作者導言
極簡又複雜的元素世界
沒有任何東西會迴到一無所有，但所有的東西都會迴歸分解成它們的元素。
──摘錄西元前50年，羅馬詩人魯剋捨斯（Lucretius）的著作《物性論》（De Rerum Natura）
週期錶是一份全世界通用的完整目錄，這目錄收納著一切你可以砸在腳上的東西。而有一些東西，像是光、愛、邏輯和時間，都不在週期錶內，但你也不能將這其中任何一樣砸在腳上。
這地球、這本書、你的腳──每一個可碰觸到的實體都是由元素構成的。你的腳大部分是氧，結閤一些碳，構成瞭有機分子，並將你定義為以碳為基礎的生物（如果你不是以碳為基礎的生命體，歡迎來到我們的星球！如果你有腳，請不要將這本書砸在腳上）。
氧是個透明、無色的氣體，但它組成瞭你身體五分之三的重量。這怎麼可能呢？
元素具有兩個麵貌：它們的純態，和它們結閤其他元素形成的一係列化閤物。氧在純態下的確是氣體，但當它與矽反應，會結閤形成堅硬的矽酸鹽礦石，組成瞭大部分的地殼。當氧與氫、碳做夥，結果可能形成任何東西──從水到一氧化碳到糖。
氧原子依然存在於這些化閤物中，不管這些物質看起來有多不像純氧。而且氧原子總是能再被提煉齣來，迴歸到純氣體形態。
除非原子核衰變，每一個氧原子絕不可能自行破壞或分裂成更簡單的東西。這個「不可分割性」（indivisibility），是元素之所以成為一個單元要素的關鍵。
在這本書中，我會展示每個元素的兩種麵貌。首先，你將會看到一張純元素的大照片（隻要它可辦到）。而在隔壁的右頁，你會看到該元素是用何方式存在於世界的實例──我挑選齣的都是最具特徵性的化閤物和應用。
在我們進入每個元素的個別介紹之前，值得花點時間來看看整個週期錶是如何組閤成的。
這個週期錶的經典模型，是全世界都認得的。就像是一眼就認得的Nike商標、泰姬瑪哈陵（Taj Mahal）或愛因斯坦的一頭亂髮，週期錶已經成為我們文明世界的記憶圖像之一。
週期錶的基本結構並非由藝術、奇想或機會決定的，而是根據量子力學最基本和全宇宙通用的定律。一個呼吸甲烷的另類生物文明世界，他們的鞋子可能用方形的商標打廣告，但他們的週期錶必然可被認齣，因為和我們的週期錶有相同的邏輯結構。
每一個元素是依照它的「原子序」（atomic number）來定義，這是指從1到118的整數，這是到目前為止的數量；但毫無疑問，未來肯定還會有更多元素被發現。一個元素的「原子序」，是指它每一個原子的核心所含的質子數目，這同時也決定瞭環繞在每個原子核周圍的電子數目。這些電子，尤其是位於最外「殼層」（shell）的電子，將決定該元素的化學特性。「電子殼層」（Electron shells）在第11頁中有更詳細介紹。
週期錶是依照「原子序」的順序來排列元素的。這序列有時會跳過一些空缺，看似相當的不規則，但其實不然。由於這些空缺的存在，纔能讓每個垂直欄的元素，都有相同的最外殼層電子數。這也解釋瞭有關週期錶最重要的事實：同一欄的元素都有相似的化學特性。
元素的分類依據
讓我們來看看週期錶中的各大類元素，同樣的，這也是依每欄的排列位置來定義。
舉足「氫」重
第一個元素是氫，算是有點不規則的。照慣例，氫是放置在最左一欄，它和同欄的其他元素，也有些相似的化學特性（主要在化閤物中，氫通常會失去一個電子形成H+離子；像鈉元素［11］也會失去一個電子形成Na+離子）。但氫是氣體，其他位在第一欄的元素都是柔軟的金屬。所以在有些週期錶的介紹中，會將氫獨自一個列齣。
除瞭氫之外，在第一欄中的其他元素稱為「鹼金屬」（the alkali metals），將它們丟到湖中會很好玩。「鹼金屬」會和水反應，釋放齣極易燃的氫氣。當你將夠大塊的鈉丟入湖中，過幾秒後就會產生巨大的爆炸。這可能會是個驚心又美麗的經驗；也可能會是你人生的終點，這要看你是否採取正確的防護而定，因為當熔化的鈉濺入眼中，會導緻你終生失明。
化學就是這麼一迴事：它的力量大到足以成就全世界偉大的事情；同時又危險到足以輕而易舉就做齣可怕的事情。如果你不尊敬它，化學會反咬你一口。
位於第二欄的元素稱為「鹼土金屬」（the alkali earth metals）。就像「鹼金屬」一樣，這些金屬相當柔軟，會和水起反應、釋放齣氫氣。這「鹼金屬」和水反應會引發爆炸，但「鹼土金屬」和水反應就溫和許多：由於反應的速度夠慢，不會引發氫氣自燃，舉例來說，讓鈣（20）可運用在攜帶型的氫氣產生器上。
「過渡金屬」其實很穩定
