元素圖鑑

「這個世界，究竟是由什麼形成的呢？」
自古以來，人們一直在持續探究這個問題。

我們的身體，其他的動物和植物，空氣、海、地球，
地球上有生命和無生命的事物，以及宇宙中種類紛雜的物質，
都是由僅僅90種左右的元素所構成的。

這些做為基礎的元素，個個都很有個性，
它們依結合的對象或結合方式的改變，編織出了龐大的萬物。

本書訧是要將這些元素，以整理好扼要重點的文章，
和像美術館的展示品般美麗的多張照片，一一做介紹。

現在，就讓我們攤開這張「名為周期表的地圖」，
一起倘佯於閃亮亮的元素世界吧！

本書特色

1. 最美麗的元素照片，把整座元素博物館搬回家
不論是：表面覆上氧化膜而發出七彩光澤的鉍、在高壓放電下發出豔麗紅橘色光的氖、因為表面張力而形成圓滾滾球狀的汞、由六角片狀結晶堆疊而成的鎂結晶集合體、具有黑色光澤的非金屬結晶碘……
翻開《元素圖鑑》，彷彿置身閃亮亮的美麗元素世界，把整座元素博物館搬回家。

2. 簡單明瞭的文字說明，最生活化的實用範例
簡單而實用的案例說明，讓讀者看見生活周遭隨時都可見各種元素。
比如：
液晶螢幕是利銦錫氧化合物做成的，因為它能通電，而且做成薄膜會變透明。
太眼鏡或汽車的車窗玻璃中常添加了鈰，因為它可以強力吸收紫外線。
過去常使用鉛白做為化妝品，造成鉛中毒，後來才改用安全的氧化鋅白粉。
精用來製造菜刀或剪刀的精密陶瓷，材料中使用了鋯的氧化物。
隨手可見的光碟片的記錄層，是「銀－銦－銻－碲」合金。
報廢的數位相機、手機等電子機械中所含有許多稀有金屬，可稱為「都市礦山」。

3. 以視覺輔助記憶，強化認知，加深學習
不要再用死背、硬記的方法來背周期表了！
每一種元素都有其獨特的用途，透過精美的照片，加深印像，讓讀者能真正認識每一個元素，從而產生學習的好奇與興趣，自然而然就能輕鬆記憶，習得實用的知識。

4. 附贈：周期表書衣海報＋精美明信片
隨書附贈精美海報，正面是美麗的元素照片，背面是詳實的周期表，可以貼在牆壁上，隨時記誦。
另附贈閃亮亮明信片，一共四款，隨機出貨。

左卷健男

法政大學生命科學部環境應用化學科教授。1949年生。櫔木縣出身。千葉大學教育學部畢業。東京學藝大學大學院碩士課程結業（物理化學／科學教育）。在擔任中學、高中的老師26年後，曾任京都工藝纖維大學入學中心教授，從2004年起擔任同志社女子大學教授。2008年起擔任現職。編著有：《有趣到讓你睡不著的物理》、《有趣到讓你睡不著的化學》、《新的高中化學教科書》、《新的高中物理教科書》、《水什麼都不知道喔》等書。

田中陵二

公益財團法人相模中央化學研究所副主任研究員。1973年生。群馬縣出身。群馬大學工學部肄業。群馬大學大學院工學研究科博士後期課程結業。曾任群馬大學SVBL講師、科學技術振興機構研究員、原子力研究開發機構研究員等。日本自然科學寫真協會協會員。正職為高分子材料科學的研究開發，同時也進行拍攝近攝照片。著有《實驗室的可笑嗎？不好笑！事故實例集》一書。攝影照片經常提供給Nature Chemistry、德國化學會誌、國立科學博物館特別展《元素的不可思議》等。部分照片可以在網站「結晶美術館」（https://sites.google.com/site/fluordoublet/）閱覽。

譯者簡介
張東君

科普作家、推理評論家。台大動物研究所碩士、京都大學理學研究科博士候選人。與老爸是台大動物系第一對父女檔校友。曾任公共電視節目「奇妙的動物」主持人。現任臺北動物園保育教育基金會秘書組組長，餘暇從事科普寫作及翻譯、口譯。著有《動物勉強學堂》、《象什麼》、《青蛙巫婆動物魔法廚房》等，目前著譯作近九十本。第五屆吳大猷科學普及著作獎少年組特別獎翻譯類得主。

