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把化学元素一个个删除,会发生什么变化? 第1页

  

user avatar   wu-tian-rui-28 网友的相关建议: 
      

生产队的驴子来更新了!最近将会陆续更新第六周期的剩余内容(先前更新的慢还是因为要讲的故事实在是太多了,不知不觉回答已超过25000字了)

PS:我真的是一名高一新生,真的很忙的(平时只有单休,还要上两节课)!恳请各位看官不要再催更了!

PPS:麻烦各位看官点个赞,留个言就可以了,不要一直刷我的回答,一周看一次更新的版本就行了,短时间内真的更新不出特别多的东西。


我的一些化学藏品……


引子

身上还冒着热气的你刚走出浴室,就被抓到了这样一个神秘空间。

这是一个与地球完全一样的星球。周围的一切都是那么的熟悉——手机、电视,乃至墙上的巨幅元素周期表。这一切甚至让你产生了自己根本没有进入异世界的念头。

低头一看,你发现自己手里多了10枚金灿灿的复活币。

神说,要毁灭世界,元素周期表就依次崩塌。 ——《圣经•灭世纪•第1章(1:1)》

这时,一行字幕浮现在你的眼前——元素周期表即将从118号元素开始崩塌,消失速度为1种/5分钟。如果你在所有元素彻底消失前未能用完10枚复活币,即为挑战成功。

你的嘴角微微上扬:哼,小意思,10枚复活币?我5枚都用不完!

——但是,真的是这样吗?

元素周期表的崩塌大概可以分为3个阶段(仅供检索):

1、没事,但不完全没事(0~115分钟)

2、有事,但不完全有事(115~325分钟)

3、真的要出大事了!(325~590分钟)


1、没事,但不完全没事(0~115分钟,鿫~锔

起初一切都是好的,人类文明一切正常。——《圣经•灭世纪•第2章(2:1)》

你瘫坐在沙发上,松了一口气。因为在最初的115分钟异世界将不会产生任何变化——至少是肉眼可见的变化。

你低头看了看手表,五分钟,十分钟,元素正一种一种的消失,而窗外的世界与往常似乎并没有什么差别。你一边哼着小曲儿,一边盘算着10枚复活币该如何使用。

你扭头看了看挂在墙上的元素周期表,第七周期的末尾已经悄无声息的缺少了几格,仿佛再提醒你灾难即将开始。

1.无趣但不无事的115分钟

正如 @Chow TimPang 所说的一样,最开始的115分钟(23种元素)可以说是无聊到了极点。因为这23种元素,特别是最后十几种元素在地球上一共就存在“过”几个原子。但这并不是说这115分钟内人类没有失去任何东西。下面介绍几种有意思的元素。

1.奇怪的惰性气体:鿫(Og)

理论计算作出了一些有关其特性的预测,其中一些是出乎意料的。例如,鿫是0族成员,但它有可能并不是惰性气体。之前它曾被认为是气体,但预测却表示,由于相对论性因素,它在标准状况下会是固体。(引自百度百科,有删改)

2.神奇的金属: (Fl)

2007年进行的化学研究指出, 的化学特性和铅非常不同。由于某些相对论性效应,它是第一种表现出惰性气体特性的超重元素。(引自百度百科,有删改)

3.神奇的金属:鿔(Cn)

分析数据表明,鿔的挥发性比汞高,并似乎具有惰性气体的属性。然而,由于未能确定Cn同位素的发现,因此科学家对这些化学实验结果是持着疑问的。(引自百度百科,有删改)

4.传说般的密度: (Hs)

该元素是迄今获得化学证据的最重元素。 的密度据估计是40.7g/cm3,也是已发现的固态密度最高的元素(包括不稳定元素)。(引自百度百科,有删改)

这一切的错乱(除了Hs),都来源于你一定想不到的理论——

Tip1:相对论效应

我们都知道,现有的元素周期律都基于非相对论的“经典”的元素性质。根据玻尔模型的理论,对原子结构起决定性作用的1s轨道原子的轨道半径表达式为:

但这条公式并未考虑到相对论中光速对于1s轨道原子的轨道半径的影响。若考虑相对论效应,这条公式则变为:

对于比较轻的元素而言, =5.328*10^-5是一个很小的数值,相对论结果给出的表达式中后一项可以忽略,就退化为玻尔模型的结果。然而,随着Z的增大, 一项迅速减小,逐渐接近 的数量级。这使得1s轨道的半径比玻尔模型预测得更加快速地减小。到了第六周期末尾的几个元素,这一相对误差已经增大到了18~22%。

到了这里,相对论效应已经为元素性质引入了一些不确定因素。由于1s轨道半径的收缩同时会带动更高量子数的ns轨道一起收缩,因此s轨道会随着原子序数增大而逐渐靠近原子核,使得其能量降低,参与成键的难度也增大。

此外,第七周期重元素(即上述提到的几种元素)同样也会受到更强的自旋-轨道耦合效应的影响。在这一作用影响下,原本简并的6d轨道分裂为低能量的6d3/2(包含两个轨道)和高能量的6d5/2(包含三个轨道)两组。

因此,在s轨道的稳定化作用d轨道的分裂的作用下,第七周期许多元素的性质变得有些“离奇”。例如,7s轨道在第七周期末尾几乎进入原子实(即原子中去除最外层电子后的其余部分);7p1/2的轨道能量下降将使它成为一个相当惰性的轨道(这一点很重要!)而7p3/2的能量几乎上升到了可以与8s轨道相比较的程度。因此,我们会得到一些很有趣的性质:

(1)112号元素鎶(Cn)和114号元素鈇(Fl)表现得像两个稀有气体。Cn和Fl在与金属相互作用时仍然体现出一定的金属的性质,但也有相当的类似于稀有气体的表现。实验预测的两种元素的沸点分别为84℃和-60℃,正负误差都在100℃左右,这使得这两种元素可能成为仅有的两种常温下是气态的金属元素。然而,关于两者的性质谁更接近稀有气体,目前还存在一定的争议。从电子排布上很容易理解它们的特殊性质:Cn填满了7s轨道而保持7p轨道全空,类似于Hg;Fl填满了低能量的7p1/2轨道而使7p3/2轨道全空。这些电子排布都是相当稳定的。

(2)113号元素鉨(Nh)将会是一个比较惰性的金属。它唯一的电子填在了稳定的7p1/2轨道中,这使得Nh+/Nh的氧化还原电位可能达到0.6V;Nh+的性质会非常接近于Ag+。但另一方面,由于6d5/2轨道的能量上升,+5氧化态的鉨也可能存在于NhF6-等配合物中。这对于一个IIIA族元素是很不寻常的,意味着它带有了一定的过渡金属性质。同时,由于得到一个电子之后7p1/2轨道半满,Nh也可能得到一个电子形成-1氧化态的阴离子。

(3)118号元素Og可能不是一个稀有气体。各种计算的结果都指向Og可能是一个比较活泼的固体元素,也就是说第18族“稀有气体”的历史将在118号元素这里终结。与112号元素鎶和114号元素鈇相反,Og填满了高能量的7p3/2轨道,这使得它的化学性质可能比一个“惰性气体”要不稳定得多。一般预测它会有很稳定的+2和+4氧化态。更夸张的是,Og的电子可能表现得并不像其他原子一样有分明的壳层结构,这种结构在Og这里被极大地模糊化了,而向费米气体(即没有相互作用的气体分子)状态过渡。

2.人类的损失

说了这么多,这23种元素的消失对于人类来说到底意味着什么呢?

你打开了电视,开始看起新闻。屏幕上,几名科学家正歇斯底里,展现出科学家平日少有的姿态。

画面一切,几位老迈的科学正在接受记者采访,浑厚的声音让你忍不住细细倾听:元素周期表正在崩塌,你们还是收拾收拾东西准备好直面死亡吧!

你摇了摇头,关上电视,又低头看了看手中的复活币,冷笑一声。而你不知道的是,世界已悄无声息的发生了些许变化。

在新大陆的某个角落里,一群科学家正为自己来之不易的成就灰飞烟灭而垂首顿足。——《圣经•灭世纪•第2章(2:2)》
  • 1.加州大学伯克利分校的西博格-吉奥索小组(虽然两位领袖人物都已去世)将会气得发疯——95~106号元素均由这一科研小组发明(部分元素的发明人目前仍有争议)。好大喜功的美国人还将97号元素命名为锫(Berkelium,来源于伯克利的英文Berkeley),并将98号元素命名为锎(Californium,来源于加州的英文California),以展现他们强大的科技实力。

PS:值得一提的是,锎是有交易记录中单价最高的元素,可用作高通量的中子源来治疗恶性肿瘤。

美国原子能协会在1970年代初起向工业及学术机构销售锎-252同位素,每微克价格为10美元(即1亿美元/克),从1970至1990年每年一共售出150微克锎-252。Haire和Baybarz于1974年用镧金属还原了氧化锎(III),首次制成数微克重、厚度小于1微米的锎金属薄片。(引自百度百科)
一座座丰碑轰然倒塌。与元素共同消失的,还有整个时代。——《圣经•灭世纪•第2章(2:3)》
  • 2.一座座纪念科学家与地点的丰碑将会轰然倒塌——如99号元素锿为纪念爱因斯坦,100号元素镄为纪念费米,101号元素钔为纪念门捷列夫,102号元素锘为纪念诺贝尔,等等。

