重塑元素世界观

历史上，化学元素曾引发了人类社会的变化。如今的新能源时代，元素在体现人类可持续商业文明方面，起到了史无前例的作用。

1817年，锂这一元素被发现，但在相当长的一段时间里都受到冷落。锂只能作为“工业味精”在玻璃、陶瓷、润滑剂、制冷剂、冶金、制药和化学试剂等传统领域被使用。

200年后，当人类进入新能源时代，锂成了最抢手的香饽饽，锂离子电池供应链成为电动汽车行业发展关键，在推动全世界朝可持续发展，创建新的商业文明方面起到了举足轻重的作用。

锂的密度大约只有水的一半，是密度最低的金属。它是第二周期的第一种元素。这个原本广泛存在于地球矿物质中的元素，随着人类科技的发展，越发受到重视。它的经历再一次证明了，作为自然科学的中心学科，化学史和人类史紧密相随。从陶器、木器发展至后来的铜器、铁器，直到现代社会随处可见的塑料、纤维和半导体，每一种材料都让人类社会发生了翻天覆地的变化。

孙亚飞是清华大学化学博士、中国科学院自然科学史研究所特别研究助理，也是第十七届文津图书奖获奖作品《元素与人类文明》的作者。他在《元素与人类文明》一书中，选取了金、铜、硅、碳、钛代表人类文明不同时期的五大元素，从寻金猎人到钛合金人造关节，跨越数千年真实再现人类的发展以及对自身的不断反省，重塑大众的化学世界观。  

《元素与人类文明》      化学元素究竟会在多大程度上左右着人类文明的走向？卖灯具的摊位上，LED灯仿佛一夜之间取代了普通的钨丝灯泡，出现在最显眼的位置；岩画创作者也许从不了解岩石内部的硅结构，可凿刻于石头上的画作却跨越了时空，成为如今研究文明发展过程的证据。不管人类是否已经意识到化学元素的存在，文明却一直都在这些元素的背景板上延伸。时空变幻，唯有化学元素保持了定力，记录下那些人类文明的精彩瞬间。  《元素与人类文明》是以五种重要的化学元素金、铜、硅、碳、钛为主线，在确保科学性的前提下，将这些元素与人类文明的关联展现出来，让喜爱历史、探险类的读者在精彩的故事中了解元素对人类文明所产生的不可替代的影响，激起读者的阅读兴趣。化学元素并不是一个个冷冰冰的符号，它们所参与的化学反应，也不是只在实验室发生。事实上，任何一个化学元素背后，都有着非常浓烈的人文味道。每一个元素都是独一无二的，它们有着不同的光谱，反射出人类文明的不同面。正是化学元素的变迁，向宇宙证明：我们曾来过。

他认为，在人类发展的过程中，各种化学元素的作用非常重要。某些化学元素以稳定的特性帮助人类保留了古代的文化财产，刻下了某些技术曾经存在的痕迹，印证了人类文明变迁的过程。

在地球上，几乎所有的岩石都离不开硅。硅元素是地壳中的第二大元素，仅次于氧元素，硅和氧的总量大约占到地壳的四分之三。硅元素在陆地和海洋中都分布比较广泛，在海洋中多被硅藻吸收，在陆地上被各类植物吸收。地壳中的硅经过风化作用之后形成可溶性的硅酸盐，植物就是以单硅酸的形式来吸收环境中的硅，由此进入生物地球化学循环。硅在植物体内形成植硅体，在植物衰老和死亡后跟随掉落，一起返回到环境中去，完成循环。

孙亚飞在《元素与人类文明》中称，人类诞生在地球这样一颗以硅氧元素作为骨架的行星上，对文明的繁衍与发展来说是件幸事。这些硅酸盐无论是火成岩，或是变质岩，又或是沉积岩，通常都具有一定的强度，硬度也适中，体积有大有小，熔点颇高无惧火烧，溶解度小不畏水溶，而且还可以用雕磨的方式成型。

在历史上，将硅分离出来是一件很难的事情。隔了很长时间，人们得到单质硅后，一直到20世纪下半叶，它才成为人类未来科技的重要元素。1971年，英特尔公司的费金工程师制造出了世界上第一个商品化的CPU微处理器：Intel 4004，它被称为“超大规模集成电路”，第四代计算机时代到来了，它基于的就是硅元素，这个时代也被誉为“第四代计算机时代”。一直到今天，几乎你手中的每一个消费电子产品都有一颗硅的心脏。

