澄田夢久◎著

PART 1 喵太，我們來邂逅「元素」

01 地球表面是由哪些元素構成的呢？
喵太歪著頭，一臉困惑。因為汪爺剛剛對他說：「世上所有的物質，都是由元素組成的。」但喵太卻不太明白這是什麼意思。
喵太：那……地球上也是滿滿的元素嗎？
汪爺：沒錯，地球上到處都是元素。就像你知道的那樣，地球表面被水和大氣包覆。而地球本體又稱為固體地球，由地殼、地函（分為上地函與下地函）、以及地核（分為外核與內核）三層構成。詳細的部分就請元素導覽員來說明吧。
元素導覽員：地球表面的3分之2被海洋覆蓋。包括海水以外的湖泊、河川與冰雪等，合稱為「水圈」。水是由氫元素與氧元素結合而成的物質。氫的元素符號是H，氧是O。當兩個氫原子與一個氧原子結合時，就形成了H₂O，也就是水。海水則是這些水中溶解了許多氯化鈉（NaCl，含有氯Cl和鈉Na）及氯化鎂（MgCl₂，含有一個鎂Mg和兩個氯Cl）的液體。海水的成分，水約占97％，氯化鈉、氯化鎂等鹽分約占3％（見圖1）。地球表面的其餘3分之1，就是地殼。
另一方面，大氣層（又稱大氣圈）則由地表往上分成對流層、平流層、中氣層、增溫層等4層結構（見圖2）。大氣的主要成分，氮（N）約占78％，氧（O）約20％，氬（Ar）約0.93％，二氧化碳（CO₂，含碳C）約0.03％，以及水蒸氣與其他成分約占1％。
喵太：原來到處都是元素啊！我以前對元素完全沒興趣，不過聽了元素導覽員的解釋後，好像漸漸了解到物質的真面目，真的挺有趣的呢！可是為什麼氫要用H表示，氧又是O呢？
汪爺：嗯——這個嘛，看一下專欄(1)就知道囉。

02 地球內部是由哪些元素構成的呢？
喵太：那麼，地球的內部是怎麼樣的呢？
汪爺：如剛才所說，地球大致可分為地殻、地函和地核三層。地殻就是地球的表面，看圖1就能明白了。
元素導覽員：地殻的表層（平均深度30km）由花崗岩組成，愈深處則是由玄武岩等矽酸鹽礦物聚集而成。主要元素是氧（O，49.5％）和矽（Si，25.8％），其他還有鋁（Al，7.56％）、鐵（Fe，4.70％）、鈣（Ca，3.39％）、鈉（Na，2.63％）、鉀（K，2.40％）、鎂（Mg，1.93％）等。在整個地球的重量比中，鐵比氧還多（參見圖2、圖3）。
地函分為上部地函和下部地函。上部地函從地殻下方延伸約660公里。主要物質為橄欖岩，這是矽酸鹽礦物的一種，其主要成分為氧、矽、鐵和鎂。構成橄欖岩的主要礦物是橄欖石（玄武岩中含量高）。這些礦物在地函的壓力和高溫下會形成各種結晶，變化為高壓礦物（寶石）。
下部地函的深度從660公里到2900公里。所含物質與上部地函大致相同，但下部地函的矽含量較多。此外，上下地函為獨立的「雙層對流」。地核也分為外地核和內地核，主要為鐵，還有鎳和硫等元素。內地核是固態，而外地核是液態。
汪爺：嗯，內地核被液態的外地核包圍著。不過，內地核的壓力約400萬大氣壓，溫度可達約8000度。因此，為了降低密度，內地核中含有氫、碳、矽、硫等較輕的元素。
喵太：哇～地球果然真是神奇啊！

