不可不知的元素知识

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  一、元素周期表有没有终点?
  从1937年起,人们用人工合成法合成了近20种元素,元素周期表的尾巴越来越长了。当时有人预言,105号元素该是周期表的尽头了吧,其理由是核电荷数越来越大,核内质子数越来越大,质子间的排斥力将远远超过核子间的作用力,导致它发生蜕变;然而不久,又陆续合成了106~109号元素,这些元素存在的时间很短,如107号元素半衰期只有2微秒,照此计算,周期表是否到尽头了?
  从1969年起,理论物理学家从理论上探索“超重元素”存在的可能性,他们认为具有2、8、14、28、50、82、114、126、184等这些“幻数”的质子和中子,其原子核比较稳定。也就是说,随着原子序数的递增,其原子核不一定不稳定。因此在109号元素之后还可能合成一大批元素,这样一来,第七周期32种元素将会被填满,第八周期的50种元素也将被填满。
  然而理论的唯一检验标准是实践,能否合成新元素至今还是一个谜,科学家将上天(如到月球)入地(如海底)或反复在粒子加速器中进行实验,企图合成新元素,其结果如何,人们正拭目以待。
  有趣的是,有些科学家提出元素周期表还可以向负方向发展,这是由于科学上发现了正电子、负质子(反质子),在其他星球上是否存在由这些反质子和正电子以及中子组成的反原子呢?这种观点若有朝一日被证实,周期表当然可以出现核电荷数为负数的反元素,向负向发展也就顺理成章了。
  如此看来,元素周期表将永无止境啦。
  
  二、人体必需元素和非必需元素
  迄今,在人体中发现的元素已有50种左右,可分必需元素和非必需元素两大类。
  l.必需元素 必需元素是指人体新陈代谢或生长发育必不可少的元素,可以分为两类。一类叫宏量元素,是指每天撮入0.04g以上,且占人体0.05%以上的元素。宏量元素有11种,总计占人体体重的99. 95%,它们是氧、碳、氢、氮、钙、磷、钾、硫、钠、氯和镁。其中氧、碳、氢和氮四种元素占人体总重的96%,其余7种占人体的3.95%。一类叫微量(痕量)元素,指每天摄入量在0.04g以下,目前已确定的微量元素有铁、锌、铷、锶、氟、铜、硼、溴、碘、钡、锰、硒、铬、钼、砷、钴、钒等(镍、碲等尚未确定),这些元素约占人体0.05%。
  2.非必需元素非必需元素就是人体不需要的元素,也可分两类。一类虽然是人体的新陈代谢或发育生长不需要的,但是人体摄入少量后,不会产生严重病理现象,常称无害元素,如铋等。另一类,不仅人体不需要,而且摄入微量就会出现病态或中毒症状,常称为有害元素或有毒元素,如汞、镉、铅等。
  必须指出的是,有人对有毒元素和微量元素的作用混淆不清,将有毒元素称为微量元素,这是错误的!同时,不可把微量元素称为有毒或有害元素。下面举两例加以说明:
  硒是微量元素,在人体内有抗细胞老化、抗癌等重要功能。如果缺硒就会导致心肌病变、贫血等疾病,所以人体不可缺少它。但是,人体含硒量如果过高也会引起恶心腹泻和神经中毒,如每天硒摄入量超过0.0001g,人就会中毒甚至死亡。砷也有类似情况,尽管硒和砷的化合物剧毒,人体需要量极少,但绝不可称它们为有毒元素。
  镉是有害元素,常混于铜、锌等的矿物中,在冶炼过程中进入废渣,经雨水冲刷进入河( 湖)水被动植物吸收,造成镉污染。镉进入人体后就会跟人体蛋白质结合成有毒的镉硫蛋白,危害造骨功能从而造成骨质疏松、骨萎缩变形、全身酸痛等。日本神通河两岸的骨痛病,镉就是罪魁祸首!1972年世界卫生组织宣称,人体缺乏排镉功能,每日摄入量应为零,即不可摄入镉,因此,不要因为在人体内检测到镉而误认为镉是微量元素。
  