2、有事,但不完全有事(115~325分钟,镅~氙)

  • 从这一部分开始就不得不对每种元素做分条陈述了。

1.镅(Am):115~120分钟

镅元素的消失让烟雾报警器警铃大作。——《圣经•灭世纪•第3章(3:1)》

当指针指向115分钟时,你知道世界已经开始发生肉眼可见的改变了。

你的耳边开始传来此起彼伏的报警声,刺耳的声音让你很是难受。那是镅元素的缺失对烟雾报警器所带来的灾难。

  • 1.作为原子序数最小的人造元素(曾经被认为是人造元素的锝、钷、镎和钚已在自然界中被找到),镅(其实是镅-241而非镅-238)因其比活度适中且容易生产,被广泛运用于离子式烟雾报警器中电离空气并产生稳定电压。如果镅元素突然消失,电路探测系统就会感受到电压的下降,从而使报警器警铃大作。

2.钚(Pu):120~125分钟

钚元素的消失又让人类减少一种核威慑,也让不少核电站就此罢工。——《圣经•灭世纪•第3章(3:2)》

当指针指向120分钟时,你知道世界的改变已经不仅仅是烟雾报警器失灵那么简单了。

你拿出了手机,刷起了今日头条,头版新闻就是胡锡进再次要求中国扩核。你又冷笑了一声:再过20分钟,人类最后的核燃料也会消失,还说什么扩核?笑话!

  • 1.谢天谢地,人类从此减少了一种核威慑——要知道人类第一次试爆的原子弹和投在长崎的原子弹“胖子”都是以钚作为原料的。钚的消失,无疑让这些原子弹都成了哑弹,也让热爱核讹诈的老米计划落空。

但同时,钚的消失也会带来一些灾难性的后果。

  • 2.不少核电站都会罢工——少部分核电站以钚元素作为燃料,比如臭名昭著的福岛核电站(据说福岛核电站是一座快中子增殖反应堆,里面就用到了钚-239)。
  • 3.人类恒星际探索计划将会遭到重创——著名的旅行者1号和2号的能量都来源于以钚-238为燃料的同位素热电机,钚的消失无疑给本就在苟延残喘的航天器雪上加霜(虽然再过不了多久航天器也要没了)。

3.镎(Np):125~130分钟

镎元素的消失对人类几乎没有任何影响。——《圣经•灭世纪•第3章(3:3)》

你放下了手机,叹了口气。你要用发呆度过这五分钟了。

镎除了同位素镎-237可用于生产钚-238以外,没什么花头,直接略过。

4.铀(U):130~135分钟

铀元素的消失让老米的核讹诈计划落空,也让全球的核电站陷入停摆的泥沼。——《圣经•灭世纪•第3章(3:4)》

当指针指向130分钟时,你站了起来:第一个重头戏来了!!(其实跟钚大同小异)

你又拿起了手机,又刷起了今日头条,头版新闻早已被美方质问各国谁窃取了自己的铀燃料所霸占,并且美国总统已签署了向中、俄等国宣战的文件,洲际弹道导弹与航母舰队正在浩浩荡荡的赶来。

向下一滑,你看到了全球核电站都停产这一重大消息,叫骂声、质疑声不绝于耳。

  • 1.谢天谢地,人类从此将不会有任何核威慑——要知道投在广岛的原子弹“小男孩”是以铀作为原料的。铀的消失,无疑让这些原子弹都成了哑弹,也让热爱核讹诈的老米计划彻底落空(朝鲜战争的时候美当局还用核讹诈来威胁中国)。


  • 2.谢天谢地,贫铀弹将会失去它的效用——铀-238由于密度极大(约19.1g/cm3)而且放射性不强(半衰期为4.468×10^9年),被制成合金并用作穿甲弹的外壳。不仅杀伤力极强,而且其放射性也能对人体造成永久性伤害。

但同时,铀的消失带来的灾难性的后果却远大于钚。

  • 3.所有的核电站都将停摆,核能时代宣告结束——大部分的核电站都以铀作为燃料。不过好在核电占全球发电量的比例不高,目前不会对全球电力产生极大冲击。
  • 4.铀玻璃将会黯然失色——这可是很多元素收藏者(我也是其中一名拥趸)心心念念的铀元素收藏,不少元素收藏者可能会为此破口大骂。

5.镤(Pa):135~140分钟

镤元素的消失对人类几乎没有任何影响。——《圣经•灭世纪•第3章(3:5)》

你又放下了手机,叹了口气。你又要用发呆度过这五分钟了。

镤比镎更无用,在工业上几乎没有任何应用,3.2万年的半衰期让它甚至连作为核燃料的资格都没有,直接略过。

不过既然作为一种天然放射性元素,对于镤的命名还是有点故事可说的:镤的英语是Protactinium,对于熟悉元素英文名的看客可能意识到,这一单词与锕的英语Actinium非常类似。没错,前缀proto-意为“原始的,第一的”,也就是说,镤的意思是“锕之母”。

6.钍(Th):140~145分钟

钍元素的消失对人类几乎没有任何影响。——《圣经•灭世纪•第3章(3:5)》

钍除了能做钍钨电极以外,没什么花头,直接略过。

不过作为一种半衰期极长(最稳定的钍-232半衰期可达140.5亿年)的的放射性元素,钍还是一种潜在的核燃料(毕竟比较稳定),可以制造合金并提高金属强度,还可以做煤气灯的白热纱罩(老式的纱罩常用硝酸钍溶液浸泡),不过总的来说,钍仍然是最没用的几种天然元素之一。

7.锕(Ac):145~150分钟

锕元素的消失让人类失去了制作发光宝剑的幻梦。——《圣经•灭世纪•第3章(3:7)》

你第三次放下了手机,叹了口气。你继续要用发呆度过这五分钟了。

锕也是相当的无用,直接略过。

值得一提的是,玄幻小说中发着蓝光的宝剑可能不是空穴来风。锕由于放射性极强,放射出的高能粒子足以将周围的空气及溶液电离,从而发出幽蓝色的光。所以如果你用锕做成一把宝剑,它确实可以像玄幻小说中那样发出蓝光。不过在你看到蓝光之前,你可能已经死了。(滑稽)

8.镭(Ra):150~155分钟

镭元素的消失让早已逝去的居里夫人和镭姑娘被人永远遗忘。——《圣经•灭世纪•第3章(3:8)》

你拿出了你的含镭表针收藏,看着它逐渐暗淡下来的光芒,你不禁想起了自己在中学时曾学过的有关居里夫人的课文,恐怕以后再也无人想起首次两获诺贝尔奖(1903年获诺贝尔物理学奖,1911年获诺贝尔化学奖)的那位伟大的科学家了。

  • 1.从今往后,再也没有人能想起那位可敬的居里夫人了(还有钋,不过我把它忽略了,后文会有提及)。
  • 2.从今往后,也不会有人会几年那些逝去的镭姑娘了——这个故事可说来话长。

1904年,美国著名作家马克吐温写了一部短篇小说《与撒旦的交易》,文中的撒旦身高一米八五,体重400千克,他身高大约一米八五,通体由镭构成,所以全身都发出绿色的冷光,它的放射性让它浑身发热,足以点的着雪茄。

不过,我们亲爱的马克•吐温同志的科学功底可能不是很好。为了避免在人群中穿行时将所经之处烧成白地,拥有镭制躯体的撒旦穿了一件钋质的防护服,并且这件“透明的”钋制防护服“竟像胶片一样薄”,还能防护镭放射出的辐射。从现代物理学的角度,这纯属狗屁。不过我们会原谅吐温的——毕竟他是一位小说家。

确实,在那个年代,居里夫人发现了放射性超强的镭元素以后,镭那神奇的力量一下子吸引了全世界的眼球,人们相信,镭那神秘的力量可以让人体更有活力。一时间,各种各样的“镭人”产品被制造出来,比如含镭的香烟、“镭化水”、镭可可粉、镭冰淇淋,甚至有人将含镭的护肤霜也制造出来,还真有些贵妇人买得起,把世界上最强的放射性物质涂抹全身做spa,还有人做出了含镭的辐射内裤,据说可以治疗不孕不育。

其实,早在皮埃尔•居里还健在的时候,他就用自己的身体做了一个实验,告诉大家镭的强烈辐射对人体是有害的。他把手放在不可见的镭射线中几小时,结果手上出现了溃疡,好像被灼伤了一样。过了好几个月,溃疡处才重新长好。

然而,更多的民众似乎具有一种“神秘崇拜”的信仰,他们会选择性遗忘那些否定自己信仰的证据。虽然不断有人受到了放射性物质的伤害而被送进医院,但镭的市场反而越来越大,直到20世纪30年代的“镭姑娘”事件。

1917年,美国“镭”公司成立,专门用含镭物质制造指针的夜光涂料。公司用5倍高薪(相对于当时平均收入)雇佣了很多女工,她们被告知,这些含镭物质都无毒害。在当时,镭的神秘也让这些无知的女工们冲昏了头脑,她们有时候偷偷将这些夜光涂料涂在自己指甲上做美甲;有些女孩将含镭物质涂在自己的头发上,让自己更加古灵精怪;甚至还有一些姑娘为图省事,在用画笔涂绘表盘时,用嘴嘬笔尖以保持笔尖的锐利。

这家工厂的女工都做不长久,总是没多久就生了重病——贫血、牙疼、下颌溃烂、骨折、肿瘤。越来越多的类似案例出现,让这些“镭姑娘”们终于意识到,她们被镭元素害了,她们将公司告上法庭,赢了官司,拿到了高额赔偿金。但这又能给她们带来什么呢?她们中的很多才20多岁,却在本该享受芳华的年代忍受着非人的折磨,在痛苦中慢慢死去。

所幸的是,“镭姑娘”们的痛苦彻底打破了民众对镭元素的迷信,更是促成了《劳动法》的出台,提出了“职业病”的概念并写入法律。时至今日,我们还必须感谢“镭姑娘”们,是她们用自己的痛苦和无知促进了医疗和劳工保障的进步!

