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在生活中，你接触的每一件物体都是由化学元素构成的，其中包括你和这本书。可以说，化学元素是构成世界的基石，也是我们了解世界的一个很好的窗口。在本书中，著名科普作家西奥多?格雷向我们讲述了已知的118种化学元素的有趣故事和奇妙应用，并通过大量精美的图片向我们展示了一个五彩缤纷的化学世界，以满足我们的好奇心。
本书适合广大中小学生阅读。如果你想了解关于化学元素的更多知识，请关注西奥多?格雷所编写的“化学三部曲”。
书名：视觉之旅：写给孩子的化学元素
ISBN：978-7-115-64660-6
本书由人民邮电出版社发行数字版。版权所有，侵权必究。
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著 ［美］西奥多·格雷（Theodore Gray）
译 陈 晟
责任编辑 刘 朋
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 http://www.ptpress.com.cn
读者服务热线：(010)81055410
反盗版热线：(010)81055315
Copyright © 2020 by Theodore Gray
Cover design by Katie Benezra
Cover copyright © 2020 by Hachette Book Group, Inc.
Originally published in English by Black Dog & Leventhal Publishers, an imprint of Perseus Books, LLC., a subsidiary of Hachette Book Group, Inc.
Simplified Chinese edition copyright © 2024 POSTS & TELECOM PRESS Co., LTD
在生活中，你接触的每一个人和物体都是由化学元素构成的，其中包括你和这本书。可以说，化学元素是构成世界的基石，也是我们了解世界的一个很好的窗口。在本书中，著名科普作家西奥多·格雷向我们讲述了已知的118种化学元素的有趣故事和奇妙应用，并通过大量精美的图片向我们展示了一个五彩缤纷的化学世界，以满足我们的好奇心。
本书适合广大中小学生阅读。如果你想了解关于化学元素的更多知识，请关注西奥多•格雷所编写的“化学三部曲”。
能够又一次翻译西奥多·格雷的新书，我感到很荣幸。这本书延续了他的风格，图多字少，但科学性是完全没有问题的，知识浓度也高，绝不掺水，是一本货真价实的科普读物。
从定位上说，格雷的《视觉之旅：神奇的化学元素（彩色典藏版）》适合各个年龄段的读者阅读，尤其适合中学生阅读；《视觉之旅：神奇的化学元素（少儿版）》适合小学低年级学生及学前儿童阅读；而这本书是给小学中高年级学生看的，对于刚接触化学的初中生来说也有参考价值。如今，这个年龄段的孩子的知识储备已经远超当年的我们，而这本书可以帮助他们把世界认识得再深刻一点，把所学的知识再系统化一点，从而拥有超越同龄人的认识高度。当然，这种“助推”并不是必需的，全看家长和孩子们如何取舍了。
为了讲好这些化学元素的故事，格雷为每种化学元素都精心选择了一个应用场景或者背景故事，一下子拉近了化学元素和读者之间的距离，也降低了阅读门槛。而为之配上的图片，有些堪称惊艳，比如镍元素、溴元素；有些则别具匠心，比如钚元素、碳元素。对于求知欲正旺盛的孩子们来说，这些有趣的故事会成为他们深入元素世界、提高认识维度的阶梯与向导，这些漂亮的图片会让他们接触一个更加鲜活的化学世界。
总之，相信这本书能够为读者所喜爱，也能为他们打开一扇了解世界的窗口，满足他们的好奇心。
愿你能从书中获益。
陈晟
2024年6月18日于成都红光
元素周期表就是元素的通用目录。这是一个“砖块”的列表，而这些“砖块”构成了你生活的这个世界上的一切东西。（当然，有些东西，比如说爱、光、逻辑、时间等，并没有被包含在元素周期表中，你也不能触摸它们。）
