作者：美丽科学
出版社：人民邮电出版社
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嗨！元素 元素使者和化合物精灵试读：
前言
首先感谢您购买这本《嗨！元素：元素使者和化合物精灵》。本书是美丽科学出品的“嗨！元素”系列中的一本科普读物，该系列还包括漫画故事《嗨！元素：元素星球奇遇》、四格Q版漫画《嗨！元素小剧场》以及元素使者表情包等。
在“嗨！元素”的世界中，生活着一群元素使者，他们具有操控元素的能力，并且不同的元素使者可以联手召唤出对应的化合物精灵。元素使者与他们的好帮手化合物精灵共同维持着这个世界的秩序。“嗨！元素”系列的特色是用孩子们喜爱的漫画形式，将看似枯燥的科学知识融入生动有趣的插画和故事中，激发孩子们的想象力和对科学的好奇心。同类作品在目前的图书和漫画市场上是不多见的。
关于本书
目前，人们已经发现的化学元素有近120种，其中元素周期表中的前92种元素是自然界中存在的，它们构成了地球上的万物，特别是包括人类在内的所有生命形态。了解元素的基本性质会让孩子们用一种全新的视角看待周围的世界，也会为他们今后学习化学、物理、生物以及天文学等奠定良好的基础。《嗨！元素：元素使者和化合物精灵》全书分为两章。第1章通过精心设计的元素使者形象、生动的插画和诙谐幽默的文字，介绍了元素周期表中前20种元素的主要性质。虽然还有大量元素没有出现在本书中，但书中的这些内容已经涵盖了元素大家族的许多主要性质，这20种元素也是初中阶段的化学课程需要学习的主要元素。其他一些常见的元素，比如铁和铜等，则会在“嗨！元素”系列的后续作品中出现。元素使者形象插画与简单的设计理念说明表现元素主要性质的插画简洁的文字说明有趣的Geeky文字
在第2章，我们选择了由这20种元素构成的80种化合物，并将它们分为食物、医药、日常、农业、工业、生命、宝石、科技八大类进行介绍。化学的一个迷人之处在于，大自然和人类用有限种类的化学元素，创造了不计其数、性质各异的化合物。但这个迷人之处也可能成为孩子们今后学习化学的难点。为了解决这个问题，我们根据化合物的性质，为每一种化合物都设计了可爱的卡通形象。在“嗨！元素”的世界中，这些形象正是元素使者召唤出的化合物精灵。
我们希望孩子们会爱上这些可爱的元素使者和化合物精灵，让他们陪伴孩子们今后的学习和生活。美丽科学“嗨！元素”小分队请大家关注“嗨！元素”微信、微博、腾讯动漫等第1章元素
化学元素简称元素，是组成物质的基本成分。目前已经发现的元素不到120种，其中元素周期表中的前92种元素是自然界中存在的，后面的20多种元素是科学家在实验室中合成出来的，新的元素也可能继续被合成出来。但神奇的是，前92种元素就构成了浩瀚宇宙乃至地球上的万物，包括我们人类。
元素和宇宙的起源有着密切的关系。目前的研究认为，宇宙大爆炸过程中生成了氢、氦等轻元素，其他一部分重元素是通过恒星内部的核聚变产生的。一些恒星衰老时变为超新星，这一过程中星体的温度升高，压力增大。在高温高压下，元素进一步聚变，生成更重的元素。
除了名称之外，元素还具有符号，一般选取元素拉丁文或希腊文名称的首字母或两个字母作为元素符号，例如氢（Hydrogen）的元素符号是H，锂（Lithium）的元素符号是Li。众多的元素符号构成了一套独立的化学语言，可以为全世界所通用，避免了不同语言交流不便的问题。