唐朝时期，陶器艺术出现了一次巨大飞跃，出现了一种多彩的釉陶，史称“唐三彩”。这种技艺好比将陶器当成了画布，以彩釉作为油墨，整个烧制过程如同绘画一般，由此出炉的陶马、陶仕女俑，均具有层次鲜明、色彩艳丽的形象，堪 称一绝。这些彩釉往往是一些无机金属氧化物，因为元素种类与比例的不同，呈现出不同的色彩，例如钴的蓝色、锑的黄色，还有锰的紫色。在火焰灼烧之下，这些氧化物与硅酸盐融合，由此反射出多变的光泽。虽然受到塑料制品的冲击，陶瓷制品正在退居二线，但陶瓷加工技术没有停滞不前，反而随着时代发展而突飞猛进。

在拿破仑时代，拿破仑曾用一把铝制的刀叉，而其他人则用的是银制的餐具。是拿破仑不知道银制餐具更贵重吗？不然。主要是因为当时社会上刚刚研究出提炼铝元素的法门，可谓“银器易得、一铝难求。”拿破仑独享“铝具”恰恰是要彰显他的尊贵地位。

当然，“不可否认，化学给地球带来了一定程度的污染。”孙亚飞说。

孙亚飞      青年科普作家，从事科学传播及新能源领域的研究与产业化工作。高中参加化学竞赛保送进入北京大学化学学院，后于清华大学化学系获得博士学位。2010年开始从事科普工作，2012年加入科学松鼠会。在得到平台开通的课程《化学通识30讲》广受好评，同时在知乎、果壳、丁香医生、《博物》杂志等媒体平台发表 《你好，门捷列夫》《读懂食品安全》各类作品逾百万字，已出版著作《元素与人类文明》 《原子王国历险记》及译作《诗意的原子》 （“文津图书奖”推荐书目）等。

在汽油时代，由于一分子的汽油燃烧需要与几十倍的空气发生反应，因此汽油会燃烧不充分，排出一氧化碳等有毒气体。100多年前，人们就想到往汽油里面加乙醇从而增加氧元素含量，但乙醇里的水会腐蚀汽车里的管道。后来人们加入四乙基铅，又导致空气中含有过量的铅化合物，严重危害人体健康。二十世纪九十年代，无铅汽油时代到来。如今，人们添加含氧醚类物质在汽油中，甚至制作乙醇汽油等。

重金属污染也是一个很严重的问题。重金属污染指的是铜、铅、汞、镍、砷、镉、铬等重金属元素在土壤中的含量超标，造成了整个土壤的浓度偏高，降低了土壤的肥沃程度和土壤质量的下降，直接影响着植被的正常生长，造成了农业生态环境的恶化。

过度开采不可再生资源、碳排放造成的温室效应等也是化学元素带来的负面结果。

所幸，人们已经意识到，人类智慧不断增长，活动能力逐渐增强，对自然的索取超过限度，导致和谐难续，引发气候危机。爱护地球、保护环境迫在眉睫。新能源和技术源源不断地被开发利用，一些化学元素成为功臣。

钠金属，作为锂金属的同族元素，就在这两年再一次进入材料学家的视野。在电池领域中，除了除了纳金属电池、锂金属电池，还有铝空气电池，铝空气电池的性能甚至比钠金属电池还要好，也成为科学家们正在研究的一项新材料。

未来，化学元素与人们的生产生活还将产生更多的联系。孙亚飞认为，钛是未来元素的代表。钛比钢铁轻，可以用来制作飞机外壳；钛合金具有良好的稳定性，可以保护太空中的镜片；钛合金表面的二氧化钛可以形成一层致密的薄膜，防腐蚀性强，可用于深海探索；钛合金和人体生物相容性好，可以制作人造关节……在未来人类生活的变迁中，化学以及各种化学元素永远不会缺席。

只是，人类对于元素的把控要控制在自己的能力范围之内，并且“最好还能像钛合金的发展一样，去促进一个时代的到来”。如果做到了这一点，那么化学对于人类的改变就会更加明显，而元素和人类文明的关系也会一直持续下去。

编辑—万慧