首頁 元素周期表趣史

2 He 氦 孤家寡人

氦是元素周期表的壁花[1]。大多數元素都會相互作用形成化合物,隻是元素的活躍度各不相同。但氦與其他任何元素,甚至是其本身都不會發生反應。有些元素在誕生後就會自發衰變成其他元素,以至於它們存在的時間還不足以發生化學反應,但氦從宇宙誕生之日起就存在了,宇宙大爆炸後30萬年左右,熾熱的物質和能量冷卻下來,凝結而成的物質中就有氦。即使宇宙給了這麽長時間,在數十億年甚至更長的年代裏,這些氦原子仍然形單影隻,從未與其他原子生成過化學鍵[2]。

氦在第八主族——稀有氣體元素中居於首位。說它們是“稀有氣體”,似乎給了它們一種自命不凡的優越感,但有些名不副實,因為它們並不稀有。它們還有一個名字叫作“惰性氣體”,因為它們很不喜歡跟其他元素發生化學反應。但氦並不是真的懶惰,它並不是輕視其他元素,而是因為自己孑然一身就很滿足,所以沒必要跟其他元素出雙入對。

在你的生日氣球裏,就有大約99.9998%的物質是氦。氦原子裏有兩個質子,另外還有兩個中子,幫助這兩個質子結合起來,形成原子核。核外有兩個電子繞核旋轉,填滿了s電子層,這正是氦原子如此“自滿”的原因。

所有原子的電子都位於原子核外的電子殼層裏,每個電子“坐”在哪裏有嚴格的規定。就像老師引導學生進入禮堂一樣,電子從最裏麵開始填充,首先占據最靠近原子核的殼層,然後向外擴展,在電子開始占據下一個殼層之前,必須把上一個殼層填滿,保證沒有空隙,但也不能過度填充。一個完美填充的殼層比淩亂或者過度填充的殼層在美學上更加令人愉悅,從化學角度說,叫作“在能量上更穩定”。

殼層未填滿的原子會想方設法貢獻出多餘的電子,或者竊取或共享其他原子的電子,來填補自身殼層裏的空隙。這就是化學反應的實質:試圖與其他原子成鍵來實現最穩定的電子排列。