重現(xiàn)化學(xué)

美麗科學(xué)與中國(guó)化學(xué)會(huì)合作項(xiàng)目重現(xiàn)化學(xué) |《生命的元素》
發(fā)布時(shí)間：2019年07月19日來(lái)源：中國(guó)化學(xué)會(huì)

2019年是聯(lián)合國(guó)“國(guó)際化學(xué)元素周期表年”，今年2月在法國(guó)巴黎舉辦的國(guó)際化學(xué)元素周期表年開幕式上，由中國(guó)化學(xué)會(huì)與美麗科學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合打造的科普視頻《重現(xiàn)化學(xué)》被組織方選為開幕式素材，在開幕式上進(jìn)行了播放，吸引了國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。（點(diǎn)擊查看詳情）

時(shí)隔數(shù)月，《重現(xiàn)化學(xué)》帶來(lái)最新力作《生命的元素》，點(diǎn)擊下方視頻，觀看“我們的身體主要由哪些化學(xué)元素組成？”

△ 生命的元素（片尾有彩蛋）

我們的身體由約37萬(wàn)億個(gè)細(xì)胞組成，這些細(xì)胞構(gòu)成了人體近80個(gè)器官（如心臟、大腦、肝臟等），支撐人類復(fù)雜的行為和情感。但你知道嗎，從化學(xué)元素的角度，我們身體約99.9%的重量來(lái)自于11種元素。上面的影片展示了這11種元素單質(zhì)的形態(tài)，另外元素名稱旁邊的數(shù)字是該元素在人體中的質(zhì)量百分比。

150年前，俄羅斯科學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律，繪制了世界上第一張?jiān)刂芷诒怼，F(xiàn)在化學(xué)元素周期表已經(jīng)成為科學(xué)家探索自然的重要工具。為了紀(jì)念這一偉大發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合國(guó)教科文組織將2019年定為國(guó)際化學(xué)元素周期表年（International Year of the Periodic Table of Chemical Elements），簡(jiǎn)稱IYPT2019。

△ IYPT2019官方logo

下面我們來(lái)了解一下組成我們身體的這11種重要元素（因?yàn)槊糠N元素在人體內(nèi)的分布和功能都很復(fù)雜，我們的文字不可能面面俱到，僅是簡(jiǎn)單的總結(jié)）。

碳氫氧氮磷硫

人體的質(zhì)量有一半以上都來(lái)自水。水由氫和氧組成的，氫元素很輕，所以水的質(zhì)量主要來(lái)自氧元素。這就解釋了為什么氧是人體內(nèi)質(zhì)量百分比最高的元素。

△ 氧（65.0%）

△ 氫（9.5%）

另外，地球上的所有生命都是碳基生命。除了水之外，組成生命的大部分物質(zhì)都是含有碳元素的有機(jī)物。這是為什么碳元素質(zhì)量百分比排在第二的原因。

△ 碳（18.5%）

人體內(nèi)的有機(jī)物分為四大類，分別是糖類、蛋白質(zhì)、核酸和脂類。

糖類（也稱為碳水化合物）主要由碳、氫、氧三種元素組成，主要為人體提供能量。

蛋白質(zhì)由21種氨基酸組成，所有氨基酸都包含碳、氫、氧、氮4種元素，其中少量氨基酸還含有硫元素。

△ 氮（3.2%）

△ 硫（0.3%）

核酸包括兩大類，脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），兩者都由碳、氫、氧、氮、磷5種元素組成。核酸是遺傳物質(zhì)，存儲(chǔ)著幾乎所有的生命奧秘。

△ 磷（1.0%）

脂類通常由碳、氫、氧組成。一些脂類可以幫助人體存儲(chǔ)能量。另一類非常重要的脂類——磷脂——是細(xì)胞膜的重要組分。顧名思義，磷脂也含有磷元素。

鈉鉀鎂鈣氯

當(dāng)我們用手觸碰物體時(shí)，鈉離子和鉀離子就開始在神經(jīng)元軸突的表面進(jìn)進(jìn)出出，改變細(xì)胞表面的電位，把信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)迅速傳遞給大腦。另外這兩種離子也對(duì)血壓有重要影響，尤其是鈉離子。為了身體健康，我們應(yīng)該注意對(duì)鈉（主要來(lái)自食鹽）的攝取。

△ 鈉（0.2%）

△ 鉀（0.4%）

鈣離子控制肌肉的收縮。對(duì)于我們的心臟，鈣離子控制心臟肌肉細(xì)胞收縮，而鎂離子幫助肌肉細(xì)胞舒張。在兩者的平衡作用下，我們才能維持正常的心跳。另外，鈣元素也是我們骨骼和牙齒的主要成分。鎂元素在很多酶中都可以找到，參與體內(nèi)大量的生物化學(xué)反應(yīng)。

△ 鈣（1.5%）

△ 鎂（0.2%）

我們體內(nèi)的氯元素主要以氯離子的形式存在。作為我們體內(nèi)最主要的陰離子，氯離子起到平衡體內(nèi)電荷的作用。另外，我們胃里的胃酸幫助我們消化食物，胃酸的有效成分是鹽酸（氯化氫），也含有氯離子。

△ 氯（0.2%）

— 幕后信息 —

如何在影片中展示靜態(tài)的固態(tài)元素單質(zhì)，是本片的難點(diǎn)之一。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們使用動(dòng)態(tài)鏡頭近距離拍攝固態(tài)單質(zhì)，得到更生動(dòng)的畫面。

如何區(qū)分外觀相似的元素單質(zhì)，是本片的第二個(gè)難點(diǎn)。比如對(duì)于晶體形態(tài)非常相似的鈉和鉀，我們僅拍攝了高純度的鈉晶體，而用切割一塊表面被氧化的鉀金屬的方式展示鉀，這樣也體現(xiàn)出鉀金屬很軟和在空氣中容易被氧化的性質(zhì)。

如何展示“顏值”不高的非金屬元素，是本片的第三個(gè)難點(diǎn)。對(duì)于石墨和紅磷，我們同時(shí)展示了其顏值更高的同素異形體——鉆石和黑磷，這種對(duì)比讓畫面更有沖擊力。對(duì)于硫磺，我們拍攝了硫磺粉受熱轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)彈性硫的過(guò)程。

最后，影片中精致的高顏值元素樣品（鈉、鎂、鈣、黑磷等）來(lái)自吳爾平的個(gè)人收藏，更多元素樣品的照片和它們背后的故事可以在他的網(wǎng)站上找到（網(wǎng)址：PeriodicTable.cn），而他正在撰寫的關(guān)于化學(xué)元素的圖書也即將在明年出版。

更多元素相關(guān)影片：《元素燃燒1》 | 《元素燃燒2》

攝影/文字：梁琰

重現(xiàn)化學(xué)是美麗科學(xué)和中國(guó)化學(xué)會(huì)的合作項(xiàng)目，也是2019年度科普中國(guó)孵化支持項(xiàng)目。

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