03 從廚房的烹飪器具與調味料來認識生活中的元素！
汪爺：對了，廚房裡也有各式各樣的元素，目前已確認的元素共有118種，其中大約8成是「金屬元素」喔。
喵太：哦～那剩下的呢？
汪爺：嗯，那就是「非金屬元素」。地球上雖然有上億種「物質」，但幾乎全部都是由包括碳（C）在內的、僅僅22種非金屬元素所組成的！
元素導覽員：物質可以分為「有機物（質）」和「無機物（質）」。雖然也有例外，但一般來說，含有碳（C）的化合物稱為有機物，其他的則是無機物。而無機物又可以分為金屬與非金屬（見圖1）。
另外，以人類所需的「5大營養素」來說，「碳水化合物」「蛋白質」「脂肪」「維生素」屬於有機物，而「礦物質」則屬於無機物。
汪爺：日本人的主食米飯，主要的元素有碳（C）、氫（H）、氧（O），此外還含有鈉（Na）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、磷（P）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、銅（Cu）、錳（Mn）。其他食物當然也都是由元素構成的，而廚房的器具亦然。像是水槽大多是由不鏽鋼製成的，而不鏽鋼的元素組成是鐵（Fe）、鉻（Cr）、鎳（Ni）。
元素導覽員：此外，鋼製菜刀是碳鋼製成的，包含鐵（Fe）和碳（C）；不鏽鋼菜刀則與水槽相同，是由鐵（Fe）、鉻（Cr）、鎳（Ni）組成；陶瓷刀由鋁（Al）和鋯（Zr）構成；鈦合金刀則是鈦（Ti）製的。
塑膠砧板有兩種材質，一種是聚丙烯樹脂（PP），另一種是聚乙烯樹脂（PE），不論哪一種，其元素都包括碳（C）與氫（H）；橡膠製砧板同樣是碳（C）與氫（H）；木製砧板則由碳（C）、氫（H）、氧（O）構成。而目前最受歡迎的是塑膠製砧板。

04 飲食中不可或缺的香料，其風味關鍵在於分子結構與礦物元素！
汪爺：人類的味覺有5種，也就是「鹹味、苦味、酸味、鮮味、甜味」，稱為「五味（5種基本味覺）」。
喵太：咦？那「辣味」不是基本味覺之一嗎？
汪爺：辣味和澀味並不是透過味覺神經感受到的，而是由痛覺等其他感覺感知，因此不屬於基本味覺。此外，像鹹味、苦味、酸味這些味道的來源物質，其實都與「礦物元素」有很大的關係喔。
元素導覽員：至於「香氣（氣味）」呢，主要是由氫（H）、碳（C）、氮（N）、氧（O）、硫（S）、磷（P）、氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）等元素所組成的化合物決定的。
汪爺：例如黑胡椒、辣椒、芥末、黃芥末等辛香料，大致上都以碳（C）、氫（H）、氧（O）為主要元素，另外可能混有少量的氮（N）與硫（S）。它們之間的差別主要就在於化學式不同而已。
喵太：化學式不同會有什麼差別呢？
汪爺：化學式不同，分子結構就會改變。結果就是，我們可以藉由分析這些不同的分子結構，來研究食物中的毒性成分、甜味成分、辛辣成分、苦味成分等。
元素導覽員：例如，胡椒的主要成分是胡椒鹼（Piperine），其元素組成為碳（C）、氫（H）、氮（N）、氧（O），化學式是C₁₇H₁₉NO₃。而辣椒的辛辣成分是辣椒素（Capsaicin），同樣含有碳、氫、氮、氧四種元素，但化學式是C₁₈H₂₇NO₃。雖然元素相同，但只要化學式不同，分子結構就會改變。分子結構一變，我們所感受到的味道也就會不同。可以參考分子結構示意圖（見圖1）。另外，也提供一些家庭中常見的辛香料與其相關的礦物元素，讓大家參考。

