《化學元素王國之旅》

醒報編輯 2023/06/12 19:55 點閱 2457 次

「化學」對於很多人而言是陌生的,更甭說「週期表」,大部分人可能聽過,但是對於裡面的元素很多都沒有聽過,甚至不知道該元素的用途或是存在於何處。英國化學家艾金斯將週期表比擬為王國,更以輕鬆的方式帶領讀者在元素王國裡旅遊。

其實在我們的生活中,都是充斥著元素,包含每日需要喝的水,是由氫與氧牽起小手組成的,更不用說其他不同的食物、物品、有生命的有機體、無生命的無機
體(如岩石)等等,本書帶著我們一起將看不到的世界,具體的想像出來。

歡迎來到「週期王國」。此處是個想像的國度,不過它其實與真實現象關係密切。

窺探化學元素王國

這是個化學元素王國,一切物體都是由元素組成的。王國的土地並不廣闊,因為它僅包含一百多個區域(元素)而已,卻構成了真實世界中的萬物。所有的行星、岩石、蔬菜及動物,都是由我們故事中的主角(這百來個元素)所組成的。這些元素也是空氣、海洋與地球本身的構成要素。

我們就站立在元素上、食入這些元素,而且我們自己就是元素。因為我們的大腦是由元素所構成,甚至連心思,就某種意義而言,也是元素的一種性質,因此亦可算是王國的一份子。

王國的區域分界

王國內的區域分布並不是雜亂無章的,相反的,它們排列得相當有條理,每一個區域的性質都很接近它鄰近區域的性質。

王國裡面只有少數幾個明顯的分界線,可以說,整個景色的特徵就是具有漸進的坡度轉變:大草原中夾雜著平緩的山谷,山谷再逐漸加深,形成陡峭的峽谷;山坡由平原中漸漸隆起,成為高聳的山脈。

欣賞國度風光

現在,我們就來認識這模樣,熟悉一下這個國度的風光。先從空中鳥瞰吧,我們可以看出,由最北端的氫至遙遠彼端的鈾(位於南方島嶼)之間,伸展出一片寬廣的景象。在鈾之後仍然坐落著已知的區域,但在更遙遠的距離外,則橫亙著一條無人探索過的地平線,尚等待另一個哥倫布來發現新大陸。

較靠近我們的是一片已經為人所熟知的領域,例如碳與氧、氮與磷、氯與碘等區域。在這趟最初的探索結束以前,我們將會熟悉更多的區域,並且了解它們與沙漠、濕地、湖泊或草地之間的對應關係。

西部大沙漠

雖然我們現在是由很遠的高空中俯瞰這個國度,但還是可以看清楚遼闊大地的風景特色。有片閃閃發光的地區,是由金屬聚集構成的,那裡我們稱為「西部沙漠」。

這片沙漠感覺上並沒有什麼變化,只有些許的色調深淺不同,意味著它們仍然有多樣化的特質。沙漠裡也找得到淡淡的色彩分布著,像是我們熟悉的、閃爍著金光的元素金,以及紅色的元素銅。

揭開沙漠的神秘面紗

值得注意的是,這片沙漠地帶占據了相當大比例的王國國土,在已知109種元素中約占86種,顯見沙漠的內容十分豐富。(而內容十分豐富的王國又使得真實世界如此多采多姿!)

這些豐富的多樣性表示沙漠的荒蕪只是假象而已;等我們靠近些後,就會發現這裡像是蘊藏了豐富礦產的礦脈,而且在荒涼的景象下,還擁有多元化的物理及化學性質。不過靠近觀察是以後的事了;現在我們仍在距離王國地表很遠的空中,還無法體認到沙漠細微的變化。

王國唯二的湖泊

往東去,景致就變化得很明顯了,即使由這麼遠的高空都輕易觀察得到。那裡是王國領域較為柔和的地區,還可以看到一個湖泊。不過我們很快就會察覺到這並不是尋常的湖泊,因為湖面的顏色與地球的湖不同,它不是清澈的灰色或藍色,而是醒目的深紅色,還有點接近褐色。

這片湖泊區就是元素溴,它是這塊特殊土地上僅有的兩個湖泊之一。另一個湖泊位於西部沙漠的東緣,外觀與溴大不相同,它帶有刺目的銀色金屬光澤─那是元素汞,置身於石礫堆中的一片湖泊。

