你的手机中,有6种元素将在100年后消失……

作者: 李研

来源: 赛先生

发布日期: 2019-04-07 10:15:32

文章介绍了元素周期表的历史、重要性以及当前一些元素面临枯竭的现状,强调了元素在人类文明和科技发展中的关键作用。

“氢氦锂铍硼,碳氮氧氟氖……”从中学到大学,元素周期表几乎陪伴我们走完整个化学课程,表上那些生疏的元素名称也随着学业的深入变得耳熟能详。可以说,看不懂元素周期表,就等于没有学过化学。这张表将看似互不相关的元素统一起来,组成了一个完整的体系,不仅反映了元素的原子结构,也显示了元素性质的递变规律和元素之间的内在联系。它的发明,是化学发展史上的重要里程碑事件,对于促进科学进步具有重要意义。

化学元素周期表向我们讲述了一个故事,一个旨在理解万物本质的故事。1869年,俄国化学家门捷列夫按照相对原子质量由小到大排列,将当时已知的63种元素化学性质相似的放在同一纵行,编制出一张元素周期表。门捷列夫并不是第一个试图总结元素规律的人,但他是第一个在周期表中为未知元素留下空白,并利用已经观察到的周期性对那些未知元素的性质进行预测的人。随后的科学发展,证实了门捷列夫的论断。

他在元素周期表中为未知元素留下的空位先后被填满——最初取名为类铝、类硼和类硅的元素,分别对应了1871年发现的镓、1880年发现的钪和1886年发现的锗。

截至到2018年,元素周期表中已经有了118种元素。除去周期表第七行和表右下角的一些人造元素,正是这看似平淡无奇的近100种元素构成了包括我们人类自身在内的、姿态万千的整个物质世界。

如果从人类纯粹的生存需求出发,碳(C)、氢(H)、氮(N)和氧(O)是构成人机体的四种基础元素,但健康生活所必备的其他常量元素(如Na、Ca、P)和微量元素(如Zn、Fe、Se)有20种之多。这些元素的缺乏或过量都会对人的健康造成负面影响。

早在石器时代和陶器时代,人类已经开始广泛利用多种以非金属元素为主的天然矿物。

而到了青铜器时代和铁器时代,铜、铁、铅,锡以及白银、黄金等很多金属矿藏被开采,人类通过掌握金属的冶炼技术提高了改造自然的能力。工业革命更是开启了人类认识元素世界的大门,已知元素的种类从门捷列夫时代的63种到如今的118种之多(其中还包含24种人造元素)。特别是二战后,以硅、锗等元素为基础的半导体材料异军突起,带领我们走向信息时代。

不幸的是,地球上的元素储藏并非取之不尽用之不竭,由于人类的过度开采和使用,一些元素正面临着资源枯竭的风险。2018年末,为了迎接即将到来的“国际元素周期表”年,总部设在布鲁塞尔的欧洲化学学会(European Chemical Society)发布了一张形似毕加索抽象画的“扭曲”元素周期表。“How much is there? Is that Enough?” ——这副周期表开头的问句引人深思。

图中每种元素所占面积的大小代表了其在地球上的丰度,制作者还用不同的颜色凸显那些在未来100年内在地球上有濒危风险的元素。

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