本章选取了元素周期表中的前20种元素进行介绍，它们是大家在了解和学习化学时最早接触到的元素，也能够体现出元素家族的大多数性质。在设计这些元素使者形象的时候，我们也考虑了元素之间的共同点，比如元素分为金属和非金属两类：金属元素就被我们设定为机器人；非金属元素分为人族（人体内含有的元素）和妖族（不存在于人体中的元素和氯），其中通常以气体存在的元素，其形象又会带有翅膀或者具有飘浮感。氢（H）
氢是宇宙中含量最多的元素，你几乎可以在每一颗星星上找到它。
氢是最轻的元素，因此身材娇小。
氢原子只有一个电子。
氢是组成水的元素之一，水汇聚成蓝色的海洋，因此氢的裙子是蓝色的。
氢（H）元素位于元素周期表首位，是周期表中最轻的元素。氢2单质在自然界中一般以氢气（H）的形式存在，它无色无味，高度易燃。氢气是已知最轻的气体，曾被译作“轻气”。也是由于氢气太轻，可极易从地球表面逃逸，因此空气中氢气的含量很低。然而，氢是宇宙中含量最多的元素，它遍布于宇宙的各个角落。
氢是生命存在必需的元素，为地球生物的生存提供了多重保障。它也是组成宇宙的元素，是恒星和巨行星的主要成分之一。具体来说，氢是组成太阳的主要元素，通过核聚变反应为太阳源源不断地提供能量，没有它，地球将失去光和热，万物也将无法存活。此外，氢和氧2组成水（HO），水是生命之源，是包括人类在内的所有地球生物维持生命所需的最基本物质。
氢气虽然无毒，却是一种异常危险的气体。这是由于氢气易燃，2它与空气中的氧气（O）混合点燃极易发生爆炸，并且火花、高温甚至阳光均可引发爆炸，造成严重危害。然而氢气的燃烧产物只有水，若能够控制氢气较为温和地燃烧，可将它作为一种清洁能源使用。此外，虽然自然界中氢气的储量很低，但很多工业反应都会生成作为副产品的氢气，因此氢能逐渐成为目前的新兴能源。不过由于氢气易燃易爆，存储和运输还存在很多问题，目前氢能暂未得到广泛应用。
在水溶液中或熔融状态下，化合物可以发生电子转移并产生自由离子，这一过程称为电离。相比于得到电子，氢更容易失去电子变为阳离子。若含氢化合物在水溶液中电离出的阳离子全为氢离子，则这种化合物被称为酸。需要注意的是，化学中所说的强酸，是指该物质在水溶液中释放氢离子的能力强，而不是指其味道特别酸。
氢气球的进气口就算扎得再紧，依然会漏气，这是为什么？
这是因为氢气球主要是橡胶材质，被氢气撑大后类似薄膜材料，虽然肉眼看起来是密封的，但从微观上看是有间隙的，并且这个间隙比氢气分子要大得多。若气球内的氢气压强大于外部的空气压强，气球内的氢气就会在压力作用下通过气球的表面间隙慢慢扩散出去，这就是为什么扎得特别紧的气球依然会漏气。此外，气球橡胶材料的间隙也比氦气分子大，因此氦气球也会漏气。只有改变气球的材料，减小甚至消除间隙，才会有不漏气的气球存在。
如果在液氢中游泳会发生什么？
正常情况下，考虑到液氢存在的温度极低，真要游泳的话我们很快就被冻死了。如果设定不会被冻死，由于液氢的密度非常小，约为人体密度的1/14，我们在液氢中是不可能浮起来的，只能考虑潜泳。当我们潜入液氢中，体表的相对高温会使接触到的液氢蒸发，若是室内游泳池，氢气会慢慢聚集到屋顶，同时将室内的空气挤走，人会因缺氧而出现窒息的状况。而在这个窒息过程中，随着氢气分压的增大，人会先出现麻醉现象，继而慢慢死亡。所以，为了生命安全，还是不要考虑在液氢里游泳了。
