第1章 古今元素趣談(1 / 1)

元素起源的故事

自然界千姿百態,物種多樣,但是組成萬物的根本——化學元素卻是有限的。早在3000多年以前,在古老的中國,就已經有了樸素的元素論思想,即“五行”學說。

“五行”學說認為宇宙萬物都是由金、木、水、火、土這五種簡單的元素構成。在殷商時期產生的、現在能辨認的甲骨文中,已經常見到“土、木、水、火”這些文字。古印度在孔雀王朝時代,也產生了“四大元素”說:即地、水、風、火。

在古代,對於物質組成的認識,基本上可以歸納為兩種理論:原子論和元素論。

古代對原子論影響最深遠的是古希臘時代的哲學家德謨克利特。德謨克利特是希臘原子論創始人留基伯的學生,他繼承並且發展了留基伯的觀點,認為原子是組成物體的不可分割的最小微粒。他又對這一觀點進行加工、提煉,認為萬物皆由“不可分割”的原子所組成;原子在質上都是相同的,隻是外形彼此不相同,這就可以解釋各種物質的性質。水的原子平滑呈圓形,因此水才能流動而無固定形狀。火的原子是多刺的,這就是燒灼使人痛苦的原因。自然界中物質發生變化是由於結合在一起的原子分散開來,又重新以新的形式結合的結果。

在我國公元前4世紀也產生了類似古希臘的原子論思想。最早提出原子論思想的就是墨家的創始人——墨子。

墨家認為,宇宙由充實和空虛構成,也認為宏觀充實物體是由“端”即原子構成,不同種類的“端”互相結合產生世界上形形色色的物質。墨家還把虛實結合的宏觀世界結構推廣到微觀世界裏去,提出一種麻紗模型來描述微觀物質結構。他們將有宏觀間斷的宏觀連續物體描述為“有間”,而將無宏觀間斷的物體描述為“無間”,並認為宏觀連續物體內部仍然有微觀間斷,就像粗看起來結構緊密的一根麻紗,實際上在它們的纖維之間有空隙一樣。

另一種是元素論,是從具體事物中概括出來的,易於接受。元素說有三元素和四元素兩種學說。所謂三元素,即為煉金時所用的硫、汞和帕拉塞斯加入的新要素鹽。這種觀點認為,萬物是由鹽、硫、汞三種元素以不同的比例構成的。帕拉塞斯認為,汞是揮發的液體元素;鹽是不揮發、不易燃的元素;硫是易燃的元素。物質中某一種元素成分的多寡,決定了該物質的性質。四元素說是指古希臘關於世界的物質組成的學說。這四種元素是土、氣、水、火。這種觀點在相當長的一段時間內影響著人類科學的發展。

也正是因為有上述這些元素的觀點的禁錮,元素一直沒有得到人們正確的認識。以致經過了1000多年的實踐和反複,人們才建立了科學的元素理論。

古代帝王為了追求所謂的長生不老,而促使了煉丹術的發展。煉丹,是企圖煉製成使人長生不老的丹藥。煉丹術起源於我國西漢時期,後輾轉流傳於阿拉伯、歐洲。然而,煉丹術本身所用的藥物大多是汞、鉛、砷等化合物,這些藥物本身就是毒藥,所以服用煉製的丹藥不僅不能長生不老,反而使人斷送性命。

雖然煉丹術不能得到長生不老的靈丹仙藥,但是伴隨著迷信煉丹術的是化學科學的興起,這使人們的化學知識得到了提高和豐富。這是開始使用煉丹術所始料不及的。

17世紀70年代,英國化學家波意耳提出了化學元素論的科學概念。他提出化學元素是用一般化學方法,不能再分解為更簡單的某些實物,是原始的、簡單的物質,或者是完全純淨的物質。

18世紀下半葉,英國的化學家普裏斯特利等人發現了氧。法國化學家拉瓦錫也因此建立了燃燒的氧素理論,否定了燃素學說。

揭開元素的秘密的過程是在十分漫長的歲月中經過科學家反複艱辛的努力,在發現了氧之後,最終才真正拉開序幕的。

此後,相繼發現了很多金屬和非金屬元素。截至1871年,已經發現的元素有63個。

1869年,俄國化學家門捷列夫發現了化學元素周期律,即元素隨著原子量增加而呈現周期性變化的規律。從此化學科學形成了一個比較完整的理論體係。

20世紀以後,化學方麵的研究深入到原子內部,逐步揭示了原子結構和原子核結構。元素是由同種原子組成的物質,原子最外層電子的排布決定了元素性質。質子和中子組成的原子核,原子序數即為核電荷數,與核外的電子數相同。中子個數不同的同一種元素稱為同位素。

20世紀40年代,在原子和原子核結構理論的指導下,人工開始合成92號元素鈾以後的新元素。截至2000年,已經人工合成出第116號元素。人們把這些人工合成的新元素稱為超鈾元素。

核化學以核反應和核裂變為研究對象,成功地把賤金屬汞轉變為金元素。

科學的發展是無止境的,人們對於化學元素的認識也正在不斷地深入和延伸中。