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走,一起去探索神奇的元素世界

发布时间:2023-09-16 06:09:07 来源:科普时报 字号: [ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

“氢氦锂铍硼,碳氮氧氟氖……”不少人的化学启蒙都是从化学元素表开始的。元素是什么,它们从哪里来?如何演绎出这大千世界的万物奇观?在全国科普日到来之际,中国地质博物馆“神奇元素在哪里”专题展览将带你探索元素的“前世今生”。

“人类通过艰苦卓绝的探索,收获了性质各异、令人惊叹的元素单质,又凭借科学研究与技术创新,促成了这些神奇元素融入我们的生活。”该展览的策展人、中国地质博物馆高级工程师卞跃跃告诉科普时报记者,本次展览聚焦元素与矿物的主题,通过元素是什么、元素的诞生、元素的发现等内容介绍,集中展示了地球上的81种非放射性的自然元素及其形成的矿产资源。



元素最初竟是哲学概念


卞跃跃介绍,元素最早来自于古希腊的四要素说,认为土、气、水、火四个要素相互协调、彼此牵制,最终构成了世界。而东方文明又有着自己独特的文化与哲学,在古代中国思想体系中,认为世界是由“五行”组成的,即金、木、水、火、土五种物质,它们相生相克,变化孕育了世间万物。“直到实验科学获得长足发展,哲学家们终把探索发现的接力棒交到了科学家手中。”

1869年,俄国化学家门捷列夫制成了第一张元素周期表,结束了构成宇宙万物的元素彼此孤立的存在,展示了元素递变的客观规律,后来的科学家们按图索骥,使元素家族成员不断扩大。


宇宙才是元素的加工厂


“地球上化学元素的形成和宇宙整体的元素生成密不可分,基本都经历了宇宙大爆炸、恒星核聚变、中子捕获3个阶段。”卞跃跃说,地球上的元素其实都来源于宇宙。

从宇宙大爆炸第1秒形成夸克和其他粒子开始,宇宙这锅“粒子汤”就在不断降温。当温度降至约30亿摄氏度时,质子和中子开始结合形成氢、氢一类稳定的原子核。继续降温,质子和电子开始结合形成大部分氢和少量氦,这两种成为组成宇宙绝大部分物质的元素。再后来,恒星核聚变形成了原子序数一直到铁的元素,原子核捕获中子形成了原子序数大于铁的元素。

“元素从宇宙中诞生,被地球继承。通过汇聚离散、组合变化,元素构成了世界的物质循环,承载了地球的能量传递,更勾画生命的蓝图,并成为我们身体的组成部分。”在卞跃跃看来,元素与资源、地球、人类的密切联系正是此次展览的意义所在。



每一种元素都有自己的性格


生活中最熟悉的莫过于铁、铝、铜这样的金属元素了!“这是因为,铁是地球上含量最丰富的元素,占地球质量的1/3。”卞跃跃说,这些铁元素产生的地磁场为地球提供了天然的防护,使生命得以存续繁衍。产量第二位的铝很晚才被人认识使用,价格一度堪比黄金,而现在的铝以其价格低廉性质优越而著称。铜元素在地壳中含量并不高,但无论是在历史时期,还是现代社会,它都是地位重要难以取代的金属元素。

那些陌生的元素到底神奇在哪里?镓元素的熔点只有29.77℃,这意味着它可以在人的手心融化;铋元素的半衰期非常久,达到宇宙年龄的10亿倍;铯元素不单是最活泼的金属,还是国际单位时间标准的定义者;镧等稀土元素因为性质相似,总是“抱团共生”形成矿石;还有各种稀有气体,它们很难与其他元素发生反应,但是氩气在空气中的含量比二氧化碳还要多,而氦气变成液体后就成为了超导体。

本次展览还特别引入了延时摄影和动漫元素,丰富的互动展项能让青少年手脑并用。每一种元素都有自己的性格,“神奇元素在哪里”正在“讲述”它们的故事,快来中国地质博物馆感受元素的神奇魅力吧!

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