審校
朱佳仁

自主學習促進會理事長。國立清華大學化學系畢，美國賓州大學課程與教學碩士。曾任種籽學苑數學與自然教師、自主學習實驗班理化與地科老師、中華少年成長基金會自然老師。

後記

支撐我們生活的「機」
不論是誰，應該都有聽過「有機物」和「無機物」的詞吧。雖然這聽起來就是「機」的有或無，但是這個「機」究竟是指什麼呢？其實「機」就是指「生命力」。
過去的想法是認為有機物是「以生物的生命活動來製造的物質＝人類無法製造」。
但是在那以後，隨著有機物的構造等逐漸被解明之後，被認為以人為手法不可能製造的物質，也可以在實驗室及工廠中大量被製造出來了。
這樣一來，就無法只以「生物的生命活動」來區別有機物與無機物之間的差別。有必要重新下一個定義。

現在是將有機物定義成「以碳為骨架，並包含氫或氧等的物質」。在蒸烤有機物時會得到碳，燃燒時會產生二氧化碳，就是由於有機物含有碳所致。
碳與氫和氧都是非金屬元素。現在一般認為物質有5,000萬種以上，而這些幾乎都是有機物。換句話說，在一百一十多個元素之中雖然只有16個非金屬元素，但是它們卻構成了這麼多的物質。
在這其中也有許多不是天然存在的有機物。衣服的化學纖維、使用在各種材料中的塑膠等都是如此。這樣一來，就知道「有機物」到底有多重要了吧。
以有限的元素製造出來的「有機物」這種物質。我們正是被它們包圍著，過著豐碩的生活。

世界正在走向「製造元素」的時代
出生於義大利的美國物理家塞格雷（Emilio Gino Segrè），用加州大學的加速器，將氫的原子核加有中子的氘照射到鉬上去。鉬有42個質子。這是基於若是鉬的原子核再加1個質子的話，就能夠製造出有43個質子的原子序43的未知物質所致。
而後到了1937年。終於，他製造出長年無法發現的元素。由於原子序43的物質是人工製造的第一個元素，於是就將它命名為「鎝」。就像這樣的，使用加速器之後，就有許多元素被製造出來了。比鉕（原子序61）及鈾（原子序92）的原子序大的元素幾乎不存在於自然界中。讓阿法粒子、質子、氘（氫的同位素，質量素為2）、中子等跟粒子撞擊所製造出來的人造元素，全部都具放射性。

這真的可說現代是從「發現元素的時代」，到了「製造元素的時代」。
新元素要是經由IUPAC（國際純粹與應用化學聯合會）認定其存在，就會授予發現者命名權。
接在2010年被認定的原子序112的鎶之後，原子序114及116的鈇與鉝也在2012年被認定。未認定的原子序113的元素，是日本的理化學研究所在2004年發現的，大家都很期待它被認定為源自日本的新元素。

Hydrogen 氫
氫在常溫下是無味無臭、無色透明的氣體，比空氣要輕上許多。照片拍的是被導入水中的氫氣。氫氣幾乎不會溶解於水。
原子量 1.008
熔點 -259.1℃
沸點 -252.9℃
源自於希臘文的hydro（水）＋gennao（產生），表示「產生水的東西」之意。

元素是從大霹靂開始的
一般認為在距今大約150億年前，現在宇宙裡的所有東西，全都是聚集在同一個地方的。宇宙的初始，是源自於原本聚集在那個地方的東西碎成片片飛散各處的，稱為「大霹靂（Big Bang）」的大型爆炸。在宇宙誕生的1000分之1秒後，膨脹後又冷卻的宇宙中，夸克（quark）因膠子（gluon）而被結合在一起、質子與中子誕生。質子是氫的原子核。在宇宙誕生後，最先被製造出來的是氫的原子核。在3分鐘後就四散的質子跟中子結合在一起，製造出氘、氦、鋰等的原子核。這就是大霹靂元素合成。

