写给中学生看的百科全书

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先放个元素周期表，可能从初中化学书上就能看到的

说到这个元素周期表，大凡初中毕业的人对这东西都不陌生。如果没记错的话，那时候的老师是要求背诵前二十个元素名称的。再到后来，高中时候笔者的有些同学能够如竹筒倒豆子一样把所有的元素都给背下来，这等神迹让我这样的学渣自然是望尘莫及。到后来化学课上的多了，这玩意儿似乎也达到了“不用背就记住”的程度——至少按照族序竖着背下来还是能做到的。

元素周期表这东西的确是天才想出的主意——元素的化学性质取决于其电子（Electron）数目，这个数目和质子（Proton）数目是相等的，也就是说，质子数不同的东西化学性质肯定是不同的，元素的概念因此而来。现在看来这个很简单，但门捷列夫那会儿，对质子，电子之类的概念是一无所知，能鼓捣出这么个东西，实在是不世出的天才啊。

当然到了后来，人们也发现有非常多的元素的原子，在质子数相同的情况下（同一种元素质子数量肯定一样的）中子（Neutron）数量不一样，这类的原子叫做同一个元素的同位素（Isotope）。同位素的存在就解释了为什么元素的相对原子质量会出现小数的情况。几个同位素在自然界的丰度（Abundance）不一样，这么一掺和，可不就出来“小数的原子质量”了么。

说了那么多废话，我们开始进入正题好了——前二十个元素的一些性质。

1号元素，氢（Hydrogen）：原子核里是只有一个质子，算是宇宙当中最普遍的一种元素了——笔者经常中二病发作，会想出许多无厘头的问题，其中之一是这样的：真空中到底有什么啊？后来读了几本书之后才搞明白，理想的真空就算在宇宙中都是不存在的，在任何空间里，别的没有，至少会有氢原子啊。

至少在宇宙里，氢元素还是非常普遍存在的

氢这种元素在地球上存在的一种很常见的形式就是水，所谓“一氧化二氢”是也。再有就是很多有机物里氢也是必不可少的组成部分。做为单质，氢是可以作为氢气而存在的。氢气比空气轻很多（这也是“氢”这个汉字被造出来的原因），所以早年的飞艇是用氢作为填充物而飞起来的——但是氢气这个东西非常容易燃烧，兴登堡飞艇的悲剧就肇始于此。所以后来的飞艇都用更安全的氦气作为填充气了。

燃烧的兴登堡号飞艇，氢气可燃的性质一览无遗

氢气的燃烧非常猛烈，且产物是水，不会产生内燃机常见的积碳，在这种情况下就有不少人想利用这种燃烧放出的能量做点啥——但是氢气的密度实在太小，这就意味着如果要提供哪怕很短时间的燃烧能源，储氢罐就得做的很大。目前，除了美国的航天飞机使用过液氢做燃料之外，液氢这种燃料真的很难在其他地方用到。

美国的发现号航天飞机，中间那个橙色的燃料罐里装的就是液态氢，考虑到液态氢的密度，这么大的燃料罐里实际上能装的液氢并不能支持太长时间的燃烧

再有就是把氢气燃烧这么个反应想办法做成燃料电池（Fuel Cell），理论上任何的氧化还原反应都是可以做成燃料电池的，但在氢气这里事情有点麻烦。液态的氢气密度太小，气态的氢气不能直接利用，目前能够吸附气态氢气的物质大多是一些贵金属（像铂或者钯一类的），这制约了氢氧燃料电池的成本，所以这东西距离大规模实用化有很长的路要走吧。

说到氢，还得提到这东西的一个同位素，氘（Deutorium，简称D）。氘的原子核里除了一个质子，又多了一个中子，所以氘也被称为重氢——自然地，由重氢和氧组成的水就是重水。重水这东西因为不吸收中子，早年的反应堆非常依赖这样的材料，当时纳粹德国想搞原子武器，在挪威的一个水电站里搞出了一些重水，后来英国人知道情报之后把这些重水连同那个水电站都给炸掉了，纳粹的原子弹计划因此受到了严重的打击。

