本書導讀

元素的有趣之處在于不同的元素有著不同的原子結構，不同的結構賦予了元素不同的性質。在區別不同元素的時候，化學家和物理學家會采取不同的辦法：化學家會關注這些元素在化學反應中表現出來的性質，而物理學家則更看重與這個元素的原子結構相關的一些數據。這些數據對于區分、描述每種元素十分重要，我在展示每種元素的時候會為其設置一張“名片”，記錄它們的一些較為常見、用途比較廣泛的信息。

元素序號：即原子序數，是該元素在元素周期表中的序號。它等于該元素的核電荷數，即原子核里的質子數或基態原子的核外電子數。例如，鈦（Ti）的原子序數是22，它的核電荷數就是22。

相對原子質量：也稱為原子量，是指單一原子的質量，其單位為原子質量單位（u），大小等于碳-12原子質量的1/12。由于電子的質量極小，而且質子和中子的質量相近，因此原子質量單位可以看作質子或中子的質量，一種元素的原子量可以近似看作其質子數和中子數的總和。但是，在大多數情況下，一種元素的原子量并不是一個整數，這是因為這個“單一的原子的質量”取自該元素的“典型樣本”，它往往是由多種具有不同質量的核素按照比例混合而成的（不同的取樣地點也會導致不同的比例）。因此，該元素的原子量就不再是整數了。例如，鈦的原子量為47.867，它是由質量數從46到50的鈦原子按照一定比例后混合得到的。

密度：這是一個非常理想的數據，是指絕對純凈的元素樣本的完美單晶在1物質單位體積下的質量，在宏觀層面上由于諸多原因而無法得到。固體和液體密度的常用單位為克/厘米3（g/cm3），氣體則是克/升（g/L）。

熔點、沸點：分別指在1標準大氣壓下，一種晶體由固態轉變為液態和由液態轉變為氣態的溫度，常用單位為攝氏度（℃）。例如，在1標準大氣壓下，鈦在1670攝氏度時會熔化變成液體，在3287攝氏度時會汽化變成氣體。

原子半徑：通常指原子的大小，它并不是一個精確的物理量，因為在不同環境、不同定義下， 它有著不同的數值（對于不同的元素使用不同的定義是更為科學的做法）。人們通常認為原子近似于一個球體，大小為30~300皮米（pm，即10-12m）。本書統一引用通過理論計算得到的數據。

原子發射光譜：由于每種元素都具有獨特的電子構型，當原子接收外來能量時，電子會被激發并再次回到基態，從而發射出具有特征波長的光線。相應的圖示展示了對應元素發射的譜線。

位置導覽圖：標明了該元素在元素周期表中的位置。你可以通過該元素和附近元素在周期表中的位置，發現它們的一些性質呈規律性的變化。

晶體結構：描述晶體內部的粒子規則排列的最基本的結構特征。我會在附錄中對這個概念進行更深入的解釋。

關于本書中展示的樣品，除了它們的照片以外，還有一些文字來描述或者解釋說明這些樣品，例如它們的外觀是如何形成的。對于一些顯微攝影照片，我還會標記顯微照片的實際寬度。希望這些說明能夠幫助你更好地欣賞本書中展示的樣品。現在，讓我們開始這場視覺的盛宴吧。

元素序號符號：

(22) Ti

相對原子質量：

47.867

密度：

4.507 g/cm3

熔點：

1670 ℃

沸點：

3287 ℃

原子半徑：

176 pm