你能触摸到的一切物体，无论是地球、这本书还是你的脚，都是由元素组成的。举个例子，你的脚主要是由氧元素组成的，再加上一些碳元素和氢元素，以及微量的其他几种元素。地球主要由4种元素组成，它们分别是铁、氧、硅和镁。这本书主要是由碳、氧和氢等元素组成的。这只是一个开始。在这本书里，我们将看到元素周期表内所有的118种元素。
元素周期表为什么是这种形状的呢？这并不是一个随机的巧合，也不是因为这样排列更好看。元素周期表的形状是由每种元素的原子决定的，确切地说是由原子中电子的排列方式决定的。
原子通常由3种不同的亚原子粒子组成，这些亚原子粒子分别叫作质子、中子和电子。对于某种特定的元素而言，它的每个原子的原子核里都有相同数量的质子。这个数字称为该元素的原子序数。比如，每个氧原子的原子核里有8个质子，因而氧元素的原子序数就是8。通常，每个原子里还包含不同数量的中子，但对于某种特定的元素而言，原子中含有的中子数不一定总是相同。此外，在围绕原子核的轨道上，你会发现电子的数量恰好等于原子核中质子的数量。
元素周期表正是按照原子序数来排列各种元素的，排列方式为从左到右，从上到下（有时一行之中会有一定的空隙）。第一行，在氢元素（原子序数为1）和氦元素（原子序数为2）之间有一个很大的空隙。接着往下看，下面两行里的空隙变小了一些。这种现象看似偶然，实际上并非如此。空隙的存在，让同一列中各种元素的原子的最外层电子数相同。而这些电子就是参与构成化学键的电子，直接决定这一列元素的化学性质。每一列元素或者相邻的几列元素会形成一个化学性质相似的族。让我们来看看这些族吧。
除氢外，第一个族（也就是元素周期表中最左边的那一列）中的元素称为碱金属元素。这些元素的共同特点是你把它们扔进湖水里时可能会发生很有趣的事情。也就是说，当你把一块碱金属（比如说钠，原子序数为11）扔进水中时，就能看到剧烈的爆炸。我说这可能会很有趣，是因为这取决于你的操作是否正确：结果可能是令人兴奋的，也可能是非常危险的。这就是化学，它足够强大，能做很多了不起的事情；但它也足够危险，能造成可怕的后果。如果你不尊重化学的力量，它就会狠狠地咬你一口。
第二族中的元素称为碱土金属元素。它们的性质与相邻的碱金属元素相似，但并不会发生爆炸。当你把它们丢进水里时，它们的反应会慢得多，也平静得多。
占据元素周期表中间位置的那几列元素称为过渡金属元素。当提及金属时，你可能会联想到一些坚硬的东西。没错，除了汞（原子序数为80）之外，所有的过渡金属确实都相当坚硬。它们是元素周期表的主力，从建造摩天大楼到制造飞机都会用到它们。
你注意到这几列元素的左下角有两个空缺的区域了吗？它们是为镧系元素和锕系元素预
留的。而下一个元素区块实际上包含了3类不同的元素。
在上图中，左下角红色三角形区域中的那些元素称为普通金属元素，右上角红色三角形区域中的元素称为非金属元素，而介于二者之间的橙色区域中的元素称为类金属元素，因为这些元素的有些性质像金属，有些性质不像金属。
元素周期表中右数第二列的元素称为卤素。这一族中的元素都特别令人讨厌，当它们独自出现的时候，其臭味和火暴脾气都是人所共知的。但它们与其他族中的元素结合在一起时，可以变成非常温和的东西，比如牙膏[1]和食盐。
[1] 这里指的是含氟牙膏中添加的氟化钠。——译者注
元素周期表中最右侧的那一列元素称为惰性气体（又称为稀有气体、贵族气体）元素，这听起来很花哨，对吧？这个名字源于一个事实：这些元素就像国王和其他王室成员一样，不会和平民混在一起。除了偶尔能和氟元素（原子序数为9）发生反应之外，它们几乎不会形成别的化合物。[2]
[2] 原文的意思是“不会形成任何别的化合物”，这种说法不准确，因为惰性气体元素形成的非氟化物确实存在，比如2017年发现的氦化钠。——译者注
有时候，你会看到一些元素周期表把镧系和锕系元素插入预留的空缺处。这样就会造成元素周期表变得非常宽。所以，在你通常看到的元素周期表里，镧系和锕系元素都是在底部单独排成两行的。
现在，你已经从整体上看过了元素周期表，也知道了各种元素是如何排列组合的。在本书接下来的部分，你将和这118种元素一一碰面。
