原子結合力：構成萬物的主因
唐云江
元素周期表中有112個得到確認的元素，而在地球上現存的原子序數最大的天然元素是92號鈾。地球上天然存在的元素總共約有80種，它們按一定的規則組合演繹，生成我們眼中這繽紛多彩的世界，甚至“組合”出了我們自己。原子為什么要組合在一起？它們是靠什么力量、按照怎樣的規則進行組合呢？這少量的元素為什么能“組合”出幾乎無限的物質世界？似乎有一只看不見的手在操縱這一切。本文結合最新的研究，從最基本的原理入手，看看這些組合究竟是怎么發生的。
今年是國際化學年，化學曾為我們帶來很多新奇，今后也必將在我們中扮演重要的角色。
第一部分 元素的周期性
地球上的元素與宇宙中的元素有所不同
宇宙中元素相對量的多少一般用豐度來表示，通過對恒星光譜進行分析，科學家發現絕大多數恒星中元素的豐度是相同的。太陽也屬于這絕大多數恒星中的一顆，它又集中了太陽系物質的約99.9%，太陽系元素的豐度基本可以看作是宇宙的元素豐度。通過對太陽光譜的研究，可以知道太陽中元素的種類和各自的含量，其中氫和氦占了絕大部分（98%），其他元素的豐度基本上隨著原子序數的增加呈逐漸降低趨勢。
地球上各元素的比例與太陽系的不一樣，這與地球的形成和演化過程有關，地球形成時就屬于巖石類行星，各種元素的豐度有所選擇。另外，宇宙中的元素是在不斷地生成、衰變，達到穩定元素的動態過程，而地球形成之后經過46億年的演化，原來含有的放射性元素大部分都衰變殆盡，轉變為穩定的元素；又由于地球的引力較小，一部分像氫和氦等較輕的氣體早已逃逸到宇宙中去。現在地球上最多的元素是氧，接下來是硅（地殼中的主要元素）、鋁、鐵等，氫只排第10位，而且主要是以化合物的形式存在的，比如水。氦是稀有氣體，難以與其他元素結合，在地球上幾乎很少了，它最初是在太陽上被發現的。
地球上現有的天然元素總共約有80種左右※，它們基本上都是穩定的元素，原則上不會再發生改變。但也有少量的放射性元素，如重元素鈾，由于鈾238的結特殊構，其半衰期長達45億年，與地球的年齡差不多，從地球形成到現在已經有一半的鈾238衰變為其他元素，剩下的只有原初的一半，基本可以看作是相對穩定的。鈾238的衰變的產物還會再衰變，一直到穩定的鉛元素為止。用作原子彈或者核電站燃料的鈾235比鈾238少3個中子，在自然界中也有少量存在，因為其半衰期也算足夠長，達7億年。低序數的元素早期可能有眾多的放射性同位素，大部分都衰變為穩定元素，目前還有為數不多的低序數放射性同位素，如鉀40，因其半衰期長達12.77億年，至今仍是主要的本底輻射來源之一。當然，還有一些地球上原本不存在，但在宇宙射線的作用下轉變為放射性同位素的元素，如我們熟悉的碳14。長半衰期的放射性元素可根據其衰變痕跡來測量物體的年代。
地球上絕大部分元素都不是單獨存在的，而是存在于化合物中。比如氧元素是地球上最多的元素，但氧氣的比例是很少的，主要存在于比如水、巖石等化合物中。隨便抓起一把土去化驗一下，會發現里邊的主要成分基本都是氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣等，這就難怪氧元素在地球上是最多的元素了。
碳（C）、氫（H）、氧（O）、氮（N）等是我們最熟悉的一些元素，不僅是構成我們身體的主要元素，也是我們生活中最常見的元素。由于碳的特殊性（后面詳細介紹），構成我們身體的元素跟地球上的比例略有差異，氧仍然是第1位的，但第2位則是碳。
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