東部大地四季多變

在東部的土地上,元素的形式與顏色都有多樣的變化(愈接近東海岸,這種變化就愈明顯)。自西部沙漠向東,大地逐漸轉變,進入看起來像金屬、但質地不那麼剛硬的區域,特性甚為模糊。這樣的元素包括矽與砷,以及王國中較不為人所知的區域,如釙與碲。

由我們目前的高度看來,最清楚的是景致的顏色。元素硫的黃色是相當鮮明且為人熟知的,那就像是舊照片與形容地獄的昏黃色調。但是硫南鄰的元素硒,顏色像是會隨季節變換似的,它可由金屬般的灰色轉變成另一種色澤飽滿的鮮紅。

多樣貌的元素

同一種物質是如何變化出這麼多種色彩的呢?在這方面,硒並非是獨一無二的。常見的元素碳,也擁有相當明顯的多樣面貌:它最平常的形態呈烏黑色,但可以轉變成燦爛的鑽石、灰黑色金屬光澤的石墨,以及最近發現的一種橘褐色晶體─稱為巴克球(六十個碳原子構成的球狀碳原子團)。

我們必須留心,單一元素常會有多種形態,如果忽略它們的存在,很容易造成混淆。我們可以將這些形態比擬為一年的四季,不過它們真正的稱呼是「同素異形體」。等我們降落到王國的地表後,就會發現這些區域其實是處於其中一種季節。

居於東岸的鹵素族

接近東海岸線時,景色的色彩就更加千變萬化了。其中最顯著的就是「鹵素族」,由緊密相接的元素家族所構成,包含了紅色的湖泊─溴。

從現在的高度,我們可以觀察到它們顏色的變化:由最北邊、幾近無色的元素氟開始,顏色次第加深,經過黃綠色的氯,到它南邊紅色的溴;位於溴南端的是帶有紫黑色光澤的碘,它在接近南海岸處閃爍著微光;碘再往南是元素。

不穩定元素

這個區域雖然有名字,但除此之外,大家對它幾乎是一無所知,原因與在真實世界中毫無用處有關。假如讀者從未聽過,那也沒什麼大不了的,因為完全缺乏足以讓人認識的特徵。在王國內,是一塊未曾開拓過、不具生產價值、相關研究又相當貧乏的區域。

這片地區擁有變幻萬千的色彩,是此處元素性質變化中較易觀察到的一點。由於王國的這部分具有悅目的顏色,吸引了人們的注意力,那也誘使我們進一步思索:是否還有一些微妙的變化,是值得更深入調查、甚至挖掘,以了解它的趨勢的呢?

事實上的確如此,等我們徒步遊歷這個國度時,就請你多留意一些不是那麼顯而易見的變化吧。化學是支配週期王國的法律總稱,研究化學的樂趣之一,就在於發掘出開展王國疆域、並將它們整編成各個家族的深層規律。

東北海岸生意盎然

其中有個方向是肉眼看不到的,就像看不到我們所呼吸的空氣一樣。週期王國中,有些區域的確看起來似乎空無一物。這些表面上空洞的區域位於東海岸及東北海岸,景色甚至比西部沙漠還荒涼。

但是東北海岸絕非一無是處的地區,因為元素氧就在這塊區域,它可說是所有生命的首要元素。氧氣對今日地球上的生物極度重要,因此你若想待在缺氧的地方,還必須有充足的氧氣供應。

例如:攜帶氧氣筒潛入海底、太空船裝著氧氣前往月球;把氧氣灌入垂死的身軀,以拯救生命。另外,我們也把成噸的氧氣導入引擎內,協助燃料燃燒,以獲得動力。

肉眼看不到的力量

氧氣是萬物生機的泉源,沒有了它,所有的生機與自主活動都將戛然中止。這就是看起來空無一物的王國東北邊所隱藏的力量。

並不是只有氧擁有隱形的力量,它西邊的鄰居氮,也是看似空無一物,但對生命仍是不可或缺的元素。許多生物上與工業上的反應,根本步驟都是要從蘊含大量氮氣的空氣中,把氮攫取出來。

地球生命的起源

氮氣的攫取過程稱為「固氮作用」,對地球上的生命而言,固氮作用具有絕對的重要性,它與光合作用、由大氣中的二氧化碳將碳固定的作用同等重要。早在人類出現於地球以前,固氮作用就已經在進行了。