位於週期錶中間較寬區塊的元素，稱為「過渡金屬」（the transition metals）。在工業中這些金屬是負責做重活的，光是第一列元素，就是大傢都熟知的一般金屬。除瞭汞（80）之外，所有的「過渡金屬」都是非常堅硬、結構性很強的金屬。事實上汞也是如此。如果冷卻到夠低溫時，汞可冰凍成很像錫元素（50）的金屬。即使是鎝（43）這個此區唯一具放射性的元素，也和它的鄰居一樣，是種堅固的金屬。但你不會想要用它來做餐叉；並不是鎝不耐用，而是成本非常昂貴，而且，它的放射線會慢慢緻你於死地。
大緻上，「過渡金屬」在空氣中相當穩定，但有一些元素的確會逐漸氧化。最著名的例子當然就是鐵（26），對我們來說，鐵會生鏽是到目前為止最具破壞力、讓人傷透腦筋的化學反應。而其他例如金（79）或鉑（78），因為具有極佳的抗腐蝕性，因此相當珍貴。
本區位於左下角的兩個元素空缺，是為「鑭係元素」和「錒係元素」保留的（此二列元素在第10頁有介紹）。依據週期錶的邏輯性，一個有14個元素寬的缺口，應該齣現在第二欄和第三欄之間，由「鑭係元素」和「錒係元素」插入填補。但這會讓週期錶變得過寬而不實用，因此約定俗成將此缺口關閉，而在週期錶底部另外排齣兩列來擺放這些「稀土元素」。
金屬、非金屬、無間道
位在左下方三角區塊的元素是普通金屬，雖然在人們印象中，大部分的普通金屬是位於前一類「過渡金屬」（現在你可能注意到，大多數的元素廣泛而言都是金屬）。
位在右上方三角區塊的元素是非金屬（接下來的兩類元素，鹵素和鈍氣，同樣也不是金屬）。當所有的金屬多少都具有導電性時，這些非金屬卻是電絕緣體。
位於分隔金屬和非金屬之間對角區的元素，稱為「類金屬」（the metalloids）。從名稱你可能猜想到，這些元素的特性部分像是金屬、一些又不像是金屬，特別是它們可以導電，雖然效能還不夠好。這些包括半導體的「類金屬」，已成為現代生活不可或缺的用品。
事實上，這個呈對角線分布的區塊，已違反瞭元素的通則：位在同一垂直欄的元素，具有相似的化學特性。但那隻是個通則而已！畢竟化學實在是太過於複雜瞭，無法有絕對一體適用的規則。在這金屬到非金屬的分界中，有一些因素相互競爭，以決定元素到底是位在金屬區或是非金屬區。當你往週期錶下方移動時，介於兩者間的平衡也隨之偏嚮右方。
退避三捨vs.貴氣逼人
第七區元素（位於週期錶最右側的倒數第二欄）被稱為「鹵素」（the halogens），它們在純態下相當令人難以消受。這些元素都是反應性很強、氣味很難聞的物質。純氟（9）以幾乎能和任何物質反應而聞名；氯（17）在第一次世界大戰曾用來作為毒氣，但是若以化閤物的形式存在，像是含氟牙膏和食用鹽（氯化鈉），就變成瞭溫和的居傢用品。
最後一欄元素是「鈍氣」（又稱為惰性氣體，英文名稱是the noble gases）。「惰性」（noble）在此應從「超脫於一切凡夫俗子的事物之上」來理解。「鈍氣」幾乎從來沒有和同類或其他任何元素形成化閤物。因為是如此惰性（inert），「鈍氣」常用來防護反應性活潑的元素。當覆蓋在「鈍氣」的防護層下，這些活性大的元素將無法起反應。如果你嚮化學材料供應商購買鈉元素，它將存放在充滿氬氣（18）的密封罐中。
這兩類元素一般都可通稱為「稀土元素」（the rare earths），雖然其中有些元素一點也不稀有。上方列，從鑭元素（57）算起，稱為「鑭係元素」（the lanthanides）；並不令人意外的，從錒元素（89）算起的下方列，就稱為「錒係元素」（the actinides）。
當你閱讀到鎦元素（71）章節時，就可得知「鑭係元素」特別著名的，是它們的化學性質都非常相似。有些鑭係元素的化學性質是如此雷同，以至於人們為瞭它們到底是否為不同元素而爭論不休。
所有的「錒係元素」都具有放射性，其中以鈾元素（92）和鈽元素（94）最有名。將「錒係元素」加在週期錶的標準格式中，應該要怪格林‧西博格（Glenn Seaborg），因為他發現瞭許多位於此區域的新元素，所以必須新增一列（雖然新元素是由許多人發現的，但隻有西博格堅持週期錶再新增一列，來展示他參與發現的所有新元素）。
現在我們已瀏覽瞭週期錶的全貌和分類介紹，可以啟程前往狂野的、美好的、四處可見的、趣味的和驚人的元素世界瞭。
元素是無所不在。從這裡到西非的伊斯蘭古城廷巴剋圖（Timbuktu），也包括廷巴剋圖當地，每個地方的每一樣東西都是由一種或多種元素構成的。我們所謂的「化學」──在這結閤和重新結閤之間浩瀚無窮盡的多變世界，都是開始和結束於此簡短而重要的元素清單，而它同時也是建構物理世界的重要基礎。
你在此書中看到的所有東西，幾乎都收藏在我的辦公室，除瞭那件被美國聯邦調查局（FBI）沒收的，和一些具歷史價值的物品。收集這些鮮明、多樣化的元素樣品是非常快樂的經驗，我希望你也能從閱讀享受到其中的樂趣。
我們在氫元素介紹章節上見！
