為了防止核電站事故導(dǎo)致的內(nèi)照射(指放射性核素進入生物體,使生物受到來自內(nèi)部的射線照射),各類電視節(jié)目與報刊都反復(fù)強調(diào):
“要防止銫在體內(nèi)沉積,最好的方法就是多攝入鉀。”
“要防止人體積蓄過多的鍶,就要多補鈣。”
這是為什么呢?
請看元素周期表。銫和鉀在同一列,相隔一行。鍶就在鈣的正下方。“位于同一列”的位置關(guān)系,就是解讀周期表的關(guān)鍵,也體現(xiàn)出這兩種元素容易造成內(nèi)照射的根本原因。
鉀是人體必不可缺的元素之一,神經(jīng)與肌肉細(xì)胞的活動都離不開它,所以人體會積極攝取鉀元素。而銫的最外層電子數(shù)和鉀的相同,人體會誤以為銫就是鉀,加以吸收。
要是我們已經(jīng)攝入足夠的鉀,身體就會做出判斷“不需要更多的鉀了”,降低吸收鉀的頻率,從而降低人體吸收銫的風(fēng)險。
鍶和鈣的關(guān)系也是如此。鍶的最外層電子狀態(tài)與它上方的鈣很相似,所以人體很容易產(chǎn)生誤會。要防止人體吸收鍶,最行之有效的方法就是平時多補鈣。
銫的原子序數(shù)是55。也就是說,它的原子核里有55個質(zhì)子,原子核周圍有55個電子。但這些電子并不是到處亂轉(zhuǎn)。它們的運行方式(即“電子軌道”)有明確的規(guī)律。
銫和鉀相似在哪里?它們的最外層軌道都只有1個電子。銫一共有55個電子,除了最外層的那1個,剩下的54個都分布在內(nèi)層軌道上,剛好把位子占滿了。只有多出來的那個孤零零地在最外面轉(zhuǎn)圈。對人體細(xì)胞來說,這一點至關(guān)重要。
其實,最外層的電子排布直接決定了許多元素能發(fā)生怎樣的化學(xué)反應(yīng),銫也不例外。當(dāng)然,內(nèi)層軌道的電子狀態(tài)也不是與化學(xué)反應(yīng)完全無關(guān),但最外層電子數(shù)起到了決定性作用。
比如,當(dāng)原子要和另一個原子組合成一個分子時,兩個原子會相互接近,發(fā)生反應(yīng)。和外來原子發(fā)生反應(yīng)時,最外層電子起到的作用肯定是最大的,這一點大家應(yīng)該都能想通吧。
鉀的原子序數(shù)是19,所以它的質(zhì)子數(shù)量和電子數(shù)量都是19個。18個電子把內(nèi)層的軌道填滿了,只有多出來的那1個在最外層軌道運行。
下圖是銫與鉀的電子排布示意圖。鉀的體積比銫小得多,但這兩種元素都只有1個電子孤零零地在最外層運行。
銫和鉀都位于周期表最左側(cè)的第1列。這一列的元素有氫(H)、鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈁(Fr)(重量由輕到重)。
如下圖所示,這些元素的內(nèi)層電子數(shù)量各不相同,但是最外層軌道都只有1個電子。
除了氫,其他屬于這一列的元素被統(tǒng)稱為“堿金屬”。它們很容易失去最外圍的那個電子,形成+1價的陽離子,其他化學(xué)性質(zhì)也非常相似。它們都是金屬,但是能溶于水,形成堿性溶液,因此得名。
氫之所以被排除在堿金屬之外,是因為它一共只有1個電子,原子本身就很小,這對它的反應(yīng)模式和性質(zhì)產(chǎn)生了影響。這一列中,只有氫是氣體,不是金屬。
不過,當(dāng)我們向氫施加400萬個大氣壓時,它就會變成金屬,稱“金屬氫”。金屬氫呈現(xiàn)出的性質(zhì)與堿金屬非常相似。因此科學(xué)家們普遍認(rèn)為,在氣壓巨大的木星與土星內(nèi)部,也許真的存在金屬氫。
將氫和堿金屬放進周期表一看,就會發(fā)現(xiàn)它們排成整齊的一列,最外層電子的狀態(tài)也像上圖顯示的那樣一目了然??梢哉f,周期表的真髓,就是能作出這樣的解讀。
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