  三、因为太活泼所以最难找到的非金属元素——氟
  在化学元素史上,参加人数最多、危险最大、工作最难的研究课题,莫过于氟元素的发现。自1768年德国化学家马格拉夫发现氢氟酸以后,到1886年法国化学家莫瓦桑才制得单质氟,历时118年之久。在这当中不少化学家损害了健康,甚至献出了生命,可以说,氟的发现史是一段极其悲壮的化学元素史。莫瓦桑把盛有液体氟化氢和氟化钾的混合物的U形铂管浸入制冷剂中,以铂铱合金作电极,用荧石制的螺旋帽盖紧管口,管外用氯化甲烷作冷冻剂,将温度控制在-23℃,进行电解,终于在1886年第一次制得单质氟。
  常温下,氟几乎能与所有的元素化合:碱金属在氟气中会燃烧,甚至连黄金在受热后也能在氟气中燃烧!非金属硅、磷、硫等同样可在氟气中燃烧。例外的只有铂,常温下不会被氟腐蚀(高温时仍被腐蚀),因此,电解法制取氟时,用铂作电极。
  在铀的所有化合物中,只有氟化物具有挥发性,因此氟在原子能工业中有着重要用途,可用来提取铀-235。
  在工业上,氟用来制造聚四氟乙烯。聚四氟乙烯具有极好的耐腐蚀性能,即使是浸在王水中,也不会被腐蚀,还能耐250℃以上的高温和-270℃的低温。
  如果你把氢氟酸像盐酸一样装在玻璃瓶里,过一会儿,整个玻璃瓶都会被它溶解掉!利用氢氟酸能腐蚀玻璃的特性,可在玻璃上雕刻出美丽的花纹。氢氟酸应装在聚乙烯塑料瓶里。
  在人体中,氟主要集中在骨骼和牙齿,特别是牙齿,含氟达万分之二。氟化锶、氟化钠对乳酸杆菌有显著的抑制能力,常被用来制造防龋牙膏。
  
  四、神秘而又充满智慧的元素——磷
  关于磷元素的发现,得从欧洲中世纪的炼金术说起。那时候,欧洲盛行炼金术,据说只要找到“哲人石”,便可以点石成金,让普通的铅、铁变成贵重的黄金。炼金术家仿佛疯了一般,采用稀奇古怪的器皿和物质,在幽暗的小屋里,口中念着咒语,在炉火里炼,在大缸中搅,想方设法地寻觅点石成金的哲人石。1669年,一位叫布朗特的德国商人在强热蒸发人尿的过程中,没有制得黄金,却意外地得到一种像白蜡一样的物质,在黑暗的小屋里闪闪发光。这从未见过的白蜡模样的东西,虽不是布朗特梦寐以求的黄金,可那神奇的蓝绿色火光却令他兴奋得手舞足蹈。他发现这种绿火不发热,不引燃其它物质,是一种冷光。于是,他就以“冷光”(拉丁文名称Phosphorum)的意思命名这种新发现的物质为“磷”,化学符号是P。
  人体里约有一公斤左右的磷,骨头的主要成分是磷酸钙,人的大脑中有磷脂(因此有人称磷为“生活和智慧元素”),人的肌肉和神经中也有一些磷的化合物,所以,如果人体缺磷,那将是无法想象的。人、动物的尸体腐烂时,身体内所含的磷以联磷等磷的氢化物的形式冒出,磷化氢在空气中易自燃,发出淡绿或浅蓝色的光,这就是人们常说的“鬼火”。由于磷化氢是气体,在空气中飘忽不定,所以,有时看到“鬼火”忽闪忽闪的。2010年襄阳南漳出现的“鬼屋”道理就在于此。
  第二次世界大战时,德国法西斯入侵法国,占领了法国北部的工业、文化名城里尔。里尔中心学校里驻满了德国鬼子。他们干扰学校的正常秩序,而且对里尔市民欺压迫害,这一切使学生们非常憎恨德国鬼子。聪明的学生们想出了惩罚德寇的好办法,于是制出了一些圆筒筒。有一天早晨,德国鬼子装好军火准备南运,去食堂吃饭时,学生们举行了一场足球赛,老是把球踢出边线,球一个劲往装军火的车下钻,他们则利用捡球的机会,神不知鬼不觉地将做好的圆筒筒系到汽车底下。吃饱了早饭的鬼子出发了,不一会儿,就消失在公路尽头,忽然,远方传来沉闷的爆炸声,“轰——轰——轰。”炸毁德军车的“秘密武器”到底是什么呢?学生们制造的“土定时炸弹”运用了什么原理呢?第一,它利用了白磷燃点低的原理,白磷在40℃条件下就能自燃;第二,它利用了二硫化碳这种液体在常温下容易挥发的特性。
  白磷燃烧弹是非常厉害的燃烧弹,沾到皮肤上的话很难及时去除,燃烧温度又高,可以一直烧到骨头,同时产生的烟雾对眼鼻刺激极大(简直就是生不如死)。最初美国人用它对付在太平洋诸岛工事里的日本人,非常有效。因为技术含量低,各国军队基本都有。以色列曾经在2006年黎巴嫩战争中使用白磷弹,这引发了国际社会的忧虑,遭到了强烈谴责。
  