挪威的维莫尔克水电站，当年为纳粹生产重水的地方

最后再提一句，氢原子看上去是非常简单的结构，但过去许多原子模型连氢原子的结构都无法解释清楚，直到玻尔的电子云模型被提出之后，氢原子的结构才“看上去被解释清楚了一些”。至于更为复杂的原子结构模型，都是在玻尔氢原子模型的基础上加这个补那个得到的理论体系。

2号元素，氦（Hellium）：这个元素并非在地球上发现，而是通过分光镜观察日食的时候在太阳的光谱上发现的（一般而言，每一种元素会对应一个特定波长的光谱）。太阳光谱上的某条黄色光谱和当时已知的任何地球上的元素光谱都不一样，于是那会儿的科学家就以希腊语的太阳（Helias）为这种元素命名，Helium这个词就是这么来的。

氦元素的光谱，第二个图当中那个非常明显的黄色线

再后来，人们发现太阳上的氦元素是太阳的核聚变（Nuclear Fusion）产生的。这种核聚变产生的能量非常之大，而太阳内部持续不断地产生这样的核聚变已经有50亿年了，想想就不可思议。

太阳内部的核聚变，氢的两种同位素发生聚变生成氦元素，同时释放出一个中子。

氦元素最常见的同位素是氦-4，也就是相对原子质量数是4的氦（原子核里两个质子两个中子）——这也是α射线的成分。除此之外，氦还有一种相对原子质量是3的同位素，笔者上初中的时候在某本书上看到月球上似乎这种东西蛮多的，而且氦-3作为未来的能源开发潜力巨大——这构成了许多科幻的基础，比如钢铁苍穹这个电影里，躲在月球上的纳粹就是靠开采氦-3续命的。

钢铁苍穹的科幻电影里，氦-3是推动剧情不可或缺的设定

关于氦再胡扯几句，这东西的化学反应极不活泼，事实上，氦这一族的元素都是这个特点，所以被冠以“惰性气体”的名号。不过，惰性气体在霓虹灯里还是常见的，后来又随着“氪金狗眼”这么个梗而为人所知。

3号元素，锂（Litium）：这东西最为人所知的就是锂电池了。当然锂这种金属极不稳定，所以某些锂电池会有爆炸的危险，这个已经成了一个梗，不再多讲，嗯。

锂电池的大小各异，可以如纽扣一般大小用于微电子产品，也可以做得大些用以驱动电瓶车

至于锂电池的原理，笔者不打算在这里展开。但我想强调的一点是，锂电池是很了不起的发明，网上有个蛮火的说法，说特斯拉跑车的电池毫无技术含量，只是几千节干电池串联起来，这个说法大约是极端狭隘的民族主义猪油糊了心的人才会信吧。

4号元素，铍（Berylium）：笔者有幸看过大学的无机化学课本，发现即使在大学的课本里，铍元素的性质也是非常简略地介绍，所以并不能在这里说出许多东西来。很多宝石是由铍铝硅酸盐形成的，另外，铍元素的许多化合物有剧毒，长期接触这样的化合物会导致肺部纤维化，也就是铍肺。似乎这是一种无药可治的病症，然而不幸，由于铍的很多化合物具有战略价值，很多矿业的开采，冶炼和机具加工时防护做的不太好，所以铍肺是一个相关行业蛮常见的职业病。

铍肺患者的胸部X光，可见纤维化的肺部

5号元素，硼（Boron）：这个元素最为人所知的大约就是硼砂了。硼砂在古代被作为焊接剂，很多杀虫剂当中也有这么个成分。

除此之外，硼是很多生命体当中酶(Enzyme)的构成核心，所以也是一种生物必不可少的微量元素。很多植物如果缺少硼，就会出现开花而不结果的现象，大约硼酸同果实和种子的形成关系密切吧。

6号元素，碳（Carbon）：碳元素是一种经常出现很多人都不陌生的元素，大概最重要的因素在于碳元素是有机物（Organic Compound），也就是生命物质的骨架。跟碳相关的很多话题，大体离不开生命科学和有机化学这些领域——事实上，有机化学这个概念最早被认为是“含碳化合物的化学”，19世纪的时候，人们认为构成生命的物质一定是含碳的，这个“有机”，就是有生命的意思。虽然后来德国化学家维勒从无机物中人工合成了尿素（一种典型的有机分子），从理论上证明了“无机物和有机物没有本质的差别”这么个概念。尽管如此，有机物和无机物还是相当泾渭分明的，要不然有机化学不会被单独拿出来研究。

