第一章 地理1.地形

欢迎您到王国来。这是一个想象中的国家，但它比看上去更实在，它就

是化学元素的王国。一切有实体的东西都由王国里的物质构成。王国的幅员并不辽阔，只有一百来块领地（以下我们经常用“领地”一词代表元素）， 但却拥有构成我们现实世界中每一样东西的物质。我们故事中讲到的这上百种元素能造就出所有行星、岩石、植物和动物。这些元素还是空气、海洋和地球的基本成分。我们依赖元素，食用元素，甚至我们自身就是各式各样元素组合的。由于我们的大脑由元素构成，所以从某种意义上讲，我们的思想意识也是由王国居民——各种元素所具有的特性产生的。

事实上，这一王国并非是一群乌合之众，而是一个有着严密组织的国家， 这里每块领地的臣民都与相邻领地的臣民亲密无间，各个领地之间几乎没有明显的界线，因为王国地形的主要特征就是逐渐过渡：平原与平缓的山谷相连，又逐渐沉降为深不可测的峡谷；山坡从平原缓缓升起，又渐渐形成耸入云端的高山。当然，这些都是想象和比拟，为的是让我们感觉正在王国旅行。要记住这样一条原理，不仅这个物质世界是由上百种元素构成的，而且这些元素有着一定的排列模式。

我们眼下的目的是了解元素排列模式，熟悉王国地域情况。从图 1 的上端，也就是从氢元素开始，直到相隔很远的铀元素以外地区，展现出一片美妙景色。目前，对铀元素以外地区，人们已有所知，但在更远处尚有一道未勘察过的地界，有待未来的哥伦布去发现。离我们较近的是比较熟悉的地区， 即碳、氧、氮、磷、氯和碘的领地。在初步观察后，我们还要熟悉更多的领地，了解一下这些地区是否为旱地、沼泽、湖泊或牧场。

即使从这样的高度，我们也能看出王国地形的全貌（见图 1）。一些地区闪闪发光，那是由金属组合的。这些地区连在一起，位于我们所要说的西部沙漠。整个沙漠情况大体一致，但淡淡的阴影处显示出不同的特点。浅浅的色斑随处可见，如同人们常见的金子闪光和铜的红色泛光。十分奇怪的是， 这些荒芜的地区竟占了王国的大部分（109 种元素中的 86 种），然而，这个王国仍能为我们这个真实世界提供丰富的物质！物质的丰富表明，认为沙漠贫瘠是一种错觉。当我们接近它时将会发现，它的矿藏十分丰富。从广泛的物理和化学性质来讲，荒凉的地表事实上有很多性格不同的臣民。到更近处去观察留待以后。我们此刻还远在这片国土的上空，它的丰富多采还不十分明显。

即使从这样的高处俯视，东部地表的景色也是变化多端的。这里是王国中地势比较平坦的地区，并能看到一个湖泊。但很明显这不是一个普通王国， 因为这里的湖泊不像地球上的湖泊那样清澈，呈现灰色或蓝色，而是深红色或近于褐色。这块领地属于嗅，是这一奇特国度里仅有的两个湖泊之一。另一个湖泊在西部沙漠的东部边缘，且外表很不一样，它发出刺眼的银色光泽。这里属于汞，是在金属的乱石中出现的一个清澈湖泊。

东部的陆地形态多样，色彩丰富，接近东部海岸处变化更大。首先，西部沙漠在这里逐渐转变，有些地方看起来是金属的领地，但金属性已经变弱， 而具有两性，这样的元素包括硅和砷，以及不大为人们所知的碲和钋。看来，

这里的土地在化学上是丰产的，但在这块不寻常的土地上实际情况可能与我们最初的印象不同。在同一高度上，我们能够很明显地看出地表的颜色。有常见的硫黄色强烈闪光。与硫相邻的是硒，它似乎随季节变化，一会儿呈现银灰色，一会儿呈现宝石红的颜色，表明它具有两性。一种单纯的物质怎么会具有如此不同的色彩呢？并不只是硒有这样的变化。普通的碳元素也有这种奇特的变化：最常见的碳呈乌黑色，但它能转变成闪亮的钻石、钢灰色的石墨和最近发现的呈浅棕色微晶状蒙脱石。我们必需认识已知元素的不同变形，以及怎样用比喻的方法称呼它的“季节”，因为不知道“季节”会导致混淆，而我们登上王国的陆地时会发现处在任何一个季节里的元素。