“镭姑娘”事件之后,镭的名声依然很响亮,用镭装饰的夜光仪表盘一直到上世纪60年代还在生产,最终被换成了较安全的钷或氚。

9.钫(Fr):155~160分钟

钫元素的消失对人类更是没有任何影响。——《圣经•灭世纪•第3章(3:9)》

当指针指向155分钟时,你站了起来,暴跳如雷:用来乳法的化学工具消失了!

作为地球上含量第二少(约700克,第一少的为接下来将要出现的砹),并且最稳定同位素半衰期最短(钫-223的半衰期仅有21分钟,相比较而言,砹-210的半衰期都有8.1小时)的天然元素,钫除了让人们知道相对论效应是确实存在的(甚至连这一条特性都不需要钫来证明)以外,没有任何实际作用。

这可不是我的一家之言,在知乎上,有这样一个问题:

所有的高赞回答都提名钫元素。

  • 1.用来化学乳法的工具没了——钫元素以法国命名(钫的英文为Francium,来源于法国的英文France),又如此没用,自然成为了很多化学党乳法的工具。钫元素的消失,无疑让这些化学党当场暴毙(滑稽)

可恶的是,法国凭借自己强大的科技实力,在元素周期表中愣是用自己的国名占据了两种元素,除了钫以外,还有接下来会提及的镓(Gallium,以法国拉丁文古称高卢Gallia命名),重复命名,可谓“行径恶劣”。

冷知识1:钫不是金属性最强的元素,铯才是

学过高一化学的看客就知道:同主族的元素自上到下金属性不断增强。于是很多人便会认为钫是金属最强的元素,但事实上,铯才是。所以期待钫入水爆炸会比铯更猛烈的看客,可能要失望了。

这不是因为钫具有强放射性,而是前文所提到的“相对论效应”。(对,又是它。惊不惊喜?意不意外?)

镭是比钡更重的同族元素,我们本可以预期它将是碱土金属一族中最活泼的成员。实际情况却有所不同:镭的原子半径略小于钡,而第一电离能则略大于钡,这似乎与元素周期律相反。而这正是相对论效应在此处的体现——由于7s电子的相对论性稳定化作用,镭的活泼程度反而下降了。类似的结论对钫与铯这一对元素也适用——钫是一个不如铯活泼的元素。

10.氡(Rn):160~165分钟

氡元素的消失让人们逃离放射性的苦海。——《圣经•灭世纪•第3章(3:10)》
  • 1.谢天谢地,人类呼吸系统的一大杀手就此消失——要知道人体日常所受电离辐射有近一半来源于氡气。而且它化学性质极不活泼(属于稀有气体)、与人类接触频繁(日常装修的花岗岩、水泥中均广泛存在)、放射性极强(最稳定的氡-222的半衰期也只有3.82天),又是所有放射性元素中唯一一种气体,所以很多人都谈“氡”色变。同时,它被世界卫生组织列为19种主要致癌物质之一,是目前仅次于香烟引起人类肺癌的第2大元凶。氡的消失,无疑给那些饱受肺癌之苦的人带来了福音。
  • 2.但与此同时,诸如长白山的“氡泉”等招牌将会黯然失色——氡泉因其亲脂性而透过皮肤组织发挥消炎、镇痛止痒、安神、抗过敏、以及调节内分泌的作用,对肠胃病、皮肤病、高血压、心脏病和妇科病、风湿性关节炎疗效尤其显著,属国家一类医用高热矿泉。氡的消失,无疑让这些氡泉都变成普通的泉水,“泯然众人矣”。

11.砹(At):165~170分钟

砹元素的消失对人类却又是完全没有影响。——《圣经•灭世纪•第3章(3:11)》

你第四次放下了手机,叹了口气。你继续要用发呆度过这五分钟了。

作为地球上含量最少(只有可怜的28克上下)的天然元素,砹也是没有任何实际作用,直接跳过。

值得一提的是,砹的英文Astatine源于希腊文"astator",原意是“改变”,这倒挺符合它超短的半衰期。

不知道各位看官有没有发现一个有趣的事情:砹最稳定同位素的半衰期是天然元素中第二短的,但它在地球上的含量却是最少的。这就得提到相当复杂的:

Tip2:放射性衰变系

既然提到“放射性衰变系”这个陌生的名词就得先来解释一下放射性衰变的含义。

放射性衰变系是指一系列相关的放射性核素,系中每一个放射性核素都是由前代的放射性核素通过 α衰变或β衰变(通常是β-衰变)产生。每个放射系有一个“始祖”核素,它具有最长的半衰期,系列终止于一个稳定核素。通常以“始祖”核素来命名这个系列。(引自中国大百科全书数据库,有删改)

各位看官可以简单的理解为一条衰变链条,所有的天然放射性核素都需要通过这一链条环环相扣进行衰变,不可以跳过一环直接生成新元素。当然,这个链条会有分叉,但最终一定会归于某种核素。

那么,为什么砹最稳定同位素的半衰期是天然元素中第二短的,但它在地球上的含量却是最少的呢?

原来砹最稳定的同位素砹-210虽然在所有同位素中最为稳定,但它无法通过天然元素的衰变形成,也就是说,它是几串链条以外的“局外人”。可是,通过天然元素衰变形成的三种同位素的半衰期都比钫-223(钫通过天然衰变只能形成这一种同位素)的半衰期要短:砹-219为0.9分钟,砹-218为2秒,而砹-217更是只有要命的0.0323秒。这下倒好,“上游来的慢(砹的上一环元素一般比较稳定),下游去的快(它自己衰变的比别人都要快)”,注定让砹登顶地球上含量最少的天然元素这一宝座。

另:4种放射性衰变路径一览(各位看客还可以顺便看看其他放射性同位素的半衰期)

同时,像钫、砹这类拥有超短半衰期的天然元素在地球上的含量也是通过放射性衰变系来推算出来的:只要知道能转变成钫和砹的母元素(即链条中的上一环)的含量,再通过半衰期计算出它们各自衰变成钫和砹的概率,就能得出看上去有眉有眼的数据——这其实是科学家的一个小计俩。

12.钋(Po):170~175分钟

钋元素的消失让让烟民们逃离肺癌的阴霾,也那些骇人听闻的投毒案成为历史。——《圣经•灭世纪•第3章(3:12)》

当指针划过170分钟时,你环顾了一下四周,肆无忌惮的吸起烟来。因为你知道,香烟中能然你致癌的物质已经在不经意间消失了。

  • 1.谢天谢地,烟民们终于可以大吸香烟了(大雾)——香烟中除了含有焦油、尼古丁等强致癌物质以外,还含有被称为是“元素周期表中最致命的物质”:钋,只需要百万分之一克,足以使人毙命。烟草植株在生长过程中会吸收大量的钋元素(虽然至今无法解释为什么别的植物不会吸收如此巨量的钋),积累在烟草叶中,当烟民抽烟的时候,这些钋元素就会随着烟雾吸入肺里。抽烟导致肺癌,钋元素功不可没,从上世纪60年代开始,这在业内就已是定论。毫无疑问,钋的消失,无疑给那些烟民带来了福音。

不过很遗憾的是,至今也没有人愿意花重金把香烟中的钋排除出来,甚至连知道这一真相的人也不见得有多少人。

  • 2.谢天谢地,那些骇人听闻的投毒案终于不会再次上演了——这其中比较有名的有阿拉法特案和利特维年科案。


  • 阿拉法特案

从2001年底开始,原巴勒斯坦领导人阿拉法特一直被以色列"软禁"在拉姆安拉的官邸内,人身安全一度受到严重威胁。美国政府也对巴民族权力机构施加了极大的压力。由于遭受以色列的长期"软禁",阿拉法特的身体每况愈下。10月27日,其健康状况出现恶化,在以色列方面的允许下,阿拉法特29日取道约旦前往巴黎就医。11月11日,阿拉法特在法国巴黎逝世,享年75岁。

直到2012年7月,洛桑大学辐射物理研究所发布报告说,巴勒斯坦已故领导人阿拉法特是钋中毒而死的,该研究所对阿拉法特遗孀苏哈提供的阿拉法特个人用品进行了检测,发现上面含有大量的钋。报告中写道:“在阿拉法特穿过内衣上发现的钋-210含量足以杀死20人。”2013年10月13日,英国世界权威医学杂志《柳叶刀》支持巴勒斯坦民族权力机构已故主席阿拉法特系死于钋中毒的说法。