合金：由一种金属元素与另一种或几种金属元素或非金属元素混合而成。
阳极氧化：让电流通过金属表面，从而形成一层坚硬的氧化物，起到保护金属的作用。
原子：由原子核（包含质子和中子）以及分布在围绕原子核的轨道上的电子组成的微小的物质粒子。每个原子都属于某种特定的元素，这是由其原子核中质子的数量来决定的。比如，拥有6个质子的原子就是碳元素的原子。质子的数量也称为该元素的原子序数。
化合物：含有两种或两种以上的元素，这些元素的原子按照特定的比例，以某种化学键结合在一起。（化合物和合金的区别在于，合金里各种元素的原子在数量上并没有固定的比例。）
电子：一种亚原子粒子（比原子要小），带有一个负电荷。电子能在原子之间形成化学键，从而组成化合物。
发射线：原子或化合物在被火焰或电弧等加热时所发出的具有特定波长（颜色）的光线。
半衰期：在某种放射性元素的样品中，一半原子发生放射性衰变所需要的时间。（衰变意味着原子核中的能量被释放出来。）在本书中，如无特别说明，半衰期均指某种元素的半衰期最长的同位素的半衰期。
惰性：抗拒参与化学反应的能力。
同位素：同一种元素中拥有相同的质子数而中子数不相同的原子。
中子：一种亚原子粒子，不带电荷。在绝大多数元素的原子核中都能找到中子。
矿石：从地下挖出来的原材料，可以通过化学或电解等方式转化为有用的材料。大多数矿石的主要成分是氧化物，比如铁矿石的主要成分是氧化铁，铝矿石的主要成分就是氧化铝。
氧化物：由氧元素和另一种元素所组成的化合物。
颜料：一类化合物的统称，它们具有特别的颜色，因而可以用于书写和绘画等。
质子：一种亚原子粒子，带有一个正电荷。一个原子所含有的质子的数量决定了该原子属于哪一种元素。这个数字又叫作该元素的原子序数。
反应活性：指某种单质或化合物参与化学反应的难易程度。活泼的物质可能意味着危险，因为它们遇到其他物质（包括你的皮肤和肺部细胞）时往往能迅速发生反应，并释放大量的能量。
超导体：一类材料，在一定条件下允许电流不受任何阻碍地通过它们。
氢气是所有气体中最轻的，甚至比氦气（氦元素的原子序数为2）还要轻。因此，氢气球会飘浮在空中。氢也是宇宙中含量最丰富的元素。太阳每秒要消耗6亿吨氢，并将其转化为5.96亿吨氦。是的，每秒消耗6亿吨，日夜不休。其中，400万吨的差额则按照爱因斯坦著名的质能方程E=mc2转化为能量。这就是太阳所发出的光和热，我们所有人的生存都离不开它。
▲ 按照质量来计算的话，可见宇宙中75%的物质都是氢。氢气通常是一种无色的气体，但大规模地存在于太空中的那些氢气实际上会吸收一些星光，从而创造出了壮美的景象，比如右图中的鹰状星云。这是由哈勃空间望远镜所拍摄的画面。
氦的名字来源于希腊神话中的太阳神赫利俄斯，因为人们发现它存在的第一条线索是太阳光谱中出现的那几根暗线无法用当时已知的其他元素来解释。这就让氦成为在地球之外发现的第一种元素。从那以后，人们常把它充进节日里的气球中。
▲ 氦气通常是一种无色的惰性气体（“惰性”意味着这种物质几乎不具有化学反应活性）。当电流通过氦气时，它会发出淡粉色的、奶油般柔和的光芒。
锂是一种非常柔软、轻盈的金属。它真的太轻了，甚至可以漂浮在水面上。锂用来制造锂离子电池，从而为各种电子设备（从手机到电动汽车）提供能量。
▲ 锂非常柔软，我们用普通的剪刀就可以在锂的表面划出痕迹来，比如右图中的这块金属锂。
铍是一种非常轻、非常坚固的金属，而且很耐腐蚀。当然，它也非常昂贵。铍用于制造导弹、火箭和宇宙飞船上的零部件。这时似乎就没有人关心成本问题了，主要考虑的是它那既坚固又轻盈的特性。
▲ 左图中这种经过粉碎、精炼的铍晶体通常会被熔化，再制造成导弹、火箭和宇宙飞船等上的那些既坚固又轻盈的零部件。
“硼”的发音就像“砰”，这个名字听起来有点好玩。尽管如此，硼其实有很多非常特殊的用途，我很确定。比如，正是它赋予了傻宝彩泥惊人的能力：这种彩泥捏起来很柔软，可以随便塑形，但当你把它扔到墙上时，它又显得很有弹力、很坚韧。硼元素可以形成碳化硼，也许有一天碳化硼会被证明比钻石更坚硬（钻石是人们在自然界中发现的最硬的物质）。
▲ 傻宝彩泥（Silly Putty）的弹性来自它的化学结构中硼原子的彼此交联。