德国化学家维勒，他人工合成的尿素证明了有机物不必然来自于生命体的结论

说到“有机”，就不免扯到“有机食品”的概念。实际上我们吃的所有食品都是有机物，这个所谓的“有机”指的是在生产过程中不用人工合成的农药和杀虫剂罢了——然而追根溯源，农药和杀虫剂的源头是石油工业，还是离不开有机物的范畴。所以在我看来，这个“有机食品”的提法多少有点问题，直接说不用农药（Pesticide）和化肥（Fertilizer）好了。不过世界人口那么多，不用农药和化肥的话，指望有机食品养活全世界的人，这很不现实。

碳之所以能成为有机物的分子骨架，大约是因为碳原子的成键方式非常多样的缘故——单键，双键，叁键，同分异构体，等等等等。有些天然产物的结构复杂且精巧的让人叹为观止，比如许多人熟知的DNA双螺旋结构，再比如紫杉醇这些生物有机大分子。

紫杉醇的结构，这种化合物对某些肿瘤有抑制作用，但结构异常复杂，无论是合成还是提取，获得的这个产物成本都很高。

当然，所谓尘归尘，土归土，无论多复杂的有机分子，终究会随着生命体的死亡而分解。这些有机物在自然条件下分解的最终产物是二氧化碳（Carbon Dioxide），还有很多没有来得及分解的有机物，随着时间的推移被埋入地下变成化石（Fossil），或者化石燃料（Fossil Fuel），譬如煤炭和石油之类（所以外星球上这样的能源都很可能没有）。从能量转换的角度来看，化石燃料是把几亿年前生物储存的太阳能给唤醒了。我们现在烧的煤，来自3亿年前的太阳能；我们现在用的石油，来自1亿年前的太阳能，想想还是蛮神奇的。

不过这样的化石燃料的燃烧就带来了碳排放的问题。和其他许多元素一样，地球上的碳元素也都在一个循环的过程中，像底下这张图显示的那样。

碳元素的循环，非常鬼马风格得儿童手绘画。

自从工业革命以后，化石燃料的排放似乎让这个循环失去了平衡，至少很多证据表明空气中的二氧化碳含量是在逐年上升（但目前不清楚这个上升会一直持续下去还是在某个周期后落下去），这会带来很多问题，比如温室效应和全球变暖之类。没准儿等哪天全球气温上升几度，虫子再度变大，就可以再经历一次石炭纪的巨虫时代了呢。

石炭纪的巨型马陆，来自BBC的纪录片，Walking with Monsters.有证据表明那会儿的虫子长得那么大，跟气温过高很有关系。

所以关于碳排放的事情是各国政治互相扯皮的一个蛮重要的话题，有些人说在没有拿出确凿的证据之前，全球变暖是一个骗局；还有一些人会说，我们要有危机意识，等真到了太晚的一天就真的完了。作为我个人，我倒是觉得，还是等等科学家拿出新的证据好了，批判性思维嘛，没有证据是什么都不能说的。

关于碳元素另一个蛮有意思的话题是碳-14（Carbon 14）同位素。这种同位素不稳定会衰变成别的东西。一个生命体活着的时候是参与碳循环的，所以这个生命体内部的碳-14和碳-12（最常见的碳元素的同位素）比值是恒定的。但一旦这货死了，它就断绝了从外界获得碳元素的可能，体内既有的碳-14就会因为衰变不断减少——在这种情况下，我们可以通过测量一个有机物残骸体内碳-14和碳-12的比值去判断这个有机体残骸死了多少年（具体的数学公式还有对数，这里就不说了）。所谓碳-14测年，或者说放射性碳元素测年（Radiocarbon Dating），原理大概如此——不过这种测年也就能测几万年的东西，多了就不行了。指望着拿这玩意儿看看猛犸象的年龄可以理解，看恐龙的年纪基本就是鬼扯。