同样是核聚变反应，为什么太阳里发生的反应和氢弹爆炸带来的感受完全不同？
太阳和氢弹中的核聚变反应给我们的感受不同，一方面是由于太阳离我们比较遥远，我们很难感受到反应的威力；另一方面，两者的反应原理确实有所区别。
太阳中的核聚变反应只发生在温度和压强都极高的核心区域。离太阳核心较远的区域并不参与核聚变反应，只是作为将内部能量传递出去的介质。
此外，太阳本身具有负反馈调节机制。当核心区域的核聚变反应加快时，该区域的温度上升，压强增大，核心会向外膨胀，这样又会使得温度降低，压强减小，从而减缓反应速率，反之亦然。由于这种负反馈机制的存在，太阳得以稳定地燃烧。
与太阳不同，氢弹的爆炸过程分为两步。它利用初级装料铀-235裂变产生的巨大压力，使得次级装料向中心压缩，并利用次级装料外层的铀-238维持高温高压，引发内部氢的同位素氘等轻原子核发生聚变反应。这是一个瞬间完成的过程，因此氢弹“Boom”一下就炸了。氦（He）
氦气是稀有气体的一种，稀有气体也被称为惰性气体、贵族气体，因此她的脖子上戴着贵族专属的拉夫领。
氦气被广泛用于填充气球及飞艇等。
氦气在高压电场下发出橙红色光芒，为了与氖气区别开，我们把氦的颜色设计成偏洋红色。
与氢类似，氦（He）单质也是一种无色无味的气体。不同的是，氦也许是所有元素中最不活泼的元素，几乎不与任何元素发生化学反应，因而被称为惰性气体。此外，氦在宇宙中的含量仅次于氢。有趣的是，它在地球上的含量却极少，也被叫作稀有气体。这是由于氦气的密度很小，仅比氢气重，而它又极难生成化合物滞留在大气层，因此成为最易从地球表面逃逸的气体。
液氦是目前已知沸点最低的液体，可以制造接近绝对零度的低温环境，也是极少能够为超导材料提供低温超导环境的物质。若没有它的帮助，低温物理领域的研究则会极为麻烦。液氦也用于医院的核磁共振扫描仪中，因为核磁共振需要超导磁体制造强磁场，而超导磁体所需的低温环境需要液氦的协助。带你玩耍带你飞
由于氦气极轻且不能燃烧，安全性良好，因此被广泛用于填充飞艇及气球，也被用作很多反应的保护气体。但是，氦气不像氢气22（H）可由工业反应获得，也不像后面将会提到的氮气（N）等可以从空气中分离取得，氦气的来源主要依靠分离地下天然气。而当这些困于地下的氦气重见天日后，若未妥善存贮，它们又将缓慢地扩散至宇宙中。
可以在液氦中玩漂流瓶吗？
液氦的密度非常小，如果想利用漂流瓶传递消息的话，需要一个巨大的漂流瓶才能在液氦中漂浮起来。但就算这样，液氦中的漂流瓶还存在其他问题。在低于-270.98℃的低温环境中，液氦会变成超流体，超流体没有黏性，流过任何东西都不会受到阻力。这意味着它会慢慢沿着漂流瓶壁往上“爬”，再从瓶口的缝隙中慢慢“爬”进漂流瓶，最终它会彻底“入侵”漂流瓶。
为什么吸入氦气后就能像唐老鸭一样说话声音又尖又细？
人之所以能发出声音，是靠声带以及口腔的共鸣。氦气的密度与空气不同，声音在氦气中的传播速度是在空气中的3倍，共鸣频率更高，所以吸入氦气之后人的嗓音听起来变得尖细。虽然这一过程听起来很好玩，但这样做其实很危险。吸入较多的氦气会妨碍呼吸系统吸入氧气，从而造成人体缺氧，可能引发眩晕，甚至出现死亡事故。
为什么医院在核磁共振检查中严禁带入金属物品？