專欄(1) 元素導覽員解說：元素的名字是怎麼決定的？
「為什麼氫是H、氧是O呢？」
在第01篇裡，喵太曾經這麼問過。
目前，決定元素名稱的是IUPAC（國際純粹與應用化學聯合會）。命名並沒有特別的規則，因此名稱來源相當多種，可能取自天體名、神話名、人名或地名等。不過，據說不能以企業或組織的名字來命名。
至於喵太歪著頭問的「為什麼氫是H呢？」這個「氫」的名稱，是由法國化學家安托萬・拉瓦節（Antoine Lavoisier，1743–1794）所命名的。他發現「當某種氣體與空氣混合後點燃，會爆炸並生成水；而這種氣體的密度非常輕，因此可稱為可燃性空氣」於是，他將希臘語中的hydro（水）與genes（生成）結合，命名為Hydrogen（日文譯為「水素」，中譯為「氫」，元素符號H）。像是氧氣（Oxygen）與「氮氣（Nitrogen）等名稱，也都是由拉瓦節所命名。他根據新發現元素的化學性質加以定義並命名，因此被譽為「近代化學之父」。
拉瓦節共確認了33種元素，之後陸續有新元素被發現。於是就需要一個能制定與統一命名規則、共享資訊的國際機構。因此在1919年，IUPAC（International Union of Pure and Applied Chemistry，國際純粹與應用化學聯合會）成立。它的前身是1911年成立的國際應用化學協會（International Association of Chemical Societies），是由54個國家與3個相關組織的化學會與科學院共同組成的國際機構（截至2023年第52屆總會，參與國數為55國）。元素名稱的認定，依照命名法務委員會所制定的「IUPAC命名法」決定。總部位於瑞士蘇黎世（Zurich），而秘書處設在美國北卡羅來納州的研究三角園區（Research Triangle Park）。
雖然元素名稱的正式認可由IUPAC負責，但提出名稱並申請的權利屬於元素的發現者或發現團隊。因此，過去蘇聯與美國的研究團隊曾為了誰先發現新元素而發生爭執。換句話說，有時也會上演一場帶著人性的「名譽之爭」。

05 新鮮蔬菜中富含維他命與礦物質！
喵太：對了，我們也來調查看看蔬菜吧！像是白蘿蔔、紅蘿蔔、馬鈴薯、蔥、小黃瓜之類的。
汪爺：還有豆芽、白菜、高麗菜、牛蒡……要是開始數起來，可是多得不得了啊。
喵太：一直問元素導覽員也不行呢，得自己查查看！首先是白蘿蔔！白蘿蔔的營養成分是熱量18 kcal、蛋白質0.5g、碳水化合物4.1g、礦物質約300mg、維生素C 12mg、膳食纖維1.4g。不過，這是白蘿蔔「白色部分」的數據，聽說葉子的成分又不太一樣喔。
汪爺： 哦？那有什麼不同呢？
喵太： 葉子的熱量25 kcal、蛋白質2.2g、碳水化合物5.3g、礦物質約780mg、維生素E 3.8mg、維生素C 53mg、膳食纖維4g、β-胡蘿蔔素3900µg（※），所以營養價值很高呢！
汪爺：那元素構成呢？
喵太：蛋白質由氫H、碳C、氮N、氧O、硫S這5種元素組成；碳水化合物則是氫H、碳C、、氧O。至於礦物質，裡面含有鈣Ca、鎂Mg等元素。
汪爺：礦物元素負責構成人體並調節其機能；而作為有機化合物的維生素，則在維持身體正常運作上扮演重要角色。這兩種都必須從食物中攝取，因此要多吃同時富含礦物質與維生素的蔬菜才行啊。
元素導覽員：順帶一提，白蘿蔔的辛辣成分是具殺菌、解毒作用的「異硫氰酸鹽（又稱烯丙基異硫氰酸酯）」，它是一種由碳C、氫H、氮N、硫S所構成的含硫化合物。含有異硫氰酸鹽的蔬菜，還包括芥末與生薑等。那麼，下一頁我們就來看看各種食物的礦物元素及其含量吧。
※μg（微克，microgram）是一種單位，等於1mg的千分之一，也就是1g的百萬分之一。

PART 1 喵太，我們來邂逅「元素」

01 地球表面是由哪些元素構成的呢？
喵太歪著頭，一臉困惑。因為汪爺剛剛對他說：「世上所有的物質，都是由元素組成的。」但喵太卻不太明白這是什麼意思。
喵太：那……地球上也是滿滿的元素嗎？
汪爺：沒錯，地球上到處都是元素。就像你知道的那樣，地球表面被水和大氣包覆。而地球本體又稱為固體地球，由地殼、地函（分為上地函與下地函）、以及地核（分為外核與內核）三層構成。詳細的部分就請元素導覽員來說明吧。
元素導覽員：地球表面的3分之2被海洋覆蓋。包括海水以外的湖泊、河川與冰雪等...

