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纽约大学新闻

在他们的元素

Hand-drawn doodle pencil sketch of various subjects covered in a Chemistry lab or class. Items included: beakers, Periodic Table of the Elements, test tubes, and chemistry equations.

在手机上读这篇文章?你的手机至少含有30种不同的天然元素,包括锂元素。或者你喝的是seltzer——一种由两种元素(以二氧化碳形式存在的碳和氧)和另外两种元素(以水形式存在的氢和氧)混合而成的化合物。

化学元素构成了我们周围的一切,是我们每天庆祝的理由,但2019年是特殊的,因为它标志着元素周期表的150周年。门捷列夫(Dmitri Mendeleev)于1869年发明的(门捷列夫之前和之后的许多科学家都有贡献),人们熟悉的化学教室墙上的海报最初是作为一种对元素进行分类的新方法。

在门捷列夫的元素周期表中,他根据原子量将1869年已知的63种元素进行了归类,并将具有相似性质的元素进行了分组。他还具有先见之明,在桌子上留下空白,以便预测尚未发现的元素。

门捷列夫发现了一些东西——在随后的一个半世纪里,科学家们在表格的间隙中加入了许多新元素,使我们今天有118种元素。正如美国化学学会(American Chemical Society)今年早些时候指出的那样,“元素周期表的变化一直持续到今天,未来可能还会继续让我们感到惊讶。”就在2016年,时期7的最后4个空白——第113、115、117和118元素——被正式填满。和许多元素一样,最新的两种元素也以研究这些元素的地方命名:莫斯科和tennessine。

为了纪念“周期表”的150周年,纽约大学新闻中心请一群纽约大学的化学家说出他们最喜欢的元素,并告诉我们他们为什么喜欢它们。从锂(排名第3)到镓(排名第31),以下是他们的选择。


Alexej Jerschow,化学教授

Lithium element (#3)

到目前为止,锂是我最喜欢的元素。它是最轻的元素之一,而且它具有令人难以置信的变革性。我们所有的手机和电脑都使用锂离子可充电电池,今年的诺贝尔化学奖授予了锂离子电池的发展。

在我的实验室里,我们对这种元素非常熟悉,因为我们开发的技术可以让我们窥视电池内部,以确定它们是否工作正常,并获得如何改进电池、延长电池寿命和保证电池安全的线索。


内德·西曼,玛格丽特和赫尔曼·索科尔化学教授

Nitrogen element (#7)

氮。它是生物学、核酸和蛋白质这两种携带信息的光量子分子所固有的元素。没有氮,生物基本上只是糖和脂肪。


Keith Woerpel, Margaret和Herman Sokol医药化学教授

Silicon element (#14)

硅。它几乎无处不在:石头、沙子、电脑,还有你在鞋里找到的那些小包。它是最像碳的元素,但它与碳的差别如此之大,导致了意想不到的化学行为,而这些化学行为可能真的很有用。声明一下:不,我不认为有生命,正如我们所知,是基于硅而不是碳。


马克·沃尔特斯,化学副教授

Calcium element (#20)

我目前最喜欢的元素是钙。它是我们地球圈的组成部分,是石灰石和石膏矿物的组成部分,是我们生物圈的骨骼、牙齿、贝壳甚至蛋壳的组成部分。它给了我们支柱和结构。但不只是我们…作为波特兰水泥和覆盖石膏(石膏板)的组成部分,它也可以用来制作贝壳和人们的庇护所。

它是粉笔的一个组成部分,直到干擦记号笔的出现,它已经服务于增强我们的想法和表达结构,说话或无言地画在一张白纸上。


詹姆斯·加那利,化学系教授和系主任

Copper element (#29)

我是铜元素的粉丝。它不仅是漂亮的闪亮,但它也显示出惊人的化学多样性。它在11000年前被发现,并以塞浦路斯命名。中东的铜器时代(Chalcolithic)是我最喜欢的历史时期之一。它是地球上所有生命的基本元素。其自然的金属形式,高导电性和延展性,使其成为理想的金属线材料。

在我们的研究中,我们发现它可以使一个像橡胶手套一样有旋向性的分子向外翻转,从而产生相反的旋向性。就像你把左手的橡胶手套拿出来戴在右手上一样,我们可以用分子来做这个。

如果元素失去一个电子,它就带上一个正电荷,形成铜(I)。无色铜(I)是生物体在细胞内捕获、储存和运输氧气的关键物质。在人类血液中,铁起着这个作用,但铜(I)在许多生物体中很常见。铜(I)在有机化学中也用于一些反应,它们的作用和效率令人惊叹。

如果铜金属失去两个电子,每个铜原子就会带两个正电荷,即铜(II)。铜的化合物(II)通常是蓝色的。它喜欢溶于水,与铜(II)的附着/解离反应非常快。铜(III)也为人所知,但它的活性很强,不易观察。

令我惊奇的是铜(0)、铜(I)和铜(II)是如此不同以至于它们看起来像是不同的元素。它们的一切都是不同的——它们的外观、稳定性和反应性。


Mike Ward, Julius Silver, Roslyn S. Silver和Enid Silver Winslow化学教授

Gallium element (#31)

我最喜欢的元素是镓——一种原子序数为31的素数,在元素周期表中被铝、锗、铟和锌所包围,比金还要稀有。1871年,门捷列夫(Dmitri Mendeleev)发现了这种物质,并将其命名为"eka-aluminium。1875年,保罗·埃米尔·勒科克·德·博伊斯堡德兰发现了它,并以他的祖国——高卢的拉丁文名"gallia(法国)命名。

为什么镓如此有趣?它在30°C左右融化,略高于室温。这种特性是一种廉价的客厅把戏的关键,在这种把戏中,镓被锻造成供茶具使用的勺子,当使用时,它会熔化,令人惊讶!因此,它出现在山姆·基恩的《消失的勺子:以及其他关于疯狂、爱情和世界历史的真实故事的元素周期表》的封面上。然而镓不仅仅是一个好玩的物体,它在许多方面都优于硅,尤其是在电子应用中。

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