为了弄清楚这个问题，首先我们来了解一下核磁共振检查的原理。人体内的水分布在各种组织里，不同组织中水的含量不同。核磁共振检查能够通过识别水分子中的氢原子信号，进而通过探测水的分布情况来探测人体的内部结构。这一过程需要在人体周围营造强磁场环境，这种环境是由超导磁铁来实现的。而超导磁铁在极低的温度下才能工作，需要依靠液氦才能确保它的正常运作。也就是说，医院的核磁共振仪器中都有液氦。
我们已经知道了核磁共振的原理，也就不难理解为什么检查室严禁带入金属物品了。金属物品会干扰磁场，这种情况下获得的图像不够准确。更严重的是，在强磁场存在的情况下，金属物品会被吸附到仪器上，不仅会造成仪器损坏，也有可能导致人员伤亡。有一次，上海市肺科医院的一名病人做核磁共振检查时，家属偷偷把轮椅推进了检查室，金属轮椅立刻就被吸附到了仪器上，多名壮汉合力才把轮椅拉下来，幸好患者没有受伤，但仪器却损坏了。锂（Li）
锂是最轻的金属，也是最佳的航空航天燃料。
锂可用于制造锂离子电池。
氧化锂釉层可以增强陶瓷材料的物理性能。
金属锂的焰色反应为洋红色。
不同于元素周期表前两位元素的单质均为气体，锂（Li）单质为柔软的银白色金属。它的密度非常小，是非气态单质中最轻的物质，可以漂浮于最轻的矿物油表面。它的化学性质很活泼，与很多元素均能发生反应，与水的反应相对剧烈。
因此，金属锂一般封存于固体石蜡或稀有气体中。另外，不同于氢与氦，锂元素在宇宙中的含量很低。
锂元素众所周知的一个用途就是制造锂离子电池，这种电池主要依靠锂离子在正极和负极之间的移动来工作，电池中并不包含锂金属单质。锂离子电池是目前最常见的可充电电池，广泛用于手机、计算机等电子产品中。与传统的镍镉电池或镍氢电池相比，锂离子电池无记忆效应，可随时充放电而不会对电池造成不良影响。
生物体内含有极少量的锂，但该元素并未显示出明确的生理作用。金属锂则对人体具有一定毒性，可引发急性中毒。23
有意思的是，碳酸锂（LiCO）等部分含锂化合物可作为精神药物使用，主要用于治疗躁郁症，对于分裂情感性障碍及循环型单相抑郁症也有一定的效果。这是因为锂离子具有安定情绪的作用，但其中具体的作用机理目前尚不清楚。2
氧化锂（LiO）在陶瓷和玻璃制造领域有着极为广泛的应用，它与锂离子电池并驾齐驱成为含锂化合物最重要的两种工业应用。氧化锂可以用作硅生产过程中的助熔剂，有助于降低体系熔点和黏度。含有氧化锂的釉层可以增强陶瓷的物理性能，降低材料的热膨胀系数，因此广泛涂覆在适用于烤箱的陶瓷餐具表面。
锂是最轻的金属，也是用作航空航天燃料最佳的金属之一。用锂或其化合物制成的固体燃料，自身质量轻，产生的推动力大，有助于增加火箭、导弹或宇宙飞船的航程。此外，在纯铝中掺入少量锂形成的铝锂合金既轻便又坚硬，常被用于制造航天器的某些部件，这样可以大幅减轻这些部件的质量。
锂元素为何频频出现在摇滚作品中？
很多摇滚作品里都会出现“Lithium（锂）”这个词，这主要是缘于锂元素能够治疗抑郁症。摇滚歌手算是抑郁症的高发群体，因此他们对于锂元素有着不一样的感情，也常常把锂元素写进歌里。例如美国Nirvana乐队一首名叫《Lithium》的歌中就有着“And I'm not scared．Light my candles in a daze cause I've found god”，这里的“god”指的就是锂。这首歌与爱和宗教有关，歌曲里的主人公因为失恋而表现出类似于躁郁症的症状，而锂元素就像宗教里的神一样给予他救赎。因此锂元素还是一种流行文化符号哦！