聽到「元素」這個詞，或許你會覺得有點陌生。一般來說，國中2年級的理化課會學大約15～20種基本的元素符號。不過，大多數人都覺得記這些符號很痛苦。因為只能死記硬背，很難產生親切感。也許是因為用英文字母表示的符號，難以在腦中想像出其實體的關係吧。例如金、銀、白金這些我們能想像得到，但看到它們的元素符號Au、Ag、Pt，卻不太能感受到實際物質。因此，如果要讓孩子們對元素產生興趣，教學方式可能就要多加巧思。
回顧元素概念的歷史，最早可追溯至西元前6世紀。希臘哲學家泰利斯（Thales）提出：「萬物的根源是水，一切事物皆由水生成，最終又歸於水。」這便是所謂的「萬物一元論」。也就是說，自然界中存在的萬物雖形態千變萬化，但皆由同一種根源物質所構成，這種物質是不滅的，只是以不同的形態展現於自然現象之中。此外，在佛教典籍中的「四大」說法裡，認為萬物由「地、水、火、風」構成；而在泰利斯之後的希臘哲學中，則主張萬物由「火、水、空氣、土」4元素組成。然而，這些都只是相當原始、質樸的「元素論」。
直到17世紀，元素的概念才被賦予化學上的根據。波以耳（Robert Boyle）在《懷疑的化學家》一書中寫道：「所有的複合物質，在分解到最後，會達到一種無法再分解、原始而單純的物質，這就是元素。」這便成為近代元素概念的開端。之後，許多化學家與物理學家致力於研究元素，到了19世紀末，隨著貝克勒（Becquerel）發現放射能，以及居禮夫婦發現鐳，元素的分離現象得到了實證。這也使得「無法分解的原始物質」這一定義變得不再穩固。因此，現代對元素的定義是：「以特定質子數所代表的一種物質種類，稱為元素。」
在這漫長的新元素發現之旅中，日本人發現的「鉨（Nh，Nihonium）」可說是令人驕傲的一項成就。它在2016年11月被IUPAC（國際純粹與應用化學聯合會）正式認定為第113號元素，也是第一個由歐洲與美國以外的國家所命名的元素。鉨是以原子序30的鋅，加速至光速的10％作為粒子束，撞擊原子序83的鉍而成功合成的新元素。
另外，本書出版的時期正值電影《奧本海默》上映，也讓人不禁感到某種宿命的連結。那部電影講述的，是利用原子分解（核分裂）所釋放的能量製成武器的故事，許多物理學家當時甚至預言，這樣的能量擴散可能導致地球的毀滅。
順帶一提，如果用「化學」來解釋化學，就會因為太多專業術語而變得艱澀難懂。因此，本書特別設計了兩位引導角色——對化學一竅不通的「喵太」與「汪爺」，而正式的解說部分則由「元素導覽員」負責。這樣的編排，是為了讓內容更容易閱讀、也更容易理解。小說家、劇作家井上厦曾說過：「要把困難的事說得簡單，把簡單的事說得深入，把深入的事說得有趣，把有趣的事說得認真，把認真的事說得愉快，而愉快的事則要徹底地愉快。」（摘自劇團「小松座」機關誌《the座》，1989年9月刊）本書或許還達不到那樣的境界，但如果能讓讀者稍微覺得內容更易懂一些，那就再好不過了。

聽到「元素」這個詞，或許你會覺得有點陌生。一般來說，國中2年級的理化課會學大約15～20種基本的元素符號。不過，大多數人都覺得記這些符號很痛苦。因為只能死記硬背，很難產生親切感。也許是因為用英文字母表示的符號，難以在腦中想像出其實體的關係吧。例如金、銀、白金這些我們能想像得到，但看到它們的元素符號Au、Ag、Pt，卻不太能感受到實際物質。因此，如果要讓孩子們對元素產生興趣，教學方式可能就要多加巧思。
回顧元素概念的歷史，最早可追溯至西元前6世紀。希臘哲學家泰利斯（Thales）提出：「萬物的根源是水，一切事物皆由水...