  五、人体健康必需的重要元素——镁
  最早制得镁的是英国的化学家戴维,他于1808年用钾还原氧化镁得到了少量的镁。
  人体内到处都有以镁为催化剂的代谢系统,镁几乎参与人体所有的新陈代谢过程,其中有一百个以上的重要代谢必须靠镁来进行。在人体细胞内,镁是第二重要的阳离子(钾第一),具有多种特殊的生理功能:能激活体内多种酶,抑制神经异常兴奋性,维持核酸结构的稳定性,参与体内蛋白质的合成、肌肉收缩及体温调节,影响钾、钠、钙离子细胞内外移动的“通道”,并有维持生物膜电位的作用。
  下列情况可导致人体缺镁:
  1.蔬菜短缺、蔬菜摄入量不足或者蔬菜加工程序复杂致使蔬菜中镁含量大减。
  2.经常食用磷过剩食品,如:肉、鱼、蛋、虾等,动物蛋白食物中的磷化合物能使肠道中的镁吸收困难,而这些磷过剩的食物却是我们推祟的高蛋白营养物。
  3.靠雪水生活的地区,经常饮用“纯水”的人们。“纯水”包括蒸馏水、太空水、纯净水,这些水固然纯净,但它在除去有害物质的同时,也除去了包括镁在内的有益营养物质。(人体摄入的镁约60%由含有镁离子的饮用水提供。)
  4.饮酒、咖啡和茶水中的咖啡因也会使食物中的镁在肠道吸收困难,造成镁排泄量增加。
  5.食用食盐过量也会使细胞内的镁减少。
  6. 身心负荷“超载”引起应激反应,可使尿镁排泄增加。
  消除了影响人体缺镁的因素,人们只要做到多吃绿色蔬菜(最好能生吃蔬菜或空腹喝新鲜菜汁);常喝较硬的水,如自来水,矿泉水等;多食一些富镁食品,如各种麦制面粉、胡萝卜、莴苣、豆类、果仁等,人体就可获得镁的正常需要量。
  
  六、钨——现代工业的基础元素
  钨,周期表第VI副族元素,原子序数是74,钨是熔点最高的金属,高达3410℃。白炽灯、碘钨灯和真空管中的灯丝,都是用钨丝做成的。
  1783年,西班牙的两位化学家德鲁亚尔兄弟从瑞典的一种黑褐色的矿石中得到了钨酸,将钨酸和木炭粉末的混合物放在一只密封的泥制坩埚中高温灼烧。灼烧完毕,待坩埚冷却,将盖移去,发现坩埚中生成一种黑褐色的金属颗粒。用手指一碾就成了粉末,在放大镜中观察,是一些有金属光泽的颗粒,这便是金属钨。
  钨的最重要用途之一就是用它制备具有超硬性能的硬质合金,其用量占整个产量的50%。第二个重要的用途是作为钢和有色金属合金的添加剂。钢中含有钨时可使钢的回火稳定性、红硬性和抗腐蚀能力大大增加,钨产量的20%以上是用于这方面的。钨的另一重要用途就是在火箭、导弹、返回式宇宙飞船以及原子能反应堆等尖端科学上的应用。
  
  七、微量元素的明星——钼
  元素符号Mo,位于周期系VIB族,原子序数是42,是高熔点稀有元素。
  钼是抗癌明星。许多癌症都与缺钼有关,如食管癌、肝癌、直肠癌、宫颈癌、乳腺癌等。钼是目前二、三过渡系列元素中唯一的生物体必需的微量元素,近年来又发现钼是大脑必需的七种微量元素(Fe、 Cu、Zn、 Mn、 Mo、 I、 Se)之一。缺钼可导致神经异常,智力发育迟缓,影响骨骼生长,更为严重的是在一些低钼地区食管癌发病率高,机体内外环境中的钼水平与食管癌的死亡率呈负相关,补钼后能降低食管癌的发病率,所以人们认为钼是一种抗癌元素。由于钼具有高度特殊的生理生化功能而成为微量元素的明星,是当前生命科学研究的热点。
  钼是固氮明星。氮是生命的基础,氮的各种氧化物在自然界存在着巧妙的循环。在由空气中的氮转化为氨的固氮作用及由硝态氮(NO3-、NO2-)转化为铵态氮(NH4+)的过程中,必须有钼存在。因为钼是多变价元素,它通过多种钼酶参与生物体内氧化还原反应,含钼的固氮酶与硝酸盐还原酶起了神奇的催化作用,是这些钼酶推动着自然界周而复始的氮循环,保持着生态平衡,使生命得以延续。
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