  • 利特维年科案

2006年11月1日,已移居英国的前克格勃间谍利特维年科突感不适送院。在接受访问期间,他指入院前一天曾与两名前克格勃人员会面,当日下午曾与意大利朋友斯卡拉梅拉(Mario Scaramella)在伦敦一家日式寿司店用膳。经过多日医治后,他最终于11月23日被宣告不治身亡,终年43岁。

2006年11月24日,英国卫生防护局宣布,利特维年科的尿液里发现了钋-210,且含量极高。这表明利特维年科曾被人下毒。英国警方也宣布,已在利特维年科的家中和他发病当天光顾的两个地方找到了钋-210的残留物。

正当壮年的利特维年科原本是一位头发飘逸的帅哥,当他临终前出现在电视上时,看起来竟然如同一个白血病患者,头发全掉光了,连眉毛也不剩一根,足见钋元素的威力。

你打起了哈欠,看了看手表,觉得自己白白浪费了近三个小时,也没看到什么有趣的事情。

这时,你的眼前浮出了一行大字——经过漫长的等待,你终于到了无核区元素,从这里开始,世界的变化将不止步于此。

PS:从这里开始将会陆陆续续有我的一些元素藏品的图片(在此特别感谢 @a冥灵 ,我目前所有的收藏都出自他的作品),摄影技术太差,藏品也算不上上品,各位看官权且一看。

13.铋(Bi):175~180分钟

铋元素的消失让人们不讲武德,也让元素收藏者们气得发疯。——《圣经•灭世纪•第3章(3:13)》

你的嘴角露出了微笑:终于能见到世界发生了一些显著的的变化了。

你不失时地打开了百度贴吧,看到一种元素收藏吧中呼声一片,好不热闹:有懊悔自己最钟爱的铋晶体为何无故失踪的,有质问元素为何一种种次第消失的,还有痛骂商家无良的。

但是,这行字幕欺骗了你:铋其实也没什么作用。

  • 1.饱受胃病之苦的人会为此哀鸣几秒——一种名为次水杨酸铋的悬液可用于治疗胃病(不过奇怪的是,根据百度百科的信息,次水杨酸铋并没有治疗胃病的功效,而是用于梅毒的配合治疗,也用以治疗扁平疣,也不知是真是假),铋的消失,无疑是这种胃药失去了它原有的疗效。不过胃药的种品种有很多,诸如碳酸氢钠、铝碳酸镁、氢氧化铝等,功效也都不错,患胃病的人也不一定(可以说是绝大多数)不用这种奇特的药物治疗,所以只会哀嚎几秒钟。
  • 2.人类将会不讲武德——“赫赫有名”的武德合金(有的版本翻译为“伍德合金”,但就没有意思了)中就含有50%的铋,一旦铋消失,人们只能用有毒的铅来代替铋的位置(虽然五分钟后铅也会消失)。
  • 3.元素收藏者会气到发疯——要知道经氧化处理的铋晶体是相当的惊艳(不少金属,如钛、钒、铌等的晶体都很漂亮),不仅价格便宜(大约一块钱一克,比起收藏圈中的大多数藏品,这个价格大概可以相当于食品中的辣条),而且色彩斑斓,状如彩虹,所以铋晶体是不少元素收藏者的第一种藏品(比如我本人),也是化学爱好者的“镇宅之宝”。铋元素的消失,必然会引起元素收藏圈中的轩然大波,百度贴吧里可就真骂声一片了。

有趣的是,铋被包围在一个被称作“毒药协会”的元素团体中:它的左边是能使人变得痴呆的重金属铅和臭名昭著的铊,它的右边又是上文提到的剧毒元素钋,而它的上面则是下文将会提及的元素锑(看它的元素符号就知道它有多“危险”了),总的来说,铋可以说是元素周期表中“出淤泥而不染”的存在。

铋还有一个不同寻常的特性:它是唯二其单质会冷胀热缩的元素(另一种是它的同族元素锑),常见的物质中只有水具有这样奇特的性质。这一性质甚至被写入教科版小学课本中,我也是从那时才知道这种元素的。

冷知识2:铋不是原子序数最大的稳定元素,铅才是

虽然上文一直强调铋是元素周期表中最后一种稳定元素,不过严格来说,铋也具有放射性。很长一段时间,人们也以为铋是最重的稳定元素,没有放射性。2003年,法国科学家将纯铋放入一个封闭的环境,排除一切影响,用极其精细的方法发现铋也会发生α衰变,并变成铊-205,他们还测出了铋的半衰期,足有2*10^19年(天知道他们是怎么测出来的),是宇宙年龄的十亿倍。

14.铅(Pb):180~185分钟

铅元素的让人类不再为铅中毒而担忧,也让那些传奇的往事淹没在历史的长河中。——《圣经•灭世纪•第3章(3:14)》

你长舒一气,笼罩人类几千年的铅元素的阴霾终于消散了。

  • 1.谢天谢地,人类再也不需要为铅中毒而担忧了——铅元素由于具有优良的耐酸,耐腐蚀性能,被广泛应用于制作铅字、焊接材料,玻璃、橡胶等的原料,同时作为一种添加剂,铅也被广泛添加到汽油之中(现已停用),同时也给很多人带来了慢性铅中毒。有关于四乙基铅的故事,倒是说来话长。
  • 四乙基铅

美国发明家小托马斯•米基利被人们称之为“发明鬼才”。他的一生取得了100多项发明专利,其中最重要的有两项,一项是大名鼎鼎的氟利昂,另外一项就是四乙基铅。可以说,这两项发明的问世都深刻地改变了人类的发展进程,这里先来讲讲四乙基铅。

四乙基铅是米基利在1921年发现的一种优良的汽油抗爆剂,只要在汽油中加入极少量的四乙基铅汽油的抗爆性能,就能得到质的提高,并且它合成简便、价格便宜,使得它刚一问世,就受到多家石油公司的欢迎,而小托马斯•米基利也因此项专利赚得盆满钵满,名利双收。但当时人们已经知道了铅的危害,所以小托马斯•米基利在发明这种抗爆剂以后并没有告诉社会它的真实名字,而是将它简单称为“乙基”来掩人耳目。而四乙基铅的推广,不仅使大气受到严重污染,还导致全世界很多人都发生了铅中毒,人们也终于开始重视这一事件,大家都把目光投向了四乙基铅。

但小托马斯•米基利却并不愿承认这一点。于是在1924年10月,他举办了一场有关于四乙基铅的新闻发布会,目的就是要让社会大众证明四乙基铅的安全性。但即便如此,也无法掩盖四乙基铅对人体和环境都有严重污染这一事实。但是在当时的科学背景下,人们一直没能寻找到可以代替四乙基铅的物质,因此四乙基铅仍然以“乙基”这一名号被人们广泛使用。直到20世纪80年代末,随着社会的不断进步,四乙基铅汽油事件才被曝光,并被全面禁止。

  • 2.那些有关铅元素的光辉岁月将淹没在历史的长河之中——比较有名的有伊丽莎白一世和罗马帝国覆灭的故事。


  • 伊丽莎白一世

晋朝张华的《博物志》里写道:“纣烧铅做粉,谓之胡粉,即铅粉也。”中国古人让铅和醋反应,生成醋酸铅,在空气中受到二氧化碳、水蒸气和氧气的共同作用,得到碱式碳酸铅,也称“铅白”。这是一种常用的白色颜料,也曾被妇女用来涂敷在脸上。英国女王伊丽莎白一世为了让自己的脸色更显白,经常涂敷这种“铅白”化妆品,最终她的死亡与铅的毒性有很大关系。

  • 罗马帝国的覆灭

众所周知,罗马帝国是一个横跨欧亚非三个大洲的“巨无霸”,其版图内部里也到处都是铅矿——伊比利亚半岛、塞浦路斯、中欧、安纳托利亚、希腊、撒丁岛、英伦三岛。由于铅的熔点低,比炼铜冶铁方便得多,而且还不用担心腐蚀问题,又容易加工成各种形状,因而这种便宜而耐用的金属很快进入罗马文明的各个角落,药物、棺材、水箱、装饰品、屋顶、钱币、武器,以至于有人将罗马时期称为“铅器时代”(这也就可以解释为什么人们会把石墨做成的笔称为“铅笔”:古罗马人喜欢用铅棒在石板上写字)。

有句话说得好:“罗马不是一天建成的!”确实,罗马城最为人称道的就是它的城市建筑和先进的城市规划理念,尤其是在当时最先进的全城供水系统。很可惜,铅制的输水管道将有毒的铅元素输送到了寻常百姓家。

古罗马人还发现用铅做容器后,盛放的酒口感特别良好,有一种甜味,相对于之前青铜器带来的辛辣味,真是美味多了,所以古罗马上流社会的容器几乎都用铅制。当时还流行一种食物——萨帕,他们使用铅锅煮沸变酸的葡萄酒,得到一种非常甜的白色晶体,从老到小、男男女女都爱它。我们不用想就知道,萨帕就是“铅霜”醋酸铅的结晶水合物。在当时最有名的食谱《阿皮修斯》里共有450道菜谱,其中有五分之一都用了萨帕。

把毒药当美味,罗马人终于走上了不归路,整个帝国的病痛声不绝于耳。尽管当时有人指出病患与铅的联系,但是生活习惯很难改变,从贵族到贫民都忍受着铅元素的折磨。即使是皇帝,也不能幸免,比如多位历史学家笔下的第四任皇帝克劳狄乌斯,都有神经质、心不在焉、面色苍白、长年被胃病和痛风折磨的记录,这都符合铅中毒的症状。

铅中毒更可怕的是对儿童和孕妇的伤害,这在古罗马历史中很多著名的故事中都得到了印证。比如著名的凯撒大帝,宠爱的女人和他喝的葡萄酒一样多,却只留下了一儿一女。他的继任者屋大维也不失风流,三任妻子,情人无数,却只有一个离经叛道的女儿,其他三个儿子都是收养过来的。

就这样,罗马的人口不断缩减,而人口素养也不断下降。鼎盛时期名将如云,而到了后期,却出了像尼禄这样的疯子皇帝,最终被异族灭亡,这难道都是铅元素的罪过吗?