一个大概的年代和碳-14含量的对照表

其实关于碳元素，能讲的很多很多，比如金刚石和石墨（Graphite）其实都是碳的同素异形体啦，等等。但一些最基本的常识大约也就是这样了嗯。

7号元素，氮（Notrogen）：大凡看过金坷垃那个鬼畜广告的人大概都对氮不会陌生，肥料掺了金坷垃，吸收地面下两米的氮磷钾，嗯。

虽然金坷垃原版广告里，几个老外在这个车边上打的不可开交，但这种车笔者从未在路上碰到过

氮元素在空气中以氮气存在，空气中的氮气占比是80%左右，但这种单质很难变成离子（Ion）被植物吸收（氮气中两个氮原子之间是叁键，非常牢固，除了闪电，大约金坷垃也拿这个没办法）。有些豆科（Legume Family）植物会在根部有固氮细菌（Nitrogen Fixation Bacteria），这就是种了大豆之后的土壤第二年还能保持肥力的原因。但是除了豆科之外，大部分植物并不能把氮变成能利用的离子形式，这就得依靠化肥了。20世纪初，德国化学家哈珀发明了合成氨(Ammonia) 的工艺，被誉为“从空气中制造面包的现代化肥之父”——不过，氨作为基本的有机化学原料，也是很可以制造炸药的。所以有言论说哈珀是屠杀人类刽子手的帮凶。类似的观点到处都有，笔者对此并不想说什么。

如果能把单质的氮变成氨，后面的事情就好办了，各种亚硝酸盐（Nitrite）和硝酸盐（Nitrate）是氮元素的重要存在形式。这其中亚硝酸盐是一种蛮常见的防腐剂，在冷冻技术尚未发达的时代，腌制的食品里的确会有大量的亚硝酸盐，能够抑制细菌的产生——不过这东西毒性很强且致癌，这倒是真的。我自己的饮食中不怎么吃腌制食品，但我养海水鱼啊，海水鱼缸一个非常重要的养护目的就是防止亚硝酸盐的浓度过高——剩余的饲料，鱼的排泄物和鱼的尸体都会产生能被氧化成亚硝酸盐的有机胺，要是不去控制这些氨氮总量，搞不好一缸鱼会死全家，所以我对于亚硝酸盐差不多是谈虎色变的节奏，嗯。

8号元素，氧（Oxygen）：氧气是生命必需的物质，这在现在算是常识了，但在过去并不是的。关于人们怎么去解释燃烧现象，从而导致氧气和氧元素的发现，这个过程是可以连载章回体小说的，笔者在此不表，就说一点吧——当年意识到氧气对燃烧重要性的法国化学家拉瓦锡（Lavoisier）后来在法国大革命的时候被不明不白地砍掉了脑袋——砍掉这颗脑袋只需要一秒钟，但再长出这样的一颗脑袋，需要一百年。唉，人的命运啊，除了靠自己的奋斗，当然还要看历史的进程啦（不知道拉瓦锡在断头台上有没有念诗，什么引刀成一快，不负少年头之类的）。

法国化学家拉瓦锡，他的研究让化学从玄学变成科学

目前空气的成分里，氧气的占比是21%，五分之一左右，剩下的大部分都是氮气。燃烧（Combustion）也好，生命过程也好，氧气才是参与其中的助燃剂。二战之前，各国海军的鱼雷都是用空气当的助燃剂，但日本海军鼓捣出了长矛氧气助燃鱼雷这种黑科技，鱼雷的射程就可以是其它鱼雷的五倍（当然没有制导的情况下，这个射程的增加是意义不大的），与此同时，因为没有氮气，所以这样的鱼雷不会有明显的气泡航迹，让美国鬼畜躲都躲不了（嗯，这个比较现实）。

日本海军在发射93式氧气助燃鱼雷，这是日本在二战时期为数不多的技术水平凌驾于盟军之上的军备

氧气大约是最常见的氧化剂了，所以很多元素在自然界的存在形式是氧化物（Oxide），像氧化铁啦，二氧化碳啦，二氧化硅啦，等等等等。对于一般的生命过程，氧气是足够的。但如果需要剧烈的氧化（比如需要猛烈燃烧产生大量能量的时候），氧气就很难胜任这样的事情，所以某些火箭的氧化剂是要用过氧化氢的。