前言

PART1 喵太，我們來邂逅「元素」
01 地球表面是由哪些元素構成的呢？
02 地球內部是由哪些元素構成的呢？
03 從廚房的烹飪器具與調味料來認識生活中的元素！
04 飲食中不可或缺的香料，其風味關鍵在於分子結構與礦物元素！
●專欄(1) 元素導覽員解說：元素的名字是怎麼決定的？
05 新鮮蔬菜中富含維他命與礦物質！
06 魚與肉飽含主要4元素與5大營養素！
07 為什麼水果變成乾果後，礦物質與營養成分會大幅增加呢？
08 冰箱與電鍋的堅固外殼是由鐵與鋁打造的！
09 白熾燈、螢光燈與LED的構造及燈泡中的元素是什麼？
10 電視等家電產品中大量使用了金屬元素？
11 電腦與智慧型手機中不可或缺的稀有金屬！
12 鉛筆芯與鑽石是相同的元素！？原子筆的墨水中又含有哪些元素？
13 日本的硬幣除了1日圓外，幾乎都是銅合金！
14 從運動鞋的材質差異和它們各自有哪些元素？
15 自行車的價格差異竟取決於車架的材料！
16 電動車（EV）的動力關鍵在於鋰離子電池！
17 驅動磁浮列車的是「鈮鈦」超導磁鐵！
18 賽艇的船體是由玻璃纖維與碳纖維製成的！
19 噴射客機不可或缺的材料是「超硬鋁」！
20 煙火綻放的色彩來自於元素的「焰色反應」！
21 寶石閃閃發光，是因為元素在岩漿中彼此競爭展現魔法？
22 人類身體中99%是由11種元素組成的！

