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会被人体误摄入的化学元素与碱金属的定义


实验室k / 2019-01-12

       为了防止核电站事故导致的内照射(指放射性核素进入生物体,使生物受到来自内部的射线照射),各类电视节目与报刊都反复强调:

       “要防止铯在体内沉积,最好的方法就是多摄入钾。”

       “要防止人体积蓄过多的锶,就要多补钙。”

       这是为什么呢?

       请看元素周期表。铯和钾在同一列,相隔一行。锶就在钙的正下方。“位于同一列”的位置关系,就是解读周期表的关键,也体现出这两种元素容易造成内照射的根本原因。

       钾是人体必不可缺的元素之一,神经与肌肉细胞的活动都离不开它,所以人体会积极摄取钾元素。而铯的最外层电子数和钾的相同,人体会误以为铯就是钾,加以吸收。

       要是我们已经摄入足够的钾,身体就会做出判断“不需要更多的钾了”,降低吸收钾的频率,从而降低人体吸收铯的风险。

       锶和钙的关系也是如此。锶的最外层电子状态与它上方的钙很相似,所以人体很容易产生误会。要防止人体吸收锶,最行之有效的方法就是平时多补钙。


       铯的原子序数是55。也就是说,它的原子核里有55个质子,原子核周围有55个电子。但这些电子并不是到处乱转。它们的运行方式(即“电子轨道”)有明确的规律。

       铯和钾相似在哪里?它们的最外层轨道都只有1个电子。铯一共有55个电子,除了最外层的那1个,剩下的54个都分布在内层轨道上,刚好把位子占满了。只有多出来的那个孤零零地在最外面转圈。对人体细胞来说,这一点至关重要。

       其实,最外层的电子排布直接决定了许多元素能发生怎样的化学反应,铯也不例外。当然,内层轨道的电子状态也不是与化学反应完全无关,但最外层电子数起到了决定性作用。

       比如,当原子要和另一个原子组合成一个分子时,两个原子会相互接近,发生反应。和外来原子发生反应时,最外层电子起到的作用肯定是最大的,这一点大家应该都能想通吧。

       钾的原子序数是19,所以它的质子数量和电子数量都是19个。18个电子把内层的轨道填满了,只有多出来的那1个在最外层轨道运行。

       下图是铯与钾的电子排布示意图。钾的体积比铯小得多,但这两种元素都只有1个电子孤零零地在最外层运行。


       铯和钾都位于周期表最左侧的第1列。这一列的元素有氢(H)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)(重量由轻到重)。

       如下图所示,这些元素的内层电子数量各不相同,但是最外层轨道都只有1个电子。


       除了氢,其他属于这一列的元素被统称为“碱金属”。它们很容易失去最外围的那个电子,形成+1价的阳离子,其他化学性质也非常相似。它们都是金属,但是能溶于水,形成碱性溶液,因此得名。

       氢之所以被排除在碱金属之外,是因为它一共只有1个电子,原子本身就很小,这对它的反应模式和性质产生了影响。这一列中,只有氢是气体,不是金属。

       不过,当我们向氢施加400万个大气压时,它就会变成金属,称“金属氢”。金属氢呈现出的性质与碱金属非常相似。因此科学家们普遍认为,在气压巨大的木星与土星内部,也许真的存在金属氢。

       将氢和碱金属放进周期表一看,就会发现它们排成整齐的一列,最外层电子的状态也像上图显示的那样一目了然。可以说,周期表的真髓,就是能作出这样的解读。

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