锂电池就是锂离子电池吗？
我们常说的锂电池，通常指的是锂离子电池，但准确地说，锂电池应该指的是锂原电池。锂原电池最早是由托马斯·爱迪生（Thomas Alva Edison）发明的，它内含固态的金属锂作为负极，因此被称为“锂电池”。锂原电池为一次性电池，无法充电，最早应用于心脏起搏器中，因为它自放电率低、放电电压变化平缓并且能够保持长期运作，现仍广泛应用于计算机主板、计算器和手表中，常见的纽扣电池大部分是锂原电池。
而锂离子电池则是一种可充电电池，它依靠锂离子在电池正负极之间移动来工作。锂离子电池是便携式电子产品常用的电池之一，能量密度较高、充电速度快且无记忆效应，广泛应用于手机、笔记本电脑及电动车等产品中。
航空航天材料一定要轻吗？
航空航天材料肯定是越轻越好。就拿航天飞机来说，如果减轻它的质量，飞行速度会得到有效提升，滑跑距离会缩短，航程也会增加。这就意味着可以降低成本，同时提升飞行精度。测试数据表明，航天飞机的质量每减轻1kg，其发射成本就可减少1.5万美元，所以航空航天材料当然是越轻越好。
金属锂因为密度低，在航空航天材料领域得到了广泛应用，我国的“神舟”系列飞船和“长征”系列运载火箭就使用了超轻镁锂合金。镁锂合金是目前结构金属材料中密度最低的合金材料，具备低密度、高比刚度、高比强度的优异力学性能，减震、消噪的高阻尼性能，以及抗辐射、抗电磁干扰性能。它代表了合金发展的技术前沿，被称为未来的革命性材料。铍（Be）
铍被应用于航空航天领域，它可以作为轻质结构部件的材料。
祖母绿宝石的主要成分是含铍化合物。
与锂类似，铍（Be）单质也是金属，它具有钢灰色的金属光泽，也是密度较低的金属之一。自然界中的铍均以化合物的形式存在，例如祖母绿等宝石的主要成分即为含铍化合物，这类宝石统称为绿柱石。绿柱石的颜色与铍并没有关系，纯净的绿柱石是无色甚至透明的，而当其中掺杂了其他金属离子时，就会显出颜色，如祖母绿的绿色与金属铬离子的存在有关。绿柱石也并不仅仅显现绿色，含有铁离子的绿柱石呈海蓝色，又称海蓝宝石。
金属铍的密度低、强度大，它距离人类的日常生活似乎很遥远，这是因为铍对人体具有剧毒性。铍的性质与镁类似，它进入人体后，会取代体内的镁，破坏人体的生理机能，造成铍中毒。由于摄入极少量的铍即可引发急性中毒，造成死亡，因此绝大部分的工业生产都尽量避免使用金属铍。
由于铍的原子序数很小，对X射线的吸收率也很低，因此它被应用于X射线管的辐射窗口，这也是金属铍非常重要的应用之一。铍箔能够最大程度地降低同步加速器释放X射线所引起的热效应，因此目前真空室窗口和同步加速器射束管都由铍箔制成。
铍是热导率最高的金属材料，有着极好的吸热与散热性能。它的密度较低，热稳定性比锂好，因此在航空航天领域中可作为轻质结构部件的材料，用于制造卫星、导弹与航天飞行器等。另外，铍也可以用作航天飞机等飞行器的外壳材料。这些飞行器在穿越大气层的过程中，会与空气摩擦产生大量热量，此时铍能够吸收热量以防外壳起火，从而协助飞行器安全地穿过大气层。
绿宝石和红宝石、蓝宝石是否只是颜色不同？
组成成分也有着天壤之别，绿宝石与红宝石、蓝宝石就并非同种物质。
