讀科普 元素
下載了《阿西莫夫最新科學指南》，看了做點筆記：
早期希臘哲學家對於大部分問題都采取論證與推理的方法， 大約公元前 430 年， 希臘 的恩培多克勒把元素假定為土、空氣、水和火 4 種。一個世紀後，亞裏士多德又提出天空中含有第五種元素 —— 以太 。
中世紀的煉金術雖然陷入了騙術的泥坑，但發現了大量比金
更為重要的物質 —— 譬如硝酸、鹽酸、硫酸（大約在公元 1300 年首次
被製造出來）水銀、硫、鹽、磷。
到了 17 世紀左右，煉金術士變成了 化學家
波義耳 ( 愛爾蘭自然哲學家 ) 在《 懷疑的化學家 》（ 1661 年出版），第一次明確：元素是不能再分解成更簡單物質的 一種基質 ，它能與其他的元素結合成 化合物 。
卡文迪什曾經指出，氫可以和氧結合產生水，所以水不是一種元素。後來拉瓦錫
把被認為是元素的空氣分解成氧和氮。
大約公元前 450 年，德謨克利特把 物質質點叫做 原子 （意為 “ 不可分割 ” ）。他認為，不同物質是由不同的原子或不同的原子組合所組成的，並且認為，原子重新排列
可以使一種物質轉變成另一種物質。考慮到這一切隻是聰明的猜
測，人們不免會對他的正確判斷力感到震驚。 柏拉圖和亞裏
士多德斷然拒絕接受這些觀點。
原子的概念從來沒有完全被西方學者遺忘過，法國哲
學家伽桑狄的氣體可以壓縮和膨脹的實驗，顯示出氣體必定是由
分布很廣的質點所組成。這個觀點影響了波義耳，並使波義耳和
牛頓成為原子論者。
1799 年，法國化學家普魯斯特證明，無論怎樣製備碳酸銅，其所含銅、碳和氧的重量比例都是整數比，為 5:4:1 。
英國化學家道爾頓在 1803 年提出 原子論
根據道爾頓的學說，每個元素都由一種特別的原子所構成。而且一種元
素之所以不同於另外一種元素，是由於它們的原子性質不同，原
子間的基本物理差異是它們的重量不同，
意大利化學家阿伏伽德羅將原子論應用在氣體上，以證明
等體積的氣體（不論它的性質是什麽）是由等數目的質點所組成，
這就是 阿伏伽德羅假說 。
先稱量從化合物中分離出來的每個元素的重量，再根據各種元素的化學性質來推測，就可能得到原子的相對重量。
瑞典的化學家貝采利烏斯。 1828 年，他根據兩種標準發表了一個原子量的表，這兩個標
準是先任意地假定氧的原子量為 100 和氫的原子量為 1 。
在整個 19 世紀，沒有直接的證據可以證明原子和分子是確實存在的而不是抽象的東西。
1827 年蘇格蘭植物學家布朗注意到懸浮在水麵上的花粉粒
會不規則地輕輕移動，以為這是由於藏在花粉粒中的小生命的緣
故，但是大小完全相同的染料質點也顯示同樣的運動。 1863 年，他首先指出移動是由於周圍水分子以不同的力撞擊質點。小質 點的雜亂運動幾乎成了水和一般物質的 顆粒性 的可見證據。
愛因斯坦對布朗運動作了理論分析，並且指出如何根據染料
顆粒輕微移動的程度來計算分子的大小。
美國的物理學家克魯在 1970 年報導，已借助掃描電子顯微鏡觀察到鈾和釷的單個原子。
1869 年，俄國化學家門捷列夫提出了元素 周期表
1895 年倫琴發現了 X 射線
（倫琴，德國物理學家。1901年，首屆諾貝爾獎頒發，倫琴獲得諾貝爾物理學獎。）
提出 放射性 這一術語以描述鈾元素的放射能力的是居裏夫人。 居裏夫人在 1903 年把她的研究寫成提要，作為博士論文。這也許是科學史上最重要的一份博士論文
很快其他的科學家也陸續有許多重要的發現。從放射性物質
發射出來具有穿透力的輻射線，比 X 射線更具有穿透力，而且能
量更高；現在它們被稱為 γ （伽瑪） 射線 。另外，放射性元素也被發
現會放射其他種類的輻射，而這些輻射導致後來發現原子內部的
結構。值得注意的是放射性元素在發出射線的過程中會轉變為另一種元
素 —— 後來叫做 嬗變 。
1938 年，意大利人費密因為研究中子轟擊而獲得諾貝爾物理學獎。
1897 年，物理學家 J. J. 湯姆孫證實了陰極射線也會被電荷影
響而偏轉，。然而這些陰極 “ 粒子 ” 是什麽呢？
那時候惟一知道的帶負電的粒子是原子的負離子。實驗證明，陰
極射線粒子不可能是這種離子，因為它們受電磁場的偏轉如此強，
所以它們必然具有難以想象的高電荷，要不就是非常輕的粒子，質
量不到氫原子的 1/1000 。 因此這些陰極射線粒子被認為是電
的基本粒子。它們被稱為 電子 。電子的發現立刻聯想到電子可能是原子的亞粒子。
J. J. 湯姆孫由於確定了電子的存在，因而獲得了 1906
年的諾貝爾物理學獎。
從原子放出電子，需要少量的能量。相反地，當電子填入原子
中的空位時，它也一定會放出相等的能量（自然界通常是對稱的，
尤其在考慮能量時）。此能量會以電磁輻射的形式放出來。
英國物理學家莫塞萊發現周期表每個後繼的元素似乎都把電子
束縛得比前一個緊 —— 換句話說，每個後繼元素其內部具有較高
的正電荷。
描述周期表的最簡單方式是定第一個元素氫具有 1 個單位的正電荷和 1 個電子；
類推一直到鈾，它有 92 個正電荷及 92 個電子。
這樣一來，元素的原子序數原來是在它們的完整原子中的電子數目。
進一步研究表明，給定元素的電子輻射放射二、三、四或更多個不同波長的輻射。
科學家們推斷出電子排列在圍繞帶正電的原子核的殼層裏。最內層的電子束縛得最緊，移走它們需要最多的能量。電子落到此層會放出最高能量輻射。
在 1925 年，奧地利物理學家泡利提出他的 不相容原理 ，它正
好解釋電子怎樣分布在每個殼層內。由於這項工作，泡利在 1945 年獲得
了諾貝爾物理學獎。
