首頁 奇妙的材料:改變世界的12種化學物質和它們背後的科學傳奇

處於命運歧途的元素兄弟

對於化學家來說,元素周期表並不隻是一張元素一覽表那麽簡單,有時候隻要多看幾眼、多動動腦筋就能獲得無窮無盡的創新靈感。正如前文所述,金、銀、銅在元素周期表中同屬一列(代表著化學特性相似),從中我們可以看出奧林匹克運動會的獎牌與人類經濟活動的關聯。

最令筆者感到不可思議的是,碳元素與矽元素也同屬一列,在元素周期表中一上一下。兩者性質相似,都可以形成4個化學鍵,矽元素的原子結晶結構與鑽石完全相同,諸如此類的共同之處為數不少。可是,兩者在自然界的存在形態與作用大不相同。

碳元素是生命不可或缺的重要元素。無論是蛋白質還是DNA,都是以碳元素為中心構建而成的。在地球上,無論是地殼還是海洋,人類目力所及之處的碳元素重量僅占總物質重量的0.08%,而我們身體內的碳元素重量占到了體重的將近20%。所以說,碳元素確實是生命活動中不可或缺的元素。

在此肯定有人會問:“既然矽元素與碳元素性質相近,矽元素有可能成為生命的基礎元素嗎?”受此影響,許多科幻小說曾經描繪過多姿多彩的矽元素生命。然而,令人驚奇的是,在現實世界中,矽元素與生命的關聯性並不大。除了矽藻之類的浮遊生物和稻科植物之外,生物界裏需要矽元素的地方少之又少。地球上矽元素儲量極其豐富,為什麽大部分生物卻對它絲毫不感興趣呢?

矽藻示意圖

地球上絕大部分岩石是由矽元素與其他元素共同構成的。我們身邊隨處可見的岩石就是矽元素、氧元素和各種金屬元素互相結合成網狀結構,從而形成的堅硬的塊狀岩石。

因此,在我們生活的世界中,如果按絕對重量劃分各種元素的百分比,氧元素約為49.5%,矽元素約為25.8%。前文提到的碳元素化合物(包括碳基生命在內)的重量還沒有矽元素的零頭多。假如外星人來到地球上,不考慮生命,單單站在元素的角度觀察,也許會認為地球是一顆被水包著的氧化矽行星。