因為氮是構成蛋白質的基本元素,而蛋白質又是一切生命的根本;連代代相傳的遺傳訊息也都是仰賴氮來進行的,這是由於基因的要素為去氧核糖核酸(DNA),而氮是組成DNA的成分之一。

若缺少了氮這塊看來空洞的區域,生命就會終止─不僅遺傳力量會消失,也不會再有任何形式的生命作用繼續進行;因為蛋白質這驅動生命的大齒輪,將不再存在。

與世無爭的氣體

東海岸邊則具有完全不同的性質,它們也一樣是氣態元素,但幾乎不具反應活性。自從這些元素於十九世紀首度被化學家發現以來,曾命名過許多次。原本它們給稱為「稀有氣體」,因為化學家認為它們是很罕見的。

不過,這種說法只適用於其中部分元素,並非所有的元素都很少見。例如其中之一的氬氣,它在地球大氣中的豐度比二氧化碳還多;而氦氣(He)在我們大氣中的豐度確實很少,但在宇宙中的豐度卻相當充沛,它占有25% 的比例,僅次於氫。

神秘的沿海地帶

這個家族也一度稱為「鈍氣」(或稱「惰性氣體」),表示它們的反應性很低,這也是為什麼東部沿岸區到很晚才被發現的原因,因為它們不曾出現於化合物中。對早期的化學家來說,他們是藉由檢視元素間結合的情形來發現元素的,所以這片沿海的陸地一直維持著不可見、且未曾被察覺的狀態。

不過,近來有些試圖使它們與其他元素結合的研究也都成功了,因此這片地區不再是塊不毛之地。但那並不表示海岸沙漠已可結出豐碩的果實,那只是說,這裡已出現了一絲豐收的希望─就化學上的意義而言,相當於青草發芽的時期。

因此所謂「鈍氣」的說法也不再成立了。目前這片地區的總稱是「貴重氣體」,意指它們不易發生化學反應,但並非完全不會產生任何化合物。

北方孤島

在王國大陸的北方也孤懸著一座島嶼─元素氫,像冰島坐落於歐洲大陸西北緣海外一樣。氫是構造簡單但具有重要功能的元素,對王國而言則是個不可或缺的前哨站。因為氫雖然簡單,卻賦有豐富的化學特質;同時它不僅是宇宙間豐度最高的元素,也是恆星燃燒時的燃料。 (雅靜/輯)

《化學元素王國之旅》
作者:艾金斯 (英國化學家)
出版社:天下文化

其他書訊:
《多一法則》
作者:艾德・麥萊特(成功企業家)
出版社:堡壘文化
「把一天當多天用,更加迫切地運用時間。」本書作者藉由本書向讀者分享「多一法則」,即是原本已經很好的自己,需要的只是「再多一點」,而這多一點因為實際行動的實現,生活就會發生更多變化。

試著讓自己比想像中的更好,除了學習控制時間,也經常評估己身績效、專注於未來想完成的目標。「多一法則」也適用於對於未來方向迷茫的人,不要害怕踏錯的步伐,只要「多一點」,也可以因此進步一點,甚至定下目標。

《自己再發見》
作者:林達夫
出版社:天蠍座製作

我們認為自己是個怎麼樣的人,我們就真的會變成什麼樣的人;因為我們思想會影響我們的行動,而行動會決定別人的看法。因此藉由本書,帶領讀者更清楚地明白「自我意象」的重要,重新審視自己的心態、覺察自己的心理,瞭解自己。然後,重新啟動自己的內心圖像,開始往充滿希望與美好願景的目標,大步前進。

就如同一顆爛蘋果,如果不能被及時發現並丟棄,就會爛了一大箱好蘋果,這個「爛蘋果效應」用在人的身上也是相通的。不可諱言,每個人的個性都有優點和缺點,但如果不把缺點改善的話,周遭的人就會漸漸將你的缺點放大,甚至淹過優點,這就是心理學說的性格上的「爛蘋果效應」。

《理想生活的關鍵字》
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Kasin藉由本書分享自己所崇尚的理想生活──極簡主義,這本書談到Kasin接觸到「簡單生活」時,她開始練習捨棄可有可無、不感興趣的事物,重新分配手上有限的金錢、時間、精力,讓每一天不再是無聊、空虛、充滿壓力,而是精準又有著從容不迫的餘裕。