在大家的印象里，宝石是否就是不同颜色的同一种石头呢？实际上，各种宝石除了颜色不一样，绿宝石属于铍铝硅酸盐矿物，它包含祖母绿、海蓝宝石等多个品种，这些品种的区别在于其中含有的金属杂质不同。而红宝石和蓝宝石都属于刚玉，主要成分是氧化铝。红宝石因为含有微量金属铬，所以呈红色，铬的含量越高，则宝石越红。除了红宝石之外的刚玉统称为蓝宝石，蓝宝石不一定就是蓝色的，还有黄、绿、白和粉等颜色，掺有少量钛和铁杂质的蓝宝石才显蓝色。所以宝石是对具有收藏价值的石料或矿物的统称，而不是特指某一种物质。
原子学说的确立还有铍的功劳？
1896年，法国物理学家亨利·贝可勒尔（Henri Becquerel）发现了天然放射现象。人们意识到原子核也有内部结构，继而提出了一个问题：原子核是由什么组成的？
1919年，物理学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）用α粒子轰击氮原子核得到了质子，证实质子是原子核的组成部分。但他发现，原子核与质子的质量比与电量比存在差异，因此他在1920年的贝克尔演讲中预言，原子核中可能还有一种质量与质子相近但不带电的中性粒子——中子存在。
11年后，德国物理学家瓦尔特·博特（Walther Wilhelm Georg Bothe）用α粒子轰击铍原子核，发现了一种穿透能力很强的辐射射线，其强度10倍于轰击其他元素释放的射线强度，而且射线穿透物质后速度并未明显降低，他将这种射线称为“铍射线”，认为这是一种特殊的γ射线。与此同时，居里夫妇（Pierre Curie and Marie Curie）用这种铍射线轰击石蜡和其他含氢物质时，发现有强质子流放射出来。这种质子流的放射现象非常奇怪，然而居里夫妇也把它当作一种γ射线，因此错过了发现中子的机会。
随后，卢瑟福的学生詹姆斯·查德威克（James Chadwick）了解到这种特殊的γ射线后，意识到这种辐射可能与原子核内的中性粒子有关。他先是进行了理论计算，然后重复了居里夫妇的实验，最终证实“铍射线”就是中子辐射。
至此，原子学说终于正式确立下来，铍元素在这中间也发挥了极为重要的作用。硼（B）
立方氮化硼的硬度仅次于钻石，这根狼牙棒就是用立方氮化硼做成的。
自然界中的硼以硼砂的形式存在，硼砂为白色固体。
硅硼玻璃是一类优质玻璃，可以抵挡高温。
硼（B）单质存在着两种同素异形体：晶态硼为带有光泽的灰色晶体，硬度仅次于金刚石，但相对较脆；无定形硼为暗棕色粉末。这两种单质均可在实验室中制备获得。自然界中的硼几乎不以单质的形2472态出现，基本都以硼砂（NaBO·10HO）这种化合物的形式存在。在中国，硼砂早为古代医师所熟悉，并以清热解毒的药理入药。
虽然硼砂可以入药，但一般所用剂量很少且主要为外用。这是因33为硼砂进入人体内会与胃酸反应生成硼酸（HBO），而硼酸具有一定的毒性，会在体内累积导致慢性中毒。硼酸可以作为杀虫剂，在消灭蟑螂方面更是效果显著。当蟑螂等爬行害虫吃下含有硼酸的饵食后，硼酸会影响它们的新陈代谢并使其脱水死亡。
全世界每年消耗的硼约有一半用于制作强化玻璃，主要利用氧化23硼（BO），将其掺入玻璃中形成硼硅玻璃。相对于传统玻璃来说，硼硅玻璃的热稳定性及耐温差性都更为优异，因此广泛应用于生活中，如制作耐热玻璃茶具和微波炉玻璃转盘，也可用于制作滚筒洗衣机的观察窗等。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]