说到火箭，在目前人类的技术条件下，推动火箭的能源还是化学燃烧放出的能量。在这种情况下，制约太空旅行的一个瓶颈在于，火箭得自带燃料和氧化剂。无论过氧化氢还是液态氧气，这样的氧化剂得需要很大的储存罐才能保证燃烧充分。所以，倘若哪天人类能够移民三体星的话，大约也不是靠着化学火箭吧（具体细节参见三体的小说里云天明的脑子怎么被弄走的）。

除了氧气，氧单质的另一种存在形式是臭氧（Ozone），从我小时候起就听说地球上南北极的臭氧层有了大洞，为了地球为了环境，我们要禁止使用氟利昂制冷剂，那会儿的无氟冰箱无氟空调，广告到处都是。再后来，这些广告和宣传似乎就偃旗息鼓了。去年夏天，我一个朋友遇到空调不制冷，第一个念头还是打电话给维修师傅，加点氟利昂吧。

所以也不知道那个臭氧洞现在到底怎么样了。

氧元素除了最常见的同位素氧-16之外，还有一种不那么常见的同位素氧-18. 在古地质和古气象学中，可以通过测量某个年代地层遗存中氧-16和氧-18的比值来推断当时的气温和蒸发量。高温条件下，含有氧16的水蒸发的多些，那个地层中氧16的含量会相对减少，大概的原理是这样的，嗯。

9号元素，氟（Fluorine）：最早我知道这么个词是牙膏广告。氟离子可以有效防止蛀牙，拿这些牙膏刷过的贝壳被酸浸泡之后都拿小榔头敲不烂呢。不过含氟牙膏也有不好的地方，小孩子可能漱口咽下去一些氟元素，时间久了会得氟骨病。在笔者的印象中，河南东部和安徽北部的黄泛区盐碱地的地下水含氟量就非常高，氟骨病也算是那里的地方病了（笔者尝过那里的水，发苦发涩，跟别的地方的水很不同）。这些省的水利厅十几年前就在做一些村村通吃水工程，不知道这些工程到底有没有降低那里氟骨病的发病率。

氟元素在自然界蛮重要的矿藏是萤石，也就是氟化钙。因为在工业上能用到氟的地方蛮多，萤石在工业时代也是很重要的战略物资。二战的时候日本人在浙江金华找到了萤石矿藏，为此还专门要修一条铁路把那些矿运出来支持他们所谓的大东亚圣战。当然鉴于皇军可怜的工兵水平，这条铁路修好的时候整个战局都快歇菜了。

浙江金华，当年日本修建的萤石专用铁路遗留的桥墩

10号元素，氖（Neron）：这是一种惰性气体，霓虹灯的灯管里经常用这个做填充气，嗯，关于这类稀有气体，能说的不多。

11号元素，钠（Sodium）：钠的单质是一种蛮神奇的东西。中学化学实验时，一个小钠球在水上一边漂一边燃烧的场景是让化学课不那么无聊的保留节目。我在读鲁迅的小说“铸剑”的时候，看到这样的描写—— 头忽然升到水的尖端停住；翻了几个筋斗之后，上下升降起来，眼珠向着左右瞥视，十分秀媚，嘴里仍然唱着歌......

看到这样的描写，我就会想到化学课上的钠被丢在水里后，团成一个小球发出嘶嘶的声音绕着烧杯壁一边冒火一边游走的场面。再后来，化学课上的钠就不那么友好了，它变成了氢氧化钠，碳酸钠之类的东西出现在各种酸碱平衡的计算中，折磨着许多人对学习仅有的一点兴趣。

不过钠元素跟日常生活最密切的就是氯化钠（Sodium Chloride），也就是食盐。食盐只是满足人体每天对氯离子和钠离子最基本的摄入需求而已，并不能防辐射（至少超市里几块钱一袋的食盐没这功能，养海水鱼用的盐虽然贵也不可能添加防辐射的铅金属）。每次在微信上看到大妈们的抢盐新闻，嗤之以鼻的同时会觉得基本的科学素养普及还是必要的。

我养海水鱼用的专用海盐，其实主体还是氯化钠，但加了很多对珊瑚必不可少的微量元素，事实上，氯化钠可以和很多微量元素友好共存，这也就是生理盐水在医药中可以用作溶剂的前提