  • 3.非常遗憾,一种能有效抵御核辐射的元素就此消失了(其实铍也可以,那是后话)——不少人防工程中的屏蔽门都是由厚重的铅板制成,就是为了防止有朝一日的核打击。不过既然放射性元素都已消失(忽略钷和锝,下文会有所提及),铅其实也失去了它存在的必要。
  • 4.古老的铅酸蓄电池将彻底退出历史舞台——要知道铅酸蓄电池作为第一代蓄电池,曾经承担过相当重相当重要的位置目前仍被广泛应用于电动汽车、电瓶车上。铅元素的消失,无疑让铅酸蓄电池变成盛满硫酸的废液缸,也让欣欣向荣的新能源汽车产业遭受重创。不过随着锂离子电池和燃料电池的问世,如今大多数电器都不再使用笨重且对环境污染很大的铅酸蓄电池,新能源汽车产业也可以借此机会加速转型升级(不过过不了几分钟一切都将结束了)。

值得一提的是,铅在地壳中的平均含量远远超出了理论计算值,这就得涉及到非常复杂的——

Tip3:元素的形成(未完待续,各位看官大可先跳过不看)

按照著名的B2FH理论,现存的天然元素大致有以下三种形成方式:

1.大爆炸直接形成(适用于氢、氦与锂)

2.恒星核聚变形成(适用于锂以后,铁及之前的元素)

3.中子俘获形成(适用于铁以后的所有天然元素)

如今,人们能够研究的宇宙是从十的负43次方秒开始的。这时的宇宙尺度非常小,只有十的负40次方米,小于任何一个基本粒子,温度则高达十的32次方开,宇宙在这时开始膨胀。到十的负35次方秒时,大小达到了十的负30次方米,温度降到十的29次方开进入了一个被称为“过冷态”的状态,从这一点开始到十的负33次方秒的时间过,冷态的宇宙开始发生了一次真空相变,发生了一次真空相变,发生了宇宙的尺度,膨胀了约十的30次方倍,膨胀速度远超光速,经历了暴涨的宇宙,却可能还不到一个柚子大小,但这个柚子里面充满了电子中,微子等各种例子及其返利子,不过,由于温度极高,人们今天孰知的质子中子等离子还没有出现,只有组成质子和中子的各种夸克和反夸克。

随着宇宙继续膨胀到万分之一秒时,宇宙温度降低到十的12次方开密度降低到十的15次方千克每立方米,这时,夸克和其他粒子发生了“退耦”,其能量只能支持他参与强相互作用力,

15.铊(Tl):185~190分钟

铊元素的让“毒药之王”的头衔扑朔迷离,也让那些恐怖的往事淹没在历史的长河中。——《圣经•灭世纪•第3章(3:15)》

你又长长的舒了一口气,一想到“毒药协会”中的成员一连串少了三位,而且这次是一位重量级选手,你渐渐的从铋元素消失的阴霾中走了出来。

  • 1.谢天谢地,“毒药之王”终于从元素周期表中被移除了(这里指的是非放射性元素)——铊元素令人生畏的毒性来源于它多变的化合价:元素周期表中,大多数主族元素都具有单一(例如钾)或者主要的一种化合价(例如氧,以-2价为主),但铊具有两种“旗鼓相当”的化合价(+1价和+3价,并且+1价比+3价更稳定,这又涉及到前文所提及的相对论效应了),让它可以伪装成多种元素,偷偷占据它们在生化反应中的位置。它尤其喜欢伪装成+1价的钾离子渗透进皮肤,进入人体之后,铊立刻抛下伪装,破坏蛋白质里氨基酸复杂的折叠结构,把蛋白质变成一堆废物。并且和在体内沉积在某种组织里的镉或汞不一样,铊元素在人体内简直就是一匹野马,它不断改变自己的模样,一会伪装成钾离子东游西荡,一会进入各种组织搞破坏。这种可怕的元素对人体各个器官的破坏力极大,其DL50(半数致死量,即在规定时间内通过指定途径使一定体重或年龄的某种生物半数死亡所需要的最小用量)仅为12mg/kg体重。更为可怕的是,铊毕竟是一种稀有元素,受害者毒性发作以后,一般的医生不会往这方面想,往往忽略对它的检测,导致受害者错过了及时的救治机会。铊就是这样成为了“毒药之王”,令人为之色变!
  • 2.谢天谢地,那些骇人听闻的历史终于不会再次上演了——这其中比较有名的有2段悲剧(格拉罕•弗雷德里克•杨案和朱令案)和1段喜剧(不过这个喜剧也挺可怕的)。


  • 格拉罕•弗雷德里克•杨案

上世纪60年代,英国出了一个臭名昭著的小伙子:格拉罕•杨。他从小喜爱看各种侦探小说,尤其喜欢阅读一些连环杀人案,然后有一天开始在自己的家人身上实践,往家里的锅碗瓢盆里放铊盐,导致他的姐姐中毒,继母死亡,于是他被送进了精神病院接受治疗。

奇怪的是,8年后他被诊断为完全康复,被放了出来。没多久,他混进了一家生产红外镜头的公司实验室做采购,制造这种镜头需要用到溴化铊,这让他获取毒药更为方便。他工作还没几天,就将铊盐加到茶里毒死了他的上司。接下来,他又给7个人下了毒,其中仅仅3人死亡,据后来杨的口供,他为了延长受害者的痛苦,故意减少了毒药的用量。

  • 朱令案

1994年11月24日起,清华大学学生朱令开始肚子不舒服,吃不下饭。没过多久她的头发开始脱落,病情一天比一天恶化。在当时,包括协和医院在内的各大医院都手足无措,朱令的同学被迫将朱令的病情翻译成英语,向全球发出邮件,收到多封邮件回复说明这是铊中毒,朱令才开始接受恰当的治疗。

直至今天,此案仍然没能破解,凶手依然逍遥法外,而受害者朱令的智力、视觉、机体和语言功能都没有得到恢复,留下永久的严重后遗症,生活根本无法自理,必须由年迈的父母照料生活起居。

  • PS:一个“致命”的喜剧——卡斯特罗之悲

有段时间美国正为古巴问题而烦恼,美国CIA曾有一次行动,计划用一种掺了铊的爽身粉放到古巴领导人卡斯特罗的袜子里。他们甚至精确计算好了铊的用量,不会使卡斯特罗迅速死去,而是先让他那著名的大胡子脱落,好让美国人看笑话,并让他在去世前就失去革命同志们对他的尊敬。但后来不知道为什么,这个计划没能成功实施。

15.汞(Hg):190~195分钟

汞元素的消失让温度计变成空壳,也让那些传奇的故事淹没在历史的长河中。——《圣经•灭世纪•第3章(3:16)》

看着一下子有三种元素从“毒药协会”的名单中被删除,你有点兴奋,甚至有点发烧。你走出了房间,进入储物柜,翻找起自己的小药箱,拿出了体温计。你两手捏着一支变成空壳的体温计,不禁陷入沉思。

  • 1.膨胀式温度计的销量将会出现断崖式下降——要知道市面上能买到的绝大多数膨胀式温度计都是灌满水银(当然少部分特种温度计中灌的是酒精或煤油以防止水银凝固而失效,如南极科考站的气温计),而且生活中人们又与膨胀式温度计接触的最多,因而汞元素的消失,将给这一行业的发展带来毁灭性打击。(当然,人们还可以用镓铟锡合金来暂时代替)


  • 2.那些热衷于炼丹的人可能会气到发疯——他们眼前那些红色的朱砂(主要成分为硫化汞)和三仙丹(主要成分为氧化汞)变成了淡黄色的硫粉或者一片虚无(变成氧气逃走了)。
  • 3.那些有关汞元素的“光辉岁月”淹没在历史的长河之中——比较有名的有丹药、“疯帽子”、日本水俣病事件,以及令人闻风丧胆的二甲基汞的故事。(顺带一提,有关汞元素的故事那是相当的多,这里只列举最著名的几个故事)


  • 丹药(丹药其实分很多种,这里指的主要是朱砂和三仙丹)

葛洪之后,陶弘景和孙思邈等一大批医生道士发展了他的炼丹术,他们炼就的丹药成为反帝反封建的先锋,杀害的皇帝远超农民起义军。在这个荣誉榜上,金榜题名的有:

晋哀帝司马丕、隋炀帝杨广、唐太宗李世民、唐宪宗李纯、唐穆宗李恒、唐敬宗李湛、唐武宗李炎、唐宣宗李忱、明太祖朱元璋(洪武)、明成祖朱棣(永乐)、明仁宗朱高炽(洪熙)、明世宗朱厚熜(嘉靖)、明光宗朱常洛、清世宗爱新觉罗·胤禛(雍正)

顺带一提,“榜上有名”的皇帝有很多都来自唐代,不知这是为何。

此外,还有一大批王公贵族和文人名士也追求潮流,银榜提名的有:

李白、韩愈、白居易、元稹、杜牧、崔元亮

晚年的白居易有诗一首《思归》:

退之(韩愈)服硫黄,一病讫不痊。

微之(元稹)炼秋石,未老身溘然。

杜子(杜牧)得丹诀,终日断腥膻。

崔君(崔元亮)夸药力,经冬不衣棉。

或疾或暴夭,悉不过中年。

大诗人受蛊惑之后的怅然若失,溢于言表。

汞虽不能被人体的消化系统吸收,但它无时不刻不在挥发出汞蒸汽,通过人体的呼吸系统进入人体的各个角落,一部分被氧化成二价汞离子,丹砂是硫化汞,本身就含有二价汞离子,也逃脱不了干系。在微生物的作用下,汞和二价离子汞会转化成甲基汞和二甲基汞(有关二甲基汞的故事,后文会提到)等有机汞,这些有机汞才是汞毒性的罪魁祸首,它们会攻击中枢神经系统,对口腔、粘膜和牙齿也会有不良影响。

此外,有机汞分子里的碳汞键不易断裂,而且易溶于生物脂类,在体内很难排除。长期接触汞或含汞化合物,汞元素在体内就会不断累积,严重的会导致脑损伤甚至死亡。

  • “疯帽子”

在《爱丽丝梦游仙境》中,疯帽子呈现出一种易激动、难以控制情绪的神经质。但事实上,Lewis Carroll笔下的“疯帽子”,才不是第一个疯掉的制帽匠。

在十八到十九世纪,制帽工人通常都会出现口齿不清、浑身颤动、易怒、多疑、沮丧等各种奇怪症状。而这一切,均为慢性汞中毒的体现。

那时甚至还有一句人尽皆知的谚语“As mad as a hatter——疯如帽匠”

在那个年代,想要获得一顶溜光水滑的帽子,就得用到硝酸汞来处理皮毛。这种橙色液体能使皮子和软毛分离,并使软毛变得平滑光亮。在封闭的工厂内,因常年接触挥发出的汞蒸气,工人很容易出现“疯帽病”。

除了精神紊乱外,他们还会不由自主地全身颤动,这也被称为“疯帽颤”(hatter's shakes)。

  • 日本水俣(读如雨)病事件

1956年,日本熊本县水俣湾附近发现了一种奇怪的病。一开始大家发现很多猫的步态不稳、抽搐、麻痹,仿佛在癫痫的跳舞,因此称为“猫舞蹈症”,不久在人身上也发现了这种症状,被称为“水俣病”。

经过调查,水俣湾附近有一家醋酸厂,他们使用一种含汞催化剂,排放的废水含有大量的汞,海里的鱼虾有机汞含量严重超标,以海鲜为生的当地居民自然遭殃了。

最为可恨的是,日本政府当时竟然毫无作为,致使醋酸厂肆无忌惮地继续排污12年。后来,46名受害者联合向日本最高法院起诉日本政府,并在2004年获得胜诉。

顺带一提,这起案件影响之大、范围之广,甚至被列为世界八大公害事件之一(其中有四个事件发生在日本,可见经济的高速发展着实会带来一些伤痛)。而且在本人整理资料的时候,把它和日本富山痛痛病事件(后文将会提及,是由另一种重金属镉造成的)搞混了——毕竟这这两件事都有重金属污染造成的,而且症状也极为相似。

  • 二甲基汞

1996年8月的一天,著名金属毒性研究专家卡伦·维特•哈恩正在做有关二甲基汞的实验。突然,有两滴二甲基汞溶液从移液管里滴了下来,正好滴在了她的乳胶手套上。

在这个意外发生后,她马上按照程序清理了现场。她的手套里面被汗浸透了湿漉漉的,因此她认为自己应该没有和二甲基汞直接接触。

可实际上,二甲基汞可以穿透各种乳胶手套,她戴的手套形同虚设。

在接下来的几周里,卡伦开始出现了一些奇怪的症状,比如会撞到柱子上,有一天还差点出了车祸。随着时间流逝,卡伦说她感到自己的手指开始变得越来越麻,眼睛里经常有闪光,而且视野越来越窄,耳朵里也开始出现异常的噪音。

于是她到附近的医院就医。医生根据她的症状,推断她慢性汞中毒。血检显示,卡伦的血液中的汞含量超过了4000微克/升,是正常值的4000倍有余。

医生们用了一些药物试图清除她血液内的有机汞,可是大脑里的有机汞没有办法被清除出去,卡伦的脑损伤已经无法挽回了。在进了医院急诊室的3周后,卡伦就对声音、视觉信号和触碰毫无反应了。1997年6月,卡伦医治无效去世。

至于问到二甲基汞为什么这么致命,还是因为二甲基汞很容易被人体吸收,而且具有亲脂性,因此会缓慢富集在身体富含脂肪的部位——大脑里,因为大脑的60%都是脂肪。在这几个月里,有机汞不断地在这个饱含脂肪的器官里聚集,产生自由基,杀死神经元。神经系统的其他部分也遭了殃,因为神经元外部包裹着髓鞘,而髓鞘的60%是由脂肪构成的,因此也受到了有机汞的青睐。

另外,传统的解毒器官——肝脏对二甲基汞可以说是毫无反击之力。一般来说,许多有毒物质可以在肝脏内被降解然后排出体外。但是二甲基汞不太一样,它在肝脏里会转化为另一种有机汞——甲基汞,甲基汞也是亲脂性的,而且能够产生自由基损伤身体组织。

  • 4.那些关于汞元素的传闻也将就此消失——最有名的莫过于秦始皇陵中的“水银海”了。

据《史记》中记载,秦始皇陵里“以水银为百川江河大海,相机灌输”,《汉书》里更赞叹这秦始皇陵“人膏为灯烛,水银为江海”。如此豪华,连科学读物《水经注》也跟着凑热闹:“上画天文星宿之像,下以水银为四渎、百川、五岳、九州”。

现代科学勘察也带来震撼实锤——上世纪80年代,有关部门对秦始皇陵封土进行测定,结果在125900平方米的封土上,发现了一个12000平米的“强汞反射区”,而且认定这是“纯人类活动的产物”。2002年,有关部门又对秦始皇陵的封土土壤进行“土壤汞量测量”,得出明确结论:秦始皇陵土壤里的汞,就是来自秦始皇陵地宫深处。

为什么水银会如此“刚需”?这就要说说水银的性能。作为一种液态的银白色金属,水银灌入墓葬,正好就是“水”的模样,视觉效果原本就震撼。而且水银的熔点极低,即使常温下也容易挥发,形成带有剧毒的汞蒸气。在汞蒸气的环绕下,墓室里不但防腐杀菌效果好,还能形成浓重毒气,“毒倒”一切敢来冒犯的“摸金校尉”们。

此外,汞还具有一种独特的性质——它很容易与其他金属反应生成汞齐(即汞合金,这一反应被称为汞齐反应)。

除铁以外,几乎所有的金属都可与汞形成汞齐(包括异常稳定的金、铂等元素),甚至可与碲等非金属形成汞齐。汞齐有固态和液态两种状态,含汞少时是固体,含汞多时是液体。一些活泼金属以汞齐形式用作还原剂时可更为方便,如钠汞齐、锌汞齐等。汞齐也用作催化剂和用于薄层金属的沉积、分析中的金属分离等。

16.金(Au):195~200分钟

金元素的消失却对金融业、电子产业和珠宝行业造成了毁灭性打击。——《圣经•灭世纪•第3章(3:16)》

当指针指向195分钟时,你站了起来:第二个重头戏来了!!