PART2 喵太，認識 118 種「元素」
元素週期表
元素資料的閱讀方式
第 1 週期
1 H 氫（Hydrogen）／2 He 氦（Helium）
第 2 週期
3 Li 鋰（Lithium）／4 Be 鈹（Beryllium）
5 B 硼（Boron）／6 C 碳（Carbon）
7 N 氮（Nitrogen）／8 O 氧（Oxygen）
9 F 氟（Fluorine）／10 Ne 氖（Neon）
●專欄(2) by汪爺 什麼是「貴氣體」！？
第 3 週期
11 Na 鈉（Sodium）／12 Mg 鎂（Magnesium）
13 Al 鋁（Aluminium）／14 Si 矽（Silicon）
15 P 磷（Phosphorus）／16 S 硫（Sulfur）
17 Cl 氯（Chlorine）／18 Ar 氬（Argon）
第 4 週期
19 K 鉀（Potassium）／20 Ca 鈣（Calcium）
21 Sc 鈧（Scandium）／22 Ti 鈦（Titanium）
23 V 釩（Vanadium）／24 Cr 鉻（Chromium）
25 Mn 錳（Manganese）／26 Fe 鐵（Iron）
27 Co 鈷（Cobalt）／28 Ni 鎳（Nickel）
29 Cu 銅（Copper）／30 Zn 鋅（Zinc）
31 Ga 鎵（Gallium）／32 Ge 鍺（Germanium）
33 As 砷（Arsenic）／34 Se 硒（Selenium）
35 Br 溴（Bromine）／36 Kr 氪（Krypton）
●專欄(3) by 汪爺 真是無情！Nipponium的悲劇
第 5 週期
37 Rb 銣（Rubidium）／38 Sr 鍶（Strontium）
39 Y 釔（Yttrium）／40 Zr 鋯（Zirconium）
41 Nb 鈮（Niobium）／42 Mo 鉬（Molybdenum）
43 Tc 鎝（Technetium）／44 Ru 釕（Ruthenium）
45 Rh 銠（Rhodium）／46 Pd 鈀（Palladium）
47 Ag 銀（Silver）／48 Cd 鎘（Cadmium）
49 In 銦（Indium）／50 Sn 錫（Tin）
51 Sb 銻（Antimony）／52 Te 碲（Tellurium）
53 I 碘（Iodine）／54 Xe 氙（Xenon）
●專欄(4) by元素導覽員 長度單位是由元素決定的？
第 6 週期
55 Cs 銫（Cesium）／56 Ba 鋇（Barium）
57 La 鑭（Lanthanum）／58 Ce 鈰（Cerium）
59 Pr 鐠（Praseodymium）／60 Nd 釹（Neodymium）
61 Pm 鉕（Promethium）／62 Sm 釤（Samarium）
63 Eu 銪（Europium）／64 Gd 釓（Gadolinium）
65 Tb 鋱（Terbium）／66 Dy 鏑（Dysprosium）
67 Ho 鈥（Holmium）／68 Er 鉺（Erbium）
69 Tm 銩（Thulium）／70 Yb 鐿（Ytterbium）
71 Lu 鎦（Lutetium）／72 Hf 鉿（Hafnium）
73 Ta 鉭（Tantalum）／74 W 鎢（Tungsten）
75 Re 錸（Rhenium）／76 Os 鋨（Osmium）
77 Ir 銥（Iridium）／78 Pt 鉑（Platinum）
79 Au 金（Gold）／80 Hg 汞（Mercury）
81 Tl 鉈（Thallium）／82 Pb 鉛（Lead）
83 Bi 鉍（Bismuth）／84 Po 釙（Polonium）
85 At 砈（Astatine）／86 Rn 氡（Radon）
●專欄(5) by汪爺 五位諾貝爾獎得主！居禮夫婦家族的傳奇
第 7 週期
87 Fr 鍅（Francium）／88 Ra 鐳（Radium）
89 Ac 錒（Actinium）／90 Th 釷（Thorium）
91 Pa 鏷（Protactinium）／92 U 鈾（Uranium）
93 Np 錼（Neptunium）／94 Pu 鈽（Plutonium）
95 Am 鋂（Americium）／96 Cm 鋦（Curium）
97 Bk 鉳（Berkelium）／98 Cf 鉲（Californium）
99 Es 鑀（Einsteinium）／100 Fm 鐨（Fermium）
101 Md 鍆（Mendelevium）／102 No 鍩（Nobelium）
●專欄(6) by元素導覽員 夢的啟示而誕生「元素週期表」？
103 Lr 鐒（Lawrencium）／104 Rf 鑪（Rutherfordium）
105 Db 𨧀（Dubnium）／106 Sg 𨭎（Seaborgium）
107 Bh 𨨏（Bohrium）／108 Hs 𨭆（Hassium）
109 Mt 䥑（Meitnerium）／110 Ds 鐽（Darmstadtium）
111 Rg 錀（Roentgenium）／112 Cn 鎶（Copernicium）
113 Nh 鉨（Nihonium）／114 Fl 鈇（Flerovium）
115 Mc 鏌（Moscovium）／116 Lv 鉝（Livermorium）
117 Ts 鿬（Tennessine）／118 Og 鿫（Oganesson）

前言

PART1 喵太，我們來邂逅「元素」
01 地球表面是由哪些元素構成的呢？
02 地球內部是由哪些元素構成的呢？
03 從廚房的烹飪器具與調味料來認識生活中的元素！
04 飲食中不可或缺的香料，其風味關鍵在於分子結構與礦物元素！
●專欄(1) 元素導覽員解說：元素的名字是怎麼決定的？
05 新鮮蔬菜中富含維他命與礦物質！
06 魚與肉飽含主要4元素與5大營養素！
07 為什麼水果變成乾果後，礦物質與營養成分會大幅增加呢？
08 冰箱與電鍋的堅固外殼是由鐵與鋁打造的！
09 白熾燈、螢光燈與LED的構造及燈泡中的元素是什麼？
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