量子化学结论的东西。”（原书）我理解，这就是化学中的乘法口诀表，数学

18、中的乘法口诀基于 不同个位数的相乘组合得出的结果，而化学中的元素周期表那么是基 于原子中原子核与电子的不同大小、分布组合得出的各个元素特征（如 果此话不严谨,请饶恕我这个化学学渣吧）。元素周期表中，有我们熟悉的氢、氧、铁、钙、铝、铜、银、金，也有 比拟耳熟的碘、镁、钾、硅、锌、铅,还有我们闻之色变的碑、铀、镭、 汞、睇，当然，还有那些我们看见都不一定读得出来的生僻字越到 后面越难读。而作者根据这些元素与我们相关的不同程度，分别用最通 俗的语言和简洁的笔法，让我们对这些千奇百怪的元素有了进一步的了 解，其中也举了很多现实中的例子，比方健康、生活、工业中涉及到的 各种元素的利用。我个人非常欣赏作者

19、的写作手法，遵循了 极简主义的写书模式，没 有故作高深、也没有絮絮叨叨、更没有没完没了，就连最后的结束语都 那么干净利落，反观现在很多书为了凑字数，一句话能讲清楚的事情, 非要写一个章节，看似严谨，其实是在浪费读者的时间，以到达获取更 多稿费的目的，在今天这样一个信息爆炸、追求效率的时代，这样的手 法想必是走不远的。摘录序言所谓量子化学，就是通过精确计算电子的轨道，在不依赖实验的情况下, 解开化学反响的本质。周期表教法的第二个缺陷，是老师没有给学生讲解元素周期表的本质。如果有人问元素周期表到底是什么，我会毫不犹豫地回答：元素周 期表就是在不依赖算式的情况下表现量子化学结论的东西。自然界中的元素

20、并不诞生于地球，而是诞生于宇宙。使用元素周期表追 溯各种元素的轨迹，就能知道宇宙是如何进化的。中日间对元素周期表中的主族元素、过渡元素及族的分类有差异。中国 定义主族元素为表中1-2列及13-17列，过渡元素为表中3-10列，元 素周期表共16个族，其中7个主族,7个副族，8-10列为一个族，称 为第8族第18列称为0族旧本定义主族元素为表中1-2列及12-18 列，过渡元素为表中3-11歹!，共18个族，即每一列为一个族。本书 后文不作特别指出时，均指日本的分类法。第一章元素周期表上究竟写了什么？元素周期表共有十八列，每一列都是一个族。所谓族，就是一 群性质相似的元素的集合体。俯瞰周期表的大

21、原那么，可以归纳成下面这句话：元素周期表不要从左 往右看，要从两头往中间看。主族元素按列看,过渡元素按行看两头与中央的不同, 也表达在这些元素的统称上。第1列到第2歹I，以及第12列到第 18列被称为主族元素。主族元素的周期性比拟明显。第3列到第 11列被称为过渡元素。顾名思义，它们起到了承上启下的作所有原子的中心都有原子核，电子围绕原子核运行。原子核由质子和中 子构成，每个质子带一个单位的正电荷，中子不带电。而每个电子各带 一个单位的负电荷。原子本身呈电中性，所以质子带的正电荷总数与电 子带的负电荷总数相等。原子核的质子数量就是所谓的原子序数。元素周期表就是按原子序 数从小到大、从左到右排列

22、的。排第一的是有1个质子的氢，排第二的 是有2个质子的氮，排第三的是有3个质子的锂如此这般。一八六九年，俄国科学家门捷列夫发现元素存在相似的周期性。他根据 变化规律，将元素归纳成一张表元素周期表就此诞生。当时人们还 不了解原子的结构，所以归纳出这样一张能表达出元素间关联的一览表, 是T牛具有里程碑意义的大事。一览表还有什么好处呢？有了它，我们就能预言未知的元素。数量单位每差四位，从小到大分别是万、亿、兆、京、垓、秘、穰 由此可见，我们生活的世界与原子相比有多大。确定了时间，就无法确定准确的位置。而确定了位置，又无法确定准确 的时间。这就是所谓的不确定性原理。位置与时间无法同时确定， 只能用概率

23、来表示这是原子微观世界中的物理法那么。上帝不会掷骰子。这是爱因斯坦留下的一句名言。他认为，这个世 界上的物理现象不会只能用概率来表现。而这个存在概率可以通过薛定娉方程得出。换言之，量子化学就是 通过这个方程说明元素性质与化学反响的学问。薛定娉方程件再图元素与周期表有千丝万缕的联系，其中最重要的联系就是下面这两点： 1.周期表上同属一列的元素，最外层电子的状态往往非常相似。2 .最 外层电子数决定了元素的基本性质能的原子序数是55。也就是说,它的原子核里有55个质子,原子核周 围有55个电子。其实，最外层的电子排布直接决定了许多元素能发生怎样的化学反响, 钢也不例外。当然，内层轨道的电子状态也不

24、是与化学反响完全无关, 但最外层电子数起到了决定性作用当我们向氢施加400万个大气压时，它就会变成金属，称金属氢。金属氢呈现出的性质与碱金属非常相似。因此科学家们普遍认为，在气 压巨大的木星与土星内部，也许真的存在金属氢。人体由60万亿个细胞组成，而钾活跃在每一个细胞中，发挥着各种各 样的作用。你找遍浑身上下，都找不到一个完全用不到钾的细胞。植物 普遍含钾。土豆与绿色、黄色蔬菜中含有大量的钾。我们能通过进食摄 入钾，为肌肉细胞和神经细胞加油。然而，人一旦吃下含有放射性钠的 食物，这些他就会顺着钾的输送渠道流向全身。它们流到哪里就辐射到 哪里，于是就引起了内照射。放射性镑能引起各类恶性肿瘤，比方

25、胃癌、 肺癌、大肠癌、白血病等。所有细胞都会用到钾，所以人体一旦把毡误 认为钾，并将其吸收，它就会被输送至全身的每一个角落。然而，放射性锢还能引起另一种恶性疾病，而且它的发病率远远高于骨 肉瘤。这种恶性疾病就是白血病 细胞一旦暴露在辐射之下，就要面临癌变的风险。而细胞最容易癌变的 时刻，就是分裂的瞬间。人体之所以会把钢和钾搞混、把锢和钙搞混，关键在于这两对元素的最 外层轨道拥有相同的电子数。这一点在元素周期表上表达得淋漓尽致, 应该不需要我再多解释。其实决定电子轨道的变量只有3个：主量子数n、角量子数I、磁量子 数第二章通过元素周期表解读宇宙元素的诞生有一项至关重要的条件一温度一定要超过1000万度。要创造出新的元素，就需要让一个原子的原子核和另一个原子的原子核 接近到会产生核力的距离。然而，带电的原子核会相互排斥，除非有超级巨大的能量作用在它们身上，逼着它们 接近。只有超过1000万度的超高温状态才能实现这样的效果。当一颗巨型恒星（质量超过太阳的十倍）寿终正寝时，会发生爆炸。这 就是所谓的超新星爆炸 O科学家认为，宇宙中那些比铁更重的元素， 几乎都是在超新星爆炸后的最初10秒内形成的。我们的宇宙形成于137亿年前发生的大爆炸 能在恒星内部形成的元素只到铁（Fe ）为止。因为铁的原子核最稳定, 恒星内部无法形成比铁更重的元素