你的嘴角露出了一丝微笑,因为你终于可以看到世界开始发生肉眼可见的变化。在接下来的25分钟内,你将会体验到5种贵金属(铼勉强算一种)元素接连消失的快感。

为了获取网上铺天盖地的消息,你打开了手机,想要继续浏览今日头条,却发现你的手机已不能用了。你重启了多次,手机仍然没有动静。你一拍脑门,恍然大悟:正是金元素的消失,让你的手机不能用了。

为了获取最新信息,你打开了刚关不久的电视,主持人正严肃的做着播报:全球黄金突然消失,引起贵金属市场价格大跳水,民众恐慌情绪急剧上升,大量抛售股票债券,间接带动全球金融市场崩盘。

你速速瞟了两眼屏幕下方的滚动字幕,你看到各地都出现了因投资失利而接连自杀,以及美军正在调查自己的飞机不能起飞,作战命令无法下达的新闻。窗外,不少人涌上街头哭天喊地,叫喊声不亚于铋元素消失时贴吧的叫骂声。

  • 1.电子产业市场将会迎来毁灭性打击——由于金性质化学稳定,并且具有良好的导电性和导热性,手机中的一些关键电路的焊接和微电线就是用金元素制成的(这也是破旧手机要回收的原因之一)。金元素的消失,无疑让手机短路而化为一大堆电子垃圾。不过这些微电线可以用碳纳米管来代替,焊接处也可以用其他贵金属来代替——不过介于这样的工艺还没有普及,于是你不能得到一部全新的可以使用的手机。
  • 2.金融市场,尤其是贵金属产业也将受到沉重打击——由于黄金的优良特性,历史上黄金经常充当货币的职能,即便是20世纪70年代布雷顿森林体系解体,黄金与美元脱钩,黄金的货币职能仍然强劲。许多国家,包括西方主要国家国际储备中,黄金仍占有相当重要的地位。
  • 3.珠宝行业将会受到毁灭性打击——虽说贵金属一共有八种(接下来将提到的铼元素由于含量稀少,勉强可以算一种),但真正被广泛制成首饰的其实只有五种(金、铂、铱、银和钯),剩下三种则因为种种原因被“打入冷宫”(锇、铑和钌),其中又以金为主(银虽然用量更大,但毕竟价格便宜,也挣不了多少钱)。金元素的消失,无疑断了珠宝行业的财路,珠宝行业只能以剩下四种贵金属继续苟活下去(还有碳,不过当元素消失到碳之前很长一段时间,这些珠宝商就灰飞烟灭了)。

至于为什么金被广泛制成饰品,可以参见以下这个回答(这可以说是其中一个相当重要的原因):

其实做首饰这个问题要考虑到相当多的因素,具体要考虑到哪些因素,又有哪些贵金属能“入的了法眼”,可以参见以下这个回答:

冷知识3:金属在化合物中不总是显正价,比如金

虽然初中乃至高中老师一再强调金属在化合物中是没有负价的,但事实上,金属在某些场合可以成负价,比如金在金化铯(CsAu)中可显-1价。

这不是因为金有多“尊贵”,而是前文所提到的“相对论效应”。(对,又双是它。惊不惊喜?意不意外?)

核电荷数增加带来的“经典”半径收缩和相对论效应带来的s轨道半径收缩共同造成了第六周期尾部6s轨道电子极大的稳定化,这就是著名的6s2惰性电子对效应。它使得金可以显-1价,铂出现-2价。这一效应还使得电子填满5d和6s两个轨道的汞在气态下表现得像一个惰性气体,同时削弱了汞原子间的金属键,使得它成为非放射性元素里常温常压下唯一的液态金属元素。

同时,除卤族元素以外,金的电子亲和能最大,为2.31eV,同时其电负性是金属中最高的(鲍林标度下为2.54,都逼近典型性非金属硫了)。金原子获得电子后变为5d106s2的结构,由于6s2电子的屏蔽效应使得此结构较为稳定,因此在热力学上有生成Auˉ的理论依据。

17.铂(Pt):200~205分钟

铂元素的消失又让很多优秀的催化剂和化学用品灰飞烟灭,还给贵金属行业雪上加霜。——《圣经•灭世纪•第3章(3:17)》

你稍稍皱了皱眉,因为铂元素的消失不会产生像金元素那样显著的变化。

  • 1.不少催化剂将会变成一堆废铁——由于铂的催化能力相当优秀,加上它的化学性质异常稳定,它被广泛应用于汽车尾气的三元催化、活化酒精及氨氧化法制硝酸等功能(最原始的打火机中就含有铂)。

此外,从铂开始,将会有一系列的催化剂陆续消失在人们的视野中。各位看官也可以感受一下高中化学课本所说的“人们还在过渡元素中寻找制造催化剂和耐高温、耐腐蚀合金的元素”这句话的真实含义,顺便了解一下它们的具体用途。

  • 2.不少化学仪器也将会变成一堆废铁——此外,由于铂及其合金在高温下耐氧化和腐蚀,它还被用于制作坩埚、蒸发皿、电极、喷嘴、反应器等化学用具(虽然价格有那么亿点点贵)。
  • 3.一种极为优秀的抗癌药顺铂将会变成毫无卵用的氨气和氯气——顺铂由于能与DNA结合,引起交叉联结,破坏DNA的功能,并抑制细胞有丝分裂,从而被广泛运用于化疗之中作为一种细胞非特异性药物。它抗瘤谱较广,用于头颈部鳞癌、卵巢癌、胚胞性癌、精原性细胞瘤、肺癌、甲状腺癌、淋巴肉瘤及网状细胞肉瘤等。
  • 4.珠宝行业将会受到第二次打击——不过介于铂价长期低迷,再加上铂在首饰中的用量远小于金,珠宝商的损失会比5分钟前的那波少些。
  • 5.金融市场和贵金属行业将会受到第二波打击——不过介于铂比起金更具有工业而非货币价值和它低迷的价格,铂对金融市场倒没有那么大的打击。
  • 6.国际千克原器(即定义1kg的仪器)将会减重90%,这要是放在2019年5月20日新的SI(国际单位制)标准实施之前,这可就是毁灭性打击(以下的解释均按此时间以前来讨论)——国际千克原器是由90%的铂和10%的铱(这两种金属都极端稳定,而且密度大,可以减少灰尘、空气乃至静电对千克原器质量所产生的影响),铂元素的消失,无疑使SI系统彻底崩塌,一切物体的“质量”都会瞬间增大十倍。但是,人类又很难在短时间之内造出如此精准的仪器并将其校准,因而后果将不堪设想。

不过话说回来,这样一个人造物的质量而非基本物理属性来导出被定义为1kg并保持了129年,这在整个SI系统中都是十分罕见的。例如在1983年,代表一米的距离被定义成光在1/299792458秒内行驶的距离,从而取代了原先用氪-86的橙线以及米原器(也是由铂铱合金制成的)长度的定义。

值得一提的是,铂元素“很有可能”可以夺取元素化合价上界的桂冠(目前元素化合价的上界由下文即将提及的铱元素保持):在一种特殊的离子PtO4 2+(当然只是推测它可能存在)中铂处于它理论上能够达到的最高氧化态+10价。计算表明,它的分解活化能大约120kJ/mol,是一个亚稳的结构。因此理论上可以在低温下被合成出来(然而实验并没有观测到这种离子的形成)。或许我们需要其他手段的帮助来探索这个可能刷新氧化态上限纪录的离子。

18.铱(Ir):205~210分钟

铱元素的消失又让很多优秀的耐腐蚀仪器灰飞烟灭,还给贵金属行业雪上加霜。——《圣经•灭世纪•第3章(3:18)》

你又皱了皱眉,因为铱的消失不会造成肉眼可见的变化。

  • 1.不少耐腐蚀仪器将灰飞烟灭——要知道铱可是所有铂族元素乃至所有金属中耐腐蚀能力最强的一种,它被广泛应用于飞机、火箭引擎,坩埚(不过铱制坩埚比铂制坩埚用得更少,主要是它的价格比铂贵的多),火花塞等须耐受高温和耐腐蚀的仪器中。铱元素的消失,无疑使这些仪器的耐腐蚀能力下降了一个档次,也让人们不得不寻找一些替代品。
  • 2.贵金属行业将会“再折一名大将”——虽然珠宝行业对于铱元素的需求量远不及金,但它的价格是金的3倍左右,利润也就大了很多,所以铱元素的消失仍然会对珠宝行业产生一定的冲击。
  • 3.那些命丧于铱-192的生命将不会被人铭记——比较有名的就有三死一伤3起命案。

1996年,当时年仅19岁的一名工人,捡拾了一根“钥匙链”,当时他并不知道这是什么东西,处于好奇就揣在荷包中,足足经历了9个小时,身体频繁的出现状况,开始还是乏力头晕,之后就开始呕吐和胃部剧痛,最后四肢也出现了溃烂泛红,后来施工队长来看望,才得知是这条链子惹的祸,可是已经来不及了,只能截掉四肢保全性命。

2005年10月,在黑龙江省哈尔滨市的一个居民小区,同住一栋楼的两家人相继得上一种怪病:红细胞、白细胞、血小板严重偏低。10月20日,一人死亡。经黑龙江省辐射监督管理站的专家检测,发现是放射性物质铱192在作怪。据了解,放射源铱192是住在一层的白玉海捡回的。由于二层没有住户,所以一层白玉海一家人,三层的小红和她的奶奶就成了最大的受害者。由于受到近两个月的大剂量辐射,祖孙俩的骨髓造血功能遭到严重破坏。10月20日,小红的奶奶病逝,而小红也已经被下了三次病危通知。此外,居住在放射源周围的18户居民也被划为处于辐射范围,目前有6人的血项和染色体检测出现异常。

2014年的南京,也发生过同样的事件,当时也是一个工人捡拾了铱192的链子,不过幸运的是,这条链子已经使用了70%,但是当事人还是出现了轻微的皮肤溃烂,全身上下进行了多次的皮肤修复手术。

那么,这种危险的放射性同位素又有什么作用呢?铱-192是铱的一种放射性同位素,可用于检查机械设备本身是否具有裂痕或内内部损伤,在建筑、电力等领域使用比较广泛。

冷知识4:元素的最高化合价是由铱保持的+9价

各位看客在初中时可能就对KMnO4中锰元素可怕的+7价印象深刻,而学过化竞的看客可能知道OsO4及RuO4中锇和钌呈+8价,但各位看客可能不知道的是,元素的最高化合价是由毫不起眼的铱元素保持的。