说到食盐，关于食盐该不该加碘有很多争论。不过值得庆幸的是，现在至少能买到不加碘的食盐了。过去国家为了解决碘缺乏引起的甲亢问题，非常粗暴地把所有食盐都加了碘。当然，碘摄入过多也会有危害，比如智力低下之类。所以，嗯，感谢时代的进步，至少有不加碘的盐在卖了。

另外一些蛮值得一提的钠元素化合物是碳酸钠和碳酸氢钠。这一组化合物可以构成pH值相对稳定的缓冲溶液。事实上人体的血液能够在外加一定量的酸碱情况下保持pH稳定，靠的就是这个。

最后，诸位可以试试抓一把食盐扔在火上，会看到黄色的火焰，这是钠离子特征的焰色反应，581nm波长的黄光，这个光谱是经常被拿来做光谱仪的校准指标的。

12号元素，镁（Magnesium）：镁是叶绿素（Cholorophyll）的中心原子，所以，植物缺乏镁可能会带来很严重的后果。除此之外，镁离子可以防止肌肉痉挛，所以对于运动员而言，补充包括镁在内的很多微量元素是很重要的事情。

叶绿素的结构，镁在其中位于中心位置

单质的镁燃烧时会发出大量的白烟和白光。所以过去的照相机使用镁光灯作为辅助光源。类似地，军用照明弹里面也是以镁粉做原料的。这些照明弹烧起来温度大概在1000度往上，且不能用水灭火，美军越战那会儿出的几个事故就跟不适当处置这样的照明弹有关。

美国C-130运输机在发射照明弹，镁的燃烧特性在图上看的很直观

13号元素，铝（Aluminium）:铝元素作为金属在地壳中的分布非常广泛。而且，这种单质很轻，所以是一种很基础的航空材料——很多飞机的蒙皮就是在铝的基础上添加各种合金做出来的。不过，随着喷气时代的到来，铝合金在高速大应力的情况下结构强度并不令人满意，所以都在被钛合金或者别的复合材料取代。

二战期间，日本航空母舰翔鹤号上正在待机的零式战斗机。造就太平洋战争初期零战神话的关键是杜拉铝，一种硬化的铝合金。

铝单质还有一个蛮重要的性质就是铝热反应。在高温下，单质铝可以把一些高熔点金属氧化物置换出来，有些金属的制备就是这么来的。当然，铝也是能燃烧的，燃烧的性质跟镁差不多。有的企业在加工某些机具时，铝粉末飘散在空气中就有可能发生爆炸，这种事情新闻里时不时能遇到一回，现场甚是惨烈。

铝的熔点是600多摄氏度，这个温度低于一般炸药爆炸能产生的高温。二战期间最早出现的反坦克空心装药破甲弹利用的就是这个性质，炸药爆炸后的高温融化金属铝，形成金属射流击穿目标装甲——德国大战后期几乎人手一支的铁拳，战斗部就是这个原理。

德国在二战末期，人民冲锋队手上的铁拳，战斗部里就是铝的空心装药

不过上面讲到所有关于铝的事情都发生在20世纪以后了。在19世纪电解铝的技术很不成熟的时候，铝餐具是贵族待客时的奢侈品。拿出铝制刀叉招待客人的拿破仑三世大约想不到一百多年后，满大街都是订做铝合金门窗的吧，而且破旧的铝板被扔的到处都是，嗯。

14号元素，硅（Silicon）：可能很多人对硅的直观印象来自硅谷，的确，硅元素的半导体性质是微电子产业得以发展的物理基础。但除此之外，硅元素是地壳中含量非常多的非金属元素，沙子，石英，主要成分都是二氧化硅（Silica Dioxide）。

关于硅，还有个值得提到的东西就是硅胶，其实就是二氧化硅的水合物。托整容业的福，硅胶经常和隆胸啦，垫鼻子啦之类的词联系起来。但我接触过的硅胶是细腻的粉状物，做有机化学的柱层析时会拿它去分离有机物。当然操作这东西的时候要戴口罩，烟尘漫天。

