序言
本書主要是透過週期表來讓大家瞭解原子的結構、性質及反應性。說到週期表,可能會讓人想起高中時期需要死背的無趣化學,從而感到心情低落吧。不過,本書絕對不是那種艱澀古板的教科書,而是能夠帶領大家輕鬆愉快地進入週期表與化學世界的輕鬆讀物。
宇宙是由物質構成,而所有物質皆是由原子組成。宇宙中的物質種類有無限多種,但構成物質的原子卻僅有90種左右。這90種左右的原子會集結成分子,再由分子結合成物質。
原子的結構單純,整體看來宛如由雲朵構成的球體,正中央有著小小的原子核,周圍纏繞著雲狀般的電子雲。原子核帶有+1電荷的質子,質子個數為原子的原子序Z;而構成電子雲的電子則帶有-1電荷,電子個數跟質子個數相同。因此,整個原子會呈現電中性。
將這些原子集結成的元素,按照原子序Z的順序排成元素的行列後,會發現有趣的事情:Z=1的氫、Z=3的鋰、Z=11的鈉、Z=19的鉀,皆容易形成+1的陽離子,彼此間都具有相似的性質。週期表就是像這樣反覆縱向排列相似性質的元素,其原理跟每7天一個循環的日曆相同,就像是日曆最左端不論上下排列的都是快樂的星期天,週期表左端的第一族元素也皆具有類似的性質及反應性。
瞭解這件事情後再來觀看週期表,能夠在某種程度上推測元素的性質,像是可知第一族元素容易形成1價陽離子、第二族元素容易形成2價陽離子等等。這就是週期表的價值與意義。
由週期表可知,奧林匹克獎牌的金、銀、銅都排列在週期表的第十一族,與金、銀同為貴金屬的鉑、鈀則排列在金、銀的左邊。
經常作為原子爐燃料的鈾、鈽,是位於週期表底部的超重元素,被期待未來可以作為原子爐燃料的釷,也屬於超重元素。
最近蔚為話題的稀土金屬,本身具有發光性、磁性等特異性質,成為了雷射、儲存元件等產業上不可欠缺的原料。另外,像是可以製成強力磁鐵來實現超小型馬達等現代科學的方面上,稀土元素也廣泛受到運用。稀土金屬是第三族元素的一部分,全部共有17種元素。
然而,其中有15種元素不列入週期表的主表,而像是附屬品般列於週期表下方的副表中,這15種元素宛若十五胞胎般具有類似的性質。實際上,稀土元素也因彼此具有類似性質而難以分離。
週期表對應著元素的結構,尤其忠實地對應了電子組態。然後,電子組態會影響原子的性質和反應性,所以週期表也理所當然地會對應原子的性質及反應性。
讀完本書後會驚訝地發現,高中時期覺得艱難的週期表,竟然如此栩栩如生、深具魅力。透過本書親近週期表後,相信大家也會開始覺得化學平易近人,進而成為化學的粉絲的。
最後,感謝致力於本書付梓的SB Creative的石周子先生、品田洋介先生、為本書描繪有趣插圖的井口千穗小姐、參考書籍的作者們以及出版社同仁。
齋藤勝裕