2017年,IrO4+被合成出来,它把铱的最高氧化态,同时也是整个元素周期表中存在的最高氧化态提升到了+9。氧和铱原子在气相中的反应产生了IrO4+的质谱信号,同时这个离子与氩原子的范德华络合物与推定的正四面体结构的IrO4+也吻合得十分好。理论计算同样表明正四面体结构的IrO4+是稳定的,且它的分解需要越过一个相当高的势垒。很遗憾的是,目前没有IrO4+的盐被成功合成出来。

值得一提的是,铱的密度在所有非放射性元素中排第二位(根据理论推测,有很多第七周期的放射性元素的密度都远远大于铱,如前文所提到的Hs),仅比锇稍低。由于密度值十分相近,测量也并不容易,所以这两个元素到底哪一个密度更高曾经并没有定论。通过原子量来计算密度值,2013年的结论是:铱的密度是22.56g/cm3,锇的密度是22.59g/cm3,两者差值仅为0.027g/cm3。但锇的原子量测量仍缺少大量实验验证,因此铱与锇哪个密度更高至今还无法下结论。

19.锇(Os):210~215分钟

锇元素的消失又让很多优秀的催化剂灰飞烟灭,还给贵金属行业雪上加霜。——《圣经•灭世纪•第3章(3:19)》

你第三次皱了皱眉,因为上面几种元素在生活中确实没什么用途。

  • 1.不少催化剂将会变成一堆废铁——由于锇的催化能力优秀,它曾被广泛应用于合成氨的催化剂。在这里就不得不提到发明合成氨的化学家弗里茨•哈伯了。

在化学发展史上有这样一位化学家,虽然他早已长眠地下,但他却给世人留下关于他功过是非的激烈争论,他就是20世纪初闻名世界的德国物理化学家弗里茨•哈伯。

19世纪末,化肥工业的出现和发展推动了农业生产的发展。但随着世界人口增长,人类对于粮食的的需求也日趋增大,再加上工业发展和军事上的迫切需要,使人工固氮成了世界性的重大研究课题。尽管不少化学家耗费了相当大的精力,但仍未掌握理想的人工固氮方法。

1909年,在历经无数次失败后,哈伯终于在实验室中采用600℃、200个大气压在锇催化下人工固氮成功。这种人工固氮技术具有世界性意义,哈伯也因而获得了1918年的诺贝尔化学奖。

但是,哈伯获得诺奖的消息引起了学术界极大的争议。原来,在1914年第一次世界大战爆发之前,外国首脑和军事专家曾预言:由于含氮化合物的短缺,大战将在一年内结束。不料哈伯的成功使德国掌握了合成氨的技术,其含氮化合物能够自给自足,从而延长了一战的时间。此外,含氮化合物可以间接合成炸药,这无疑让一战的伤亡更加惨烈。

哈勃还干干了更多让人不齿的事情。在第一次世界大战期间,哈伯担任德国化学兵工厂厂长,负责研究生产氯气、芥子气等毒气,并广泛使用于战争之中,造成近百万人伤亡。他的这一行径遭到了各国科学家的谴责,他的妻子也以自杀的方式表示抗议。

值得一提的是,锇虽然是一种贵金属,但它的活性却很强(可参考上文介绍铱的时候的3张图片,锇是其中耐腐蚀性最差的元素),磨成粉末时还能与氧气反应生成剧毒的四氧化锇(它的熔点只有41℃,极易挥发),这也许就是它名称的来历吧(锇的英语名为Osmium,词根的原意是“臭味”)。

从这张图片中各位看官也能看到,锇是一种略带灰蓝色的金属。所以下次当各位看官被问到什么金属单质具有颜色时,除了回答金、铜以外,记得把锇带上。

  • 2.贵金属行业将会受到又一次打击,不过这一次打击的力度远比前三次小——锇虽然不能拿来做首饰,货币价值也不大,但毕竟是一种贵金属。锇元素的消失,让退无可退的贵金属行业更加难堪。

冷知识5:锇在某些情况下不是密度最大的非放射性元素

既然上文提到锇与铱在常温下密度差仅为0.027g/cm3,那么有些看官可能会想,会不会在某些条件下锇将会失去它“密度之王”的宝座呢?

事实也的确如此。最新研究表明,在室温(25°C)的时候,压力约在2.98Gpa(约29800个大气压)时锇和铱的密度相等,达到22.75g/cm3。压力减小时,锇的密度更大;而压力增大时,铱的密度更大。

20.铼(Re):215~220分钟

铼元素的消失却对耐高温合金的制造及部分催化剂造成了毁灭性打击。——《圣经•灭世纪•第3章(3:20)》

你转头看了一眼电视,你看到美军的洲际弹道导弹由于喷口突然消失而坠毁的新闻,美方也在质疑铼这种战略金属为何突然消失。

  • 1.不少耐高温合金将会变成一堆废铁——由于其熔点在所有金属元素中排名第二(第一当然是大家广为熟知的钨),再加上它性质稳定,来被广泛应用于制造喷射引擎的高温合金部件,尤其是火箭、战斗机的喷口及引擎,可以说是一种战略金属。
  • 2.不少催化剂将会变成一堆废铁——虽然铼的催化能力远不及上面提到的几种贵金属,但他仍被应用于许多反应中做催化剂:铼-铂合金在催化重整过程中能够提高石脑油的辛烷值;含铼催化剂可抗御氮、硫和磷的催化剂中毒现象,因此被用在某些氢化反应中。

值得一提的是,铼是唯一一种放射性同位素含量大于稳定同位素含量的天然稳定元素(这句话有点绕,不过想必各位看官一定能理解)。铼只有一种稳定同位素铼-185,含量仅为37.4%,而铼的一种放射性同位素铼-187的含量却高达62.6%,但它的半衰期长达100亿年。

更有趣的是,铼也是最后一种被人类发现的天然稳定元素。虽然早在1871年,俄国化学家门捷列夫在发布元素周期表时就曾预测了铼元素的存在,但直到1925年,德国化学家沃尔特·诺达克等人才用X射线在铂矿和铌铁矿中探测到了这种元素,填补了元素周期表上的最后一个空白。(事实上,铼元素是由日本化学家小川正孝于1908年首次发现的,但他误将该元素认为成是第43号元素,直到2004年日本有学者用X射线重新检验了小川正孝家族保留下来的方钍石样品,才发现该样品中所含的并不是43号元素,而是75号元素“铼”。)

21.钨(W):220~225分钟

钨元素的消失将会对白炽灯的生产造成毁灭性打击。——《圣经•灭世纪•第3章(3:21)》

随着指针来到第220分钟,你敞亮的卧室瞬间变得漆黑一片。你一边叫骂,一边埋怨自己为什么没把白炽灯换成LED灯,哪怕是节能灯也好。

你走向窗边,看了看窗外。窗外,往日灿若流星的车灯早已黯然失色,所有的车都停在路边,以免出现更大的意外。

  • 1.白炽灯及车灯的生产将会变成一堆废物——由于钨的熔点极高(在所有稳定的金属单质中熔点排名第一),电阻率较大,蒸汽压低(可以简单认为是钨在高温下不容易挥发。),因而是所有纯金属中制作白炽灯丝的最佳材料。这也是为什么钨丝灯在1909年被发明之后就被广泛使用,并沿用至今。

顺带一提,钨所在的第六副族中的三种元素(铬、钼和钨)都是该周期中沸点最高的元素,因而支持钨丝的两根架子便是由同周期的钼制成的。

  • 2.不少钻头和刀具将会变为一堆黑炭——由于碳化钨(化学式为WC,没错,你没有看错)的硬度极高(接近金刚石),耐磨性也极强,因而被制成各种硬质合金而被用于切削工具、发动机的活塞、涡轮机叶轮、挖掘设备等,可谓是一种战略金属。

有关钨合金超强的性能,纳粹德国最有发言权。二战期间,纳粹德国渴望弄到钨来制造机械和穿甲导弹,他们对钨的渴望超过了黄金,有些纳粹官员甚至高高兴兴的拿黄金去换钨。而与纳粹德国进行大笔交易的,正是当时的中立国葡萄牙。

彼时,葡萄牙的独裁者安东尼奥•萨拉查(他是一名前经济学教授)充分利用本国队伍几乎垄断的优势(占当时欧洲供应量的90%),赚取了比和平时期高十倍的利润,一车皮一车皮的集装箱满载着含钨矿石被运到纳粹德国。1940年屋的价格是每吨1100美元,1941年就涨到了20000美元,这全是萨拉查的“功劳”。在接下来的三年中,他总共攫取了1.7亿美元,直到1944年6月7日(即诺曼底登陆的第二天),所有的借口都花光了,萨拉查才彻底禁止卖钨给纳粹。



挖了个天坑,正在持续更新中……


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出去散了个步,竟然破1000赞了:

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这里放一个自己认为还算写的不错的回答地址(厚着脸皮):

但奇怪的是,虽然那个回答与本回答互为镜像,但那个回答似乎十分冷清(暗示性极强)


文中有关相对论效应的内容引自 @Resazurin Lee 的某两篇文章,略有改动。原文链接如下:


文中有关镭姑娘的内容引自 @鲁超 的某篇文章,略有改动。原文链接如下:

文中有关各种有毒元素的“光辉岁月”,均引自 @鲁超 的某回答,略有改动。原文链接如下:




  

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