至少在做有机实验的时候，不同的硅胶还是有蛮大差别的，青岛海洋硅胶厂的硅胶颗粒就很粗（据说是把贝壳烧了研磨成粉），德国Merk的硅胶颗粒很细腻，用手摸摸就能感觉得到。也正因为如此，许多国内的有机实验室只有在做精细分离的时候才会用德国的Merk，至于粗分离，青岛的硅胶就好了——这是几年前，不知道现在怎么样了。

假如做实验的硅胶都这样有品质差别，大约用作整容的硅胶也是这样的吧。

15号元素，磷（Phospherous）：能在“氮磷钾”这么三个元素中占有一席之地，磷元素的确是生命体中不可或缺的元素。磷酸钙是骨骼很重要的组成部分，而三磷酸腺苷（ATP）是肌肉中的储能物质。在ATP当中，那几个磷酸键是高能磷酸键，储存着蛮多的能量。

ATP的化学式，三个高能磷酸键还是蛮惹眼的

当然等到一切尘归尘土归土之后，生物体内的磷元素就会被释放出来，形成磷化氢，遇到氧气燃烧就是鬼火。这是小时候看“十万个为什么”的时候看的最像走近科学的一个条目，嗯。

鬼火神马的

和磷相关的物质中，能够燃烧的除了鬼火还有白磷。这东西40摄氏度就能燃烧，福尔摩斯笔下的巴斯克维尔猎犬，其实就是一头涂满白磷的大狗（问题是白磷剧毒，也不知道这狗怎么做到不舔自己毛的）。

巴斯克维尔猎犬神马的

白磷的这个特性催生了白磷弹，一种兼具燃烧和照明功能的爆炸物。不过因为白磷的剧毒，这种弹药的使用就日益减少了。

白磷弹爆炸的瞬间

哦对了，很多农药里是含有有机磷的，这大概是许多人谈磷色变的原因吧。其实这些农药还好，毕竟没有这些东西，我们人类想要虫口夺食是不可能的。

16号元素，硫（Sulfur）：硫元素的许多形式都和火山有关，硫磺和二氧化硫（Sulfur Dioxide）都是可以作为火山活动的证据（研究金星大气的时候，因为金星大气层中布满了二氧化硫，天文学家就可以很有把握地说，金星表面存在火山活动）。除此之外，硫化氢也是一种蛮被提到的硫化合物。这种气体有臭鸡蛋气味，所以会被掺在煤气里，至少当煤气泄露的时候可以提个醒吧。

硫元素往往和火山有关。二战中著名的硫磺岛（Iwo Jima），岛上的折钵山其实就是一座火山

含硫的化合物有不少都有刺鼻的臭味。在生物体中，蛋白质的结构需要双硫键加以固定。在生物死后，这些蛋白质分解时，双硫键分解变成硫化氢和别的东西，再加上各种腐败产生的胺类，大约就是臭鱼烂虾会有的气味了——想想秦始皇蛮可怜的，都死了还得跟这么一车鲍鱼一起在炎热的季节从沙丘被拖到咸阳。李斯，赵高他们几个也蛮可怜，估计沙丘之谋后，他们的衣服都得扔掉了吧，不然得多臭。

硫的另一个蛮重要的化合物是硫酸（Sulfuric Acid）。在目前的条件下不可能得到完全纯的硫酸，最多也就是98%的浓度（硫酸会吸水，会把有机物碳化）。这东西对皮肤的损害是毁天灭地的级别，一旦出现硫酸溅到皮肤上，千万不要拿水冲（放热疼死你），要拿布（衣服就行）赶紧擦掉再用水冲，然后是碱液，然后就愉快滴去医院吧，嗯——这一套流程别问我是怎么知道的。

17号元素，氯（Cholorine）：最早知道这个元素是因为看书上写的一战时期德国在比利时用的毒气战。不过那会儿的德国人能想出的办法也就是拿着氯气罐子趁着风向合适的时候放一通毒气，比起萨达姆的毒气炮弹还是差远了——不过，氯气黄绿色的视觉效果倒是被后世的游戏和影视作品借鉴颇多，命令与征服这个游戏里的一个化学武器将军的形象被塑造成脸部有脓肿的水泡的样子，这是典型的氯气中毒的症状之一。而且，什么喷毒拖拉机，什么生化死雨风暴，打出来的毒气都是绿色的，这一刻，古老的氯气灵魂附体，化学武器将军不是一个人在战斗，他不是一个人！