在大霹靂時最先誕生、宇宙中最多的元素
宇宙中充滿了氫，次多的是氦（質量比約為8％，請參照第18頁），除此之外都只有一點點而已。
附帶要說明的，是現在我們生活周遭的各種原子序大的元素，都是在恆星中被製造出來的。在夜空中閃耀的星星，是因為氫轉換成氦時的核融合反應而發出光輝的。當氦累積到一定程度之後，就換成是氦開始核融合反應。比太陽重的星星，會連碳、氧、氮也開始產生核融合反應。
在星星之中，可以製造元素到原子序為26的鐵為止。由於鐵的原子核極為安定，在恆星中並不能合成出比它還要大的元素。原子序比鐵大的元素，是在超新星爆炸時被製造出來。
在宇宙的高真空中，氫是以單獨的原子狀態漂浮著。在被視為宇宙初始的大霹靂之中最先大量形成的是質子（氫原子核），經過70萬年左右宇宙冷卻，質子和電子連結在一起就形成了氫原子。在像地球這種具有某種程度的壓力的環境之中，氫則是以氫分子的狀態存在。

太陽的能量來源
在持續釋出莫大能量的太陽中，產生的是4個氫原子融合、製造出1個氦原子的核融合反應。1個氦原子的質量，比4個氫原子的質量少了大約0.7％，這些消失的質量被變換成能量，成為太陽的能量來源。

在氣體中是最輕的
氫是最輕的氣體。密度（單位體積的質量）約為每公升0.09公克，若是把空氣當成1，它的比重會是0.07。雖然接在氫之後重量次輕的是氦，但是它的重量卻比氦輕了2倍左右。從前氫被用來使用在讓飛船漂浮，可是由於發生了一些爆炸、燃燒等的意外事故，後來就改成用氦來讓飛船漂了。

興登堡號爆炸事故
在使用氫的飛船爆炸、燃燒事故之中，最有名的是於1937年5月6日在美國紐澤西州萊克赫斯特（Lakehurst）海軍機場發生的德國飛船興登堡號（Hindenburg）爆炸、燃燒事故。機組員加乘客共35人、地面上的作業員1人因此而死亡。在檢視這個爆炸事故的動畫影像時，看得出興登堡號並不是從內部一口氣發生爆炸，而是火燄在一瞬間就把飛船的外皮給燒個精光。
1997年NASA的職員發表了一份報告，指出直接引發火災的是塗在船身外壁上的塗料。他的主張是當時為了要保護興登堡號的外部覆蓋材料不受太陽光及大氣的影響，就塗上了含有氧化鐵及鋁粉等易燃材料的塗料。而後由於靜電引發的火花引火燃燒，讓飛船的船身表面整體產生激烈的反應，於是在轉瞬之間就整個燒起來了。

氫在燃燒之後會變成水
氫在燃燒之後就會變成水。大家在化學課中，有沒有做過把鋅投入稀鹽酸中，以便製造氫的實驗呢？
把氣體收集到試管中，把內含氫氣的試管口朝下，點火之後就會發出碰或是咻般的爆炸聲，或是在試管口的附近會有無色的火燄在燃燒。有時候不是收集了氫氣的試管，而是在發生氫氣的地方會著火，導致容器爆炸、碎玻璃四散亂飛的意外事故。這是由於在空氣中含有4〜75％的氫的混合氣體，只要一點火，就會立刻產生爆炸性的反應所致。
氫在燃燒之後就會變成水。在劇烈反應後也會產生水。在這時會發生氫H2＋氧O2→H2O的反應。由於這個反應會釋出非常大的化學能量，所以氫氧焰（火焰的溫度通常約為2,500℃，依條件的設定還可以達到3,000℃）能夠被用來熔接或切斷金屬，或是當成火箭的液體燃料。
目前氫以其能夠成為次世代能源的燃料電池燃料而受到注目。假如搭載有這種燃料電池的汽車真的在路上奔馳的話，從排氣管排放出來的就會是水蒸氣或水了。
在地球上的氫，通常是以跟氧結合成為水的形式而大量存在著。