接近东部海岸处，地表颜色的变化更大。最明显的是卤素，这是领地间有着紧密结合的一个家族，包括清澈的红色溴湖。在同样的高度上，我们能看出它们的色彩层次，从远在北方毫无颜色的氟加深到黄绿色的氯，再变成与氯相邻的红色的溴。溴的南面，接近南部海岸处是闪烁发光的紫黑色碘。碘的南面是元素砹，关于砹的其他情况一无所知。就像在真实世界里常见的那样，之所以不了解砹，是因为还没有找到它的用处。如果你从来听说过砹， 是因为它是一块未开发的不毛之地，去了解它似乎没有什么意义。砹在王国里只是一块表面上调查过的领地。

这一地带的颜色变化是这里的元素在特性上渐变得较为明显的情况之一。它以悦目的色彩变换引起人们的注意，并且使人想到也许有更为微妙的潜在变化趋势，需要更加密切地去观察，甚至去发现和识别。实际情况就是如此，当我们步行穿过王国时，需要注意这样的变化，因为变化本身表现得并不那么清楚。研究化学变化过程的一部分乐趣就在于揭示出潜在的周期性变动，周期性变动遍及王国的各个领地，并把各个领地联合成一个个家族。总的变化趋势基本上是肉眼难以辨认的。正如我们看不见所呼吸的空

气，有些领地属于气体，看起来缺乏物质。那些看上去无人居住的领地位于王国东部和东北部的海岸上，形成一些空无所有的海岸面，似乎还不如西部沙漠富足。但这样的海岸面非常有用，那里有宇宙生命的先驱——氧。氧对有机生命是那样重要，一刻也不可缺。我们带着氧气瓶潜水或去月球；我们把它输入垂危的人体，维持人的生命；我们用管子把它吸入发动机又喷出来使机器运转和排出废气。氧有激发生机的本质，没有氧，生机和运动就要终止。王国北部边缘上这一貌似无物质的地区就具有这样的潜在能力。

这种看不见的潜能并非氧独有。它的西面邻区氮看起来似乎也没有物质，但氮对于生命同样必不可少。许多生物学上的和工业上的化学活动都集中于从地球的大气中吸取氮，大气中的氮非常丰富。人们把对它的吸取称为“固氮”。固氮是地球上极为重要的化学活动，就像光合作用，将空气中以气态二氧化碳形式存在的碳固定下来。在人类开始主宰地球之前，早就需要使氮得到固定，因为蛋白质由氮合成，而蛋白质又是一切有机生物必不可少的。甚至遗传信息一代代留传也要依靠氮，因为它是脱氧核糖核酸的组成部分。如果没有这一表面上看来荒芜的领地——氮，就不可能有遗传，不仅生命将终止，而且一切活动都将停止，因为没有了生命的齿轮——蛋白质。没有氮，光合作用不会发生，就如同上紧了发条而没有联结它的齿轮。

东部海岸的领地是另外一种情况。那里也属于气体，但主要是惰性气体。自 19 世纪末从事化学研究的“麦哲伦”首先发现这些领地以来，它们已有过各种名称，人们认为这类气体稀少，一度称之为“稀有气体”。它们之中有

些气体确是稀少，但并不都是这样。例如，地球大气中的氖就比二氧化碳还要多。地球上的氦很少，但在整个宇宙中氦却非常多，它在宇宙所有的气体中占 25％，数量上仅次于氢。尤其是东海岸最南处的氡，已多至危险的程度， 致使世界各地出现天然放射现象，足以令人担心。因此，对于这些极为丰富的气体来说，“稀有”一词已不太合适而被放弃。这一海岸地带长时期没有被发现，是因为上述元素既不与别的元素化合，彼此之间也不化合，所以在命名过程中又把它们称做“不起化学作用的”气体。对于过去想要通过对化合起来的元素进行分析以求了解各个元素的化学家们来说，这些沿海领地仍是看不见，甚至是不可知的。然而在近代，对这些元素进行处理使之结合的尝试已获得成功，沿海领地的贫瘠已得到改观。这并不是说沿海沙漠现在已繁花似锦，而只是有少许的繁荣，从化学观点来看，只相当于萌发出一根小草而已。以上所述也只能说明“不起化学作用的”不过是表示性质和特性的形容词。作为最后的一着，对这些领地的命名使用“惰性”一词，将那里的各个领地通称为惰性气体。如此定名并不是想要含有化学意味，而是为了简洁高雅。

简言之，这个国家总的布局是西部属于金属区，向东逐渐过渡为景观不同的非金属区，东部海岸线上基本是惰性元素。大陆的南面有一个近海岛屿， 我们将称之为南方岛屿，该岛完全由特性有微妙转变的金属组成（如下文所述）。大陆的北面有一个孤立的元素——氢，它在位置上颇似靠近西北欧边缘的冰岛。这一单纯而有天赋的元素是王国的重要前哨阵地。尽管它很单纯， 但富有化学特性。它也是宇宙中最丰富的元素及恒星的燃料。