命令与征服零点行动，要是把这个化学武器将军打败了就是这样的画面。注意看这货的脸和背后的绿色烟雾。

不过氯最常见的形式还是氯离子。氯化钠，氯化钾，等等等等，当然也包括盐酸。除此之外，氯的一些高价态化合物氧化性很强，常常被用来做杀菌剂，像次氯酸钠之类的。我上高中那会儿，氯的几个高价态化合物之间的转变是蛮常考的，不知道现在如何了。

18号元素，氩（Argon）：这也是个稀有气体，因为它的性质很不活泼，所以在焊接的时候会用作保护气——具体详情咨询焊接师傅，我连电烙铁都用不好。

19号元素，钾（Potassium）：又是金坷垃广告里“氮磷钾”三兄弟中的一员，可见钾离子是生物体必不可少的元素。事实上，细胞膜上是存在钾离子通道，细胞通过主动搬运而不是渗透的方式去吸收钾离子。这样即使细胞内部的钾离子浓度比外界高，钾离子还是可以源源不断地进入细胞，只要细胞活着。没记错的话，我上高中的生物教材上就有这图。

细胞膜主动搬运钾离子的示意图，某册高中生物的封面内容

化学课上可能也会提到高锰酸钾和氯酸钾，不过这些化合物的主要成分是高锰酸根和氯酸根。钾是一种普适性的阳离子。一般情况下只要不是结构太变态，阴离子都可以和钾形成合适的化合物。当然，这些化合物因为有钾的缘故，放在火上烧是放出紫色的火焰。

说到钾，有个东西是不得不提的——氰化钾。纳粹高官，柯南罪犯，杀人自杀，居家必备的一种东西。这种剧毒药的主要成分是氰根，钾只是一个阳离子，当氰化钾被摄入后，会变成剧毒的氢氰酸，然后一切就结束了，留下苦杏仁味。

纳粹高官用来自杀的氰化钾胶囊，嗯，这才是通向天堂的钥匙，淘宝上那个是假的

20号元素，钙（Calcium）：这年头大街小巷的医疗保健品广告中，补钙是很重要的宣传策略。诚然，骨骼的主要成分是钙离子，按照某些广告的说法，骨骼中的钙加速流失，得用各种办法去补钙，钙片啦，各种饮品啦，等等等等。

其实如果不是特殊情况，人每天吃的东西就可以满足钙的摄入了。现在的很多保健品宣传册会用一些看似很直观的图来加重人们的焦虑，我不认为这是好的，克服这样的焦虑，最好的办法还是有点必需的常识吧。

自然界中的钙，大约最常见的就是硫酸钙和碳酸钙了。前者的俗名是石膏。因为我没有过短胳膊断腿的经历，并不知道医疗中的石膏夹板怎么去打。但在美术雕塑中，石膏粉加上一定比例的水之后就可以拿来塑形了，干了以后还是蛮坚硬的（想到我一朋友开的美术工作室里，一哥们毫无公德地撒了四公斤石膏粉在地上扬长而去，害的我那朋友拿刮刀铲了半天，幸好不是水泥嗯）。至于碳酸钙呢，很多岩洞里的钟乳石和石笋就是这么形成的。化学课本上关于这些肯定都会提到，但真的得亲自去岩洞里走一遭，才能对碳酸钙有很深的直观印象吧。

我在浙江兰溪的山洞里看到的钟乳石，很多事情还是要去亲自看看，感觉跟只是看书很不同

关于元素周期表的前20个元素，我觉得一些基本的常识大概也就这些了。虽然身为学渣，我并不能把周期表倒背如流，但很多元素我大约都能如数家珍地讲出一些梗来，所以我的化学成绩还不那么坏。

本来这个百科全书是准备一周更一篇的，结果没想到因为各种原因第一篇就写了一个月之久。人果然不能高估自己，但我还会继续写下去，关于周期表的故事还没有讲完，那些副族元素也有不少的梗可以去讲的，那是下一篇文章的事情了。