是 宇宙 中 所有 材料 的 總和 ， 像是 能夠 製造 磁鐵 、 引擎 和 電子 儀器 的 金屬 ， 以及 用 運算 科技 創造出 現代 世界 的 半導體 ， 也 可望 以 太陽能 科技 拯救 未來 ； 另外 還 有 供養 地球 生命 的 非金屬 元素 （ 在 地球 以外 的 地方 可能 也 是 ） 。 接下來 ， 就 讓 我們 展開 這 段 視覺 之 旅 ， 一起 探索 自然 物質 吧 。 1 週期表 週期表 週期表 上 的 元素 按照 原子 序數 排列 （ 原子 所 擁有 的 質子數 ） ， 元素 排成 橫列 ， 稱為 週期 ， 讓 化學 特性 類似 的 元素 排 在 同 一 欄 ， 也 就是 同 族 。 在 這 個 版本 中 ， 特性 相似 的 元素 會 分在 同樣 顏色 的 類別 ， 請 參見 右邊 的 說明 。 元素 類別 鹼金屬 鹼土 金屬 鑭系 元素 錒系 元素 過渡 金屬 後 過渡 金屬 類 金屬 其他 非金屬 鹵素 惰性 氣體 待 確認 化學 特性 鹼金屬 在 週期表 最 左邊 一 欄 是 化學 活性 很 高 的 金屬 ， 質地 軟， 不過 在 常溫 下 是 固態 金屬 ， 在 自然界 中 不會 以 純 元素 存在 。 鹼土 金屬 鹼土 金屬 在 常溫 下 是 銀白色 金屬 。 之所以 稱為 鹼土 金屬 ， 是 因為 這些 元素 在 自然界 中 大多 以 氧化物 的 形態 存在 於 土石 中 ， 或者 可 從中 提煉 ， 例如 石灰 就 是 鈣 的 鹼性 氧化物 。 鑭系 元素 鑭系 元素 是 一 列 橫 排 的 元素 ， 一般 會 出現 在 週期表 下方 ， 以 這 個 系列 的 第一 個 元素 鑭 命名 ， 通常 在 不 常見 的 礦物 中 （ 例如 獨居石 ） 會 大量 出現 。 錒系 元素 錒系 元素 是 週期表 下方 第2 排 的 元素 ， 以 這 個 系列 的 第一 個 元素 錒 命名 ， 全 都 具有 高度 放射性 ， 其中 一 個 便是 核能 的 主要 來源 。 過渡 金屬 週期表 中央 那 一 大 塊 就 是 過渡 金屬 ， 質地 比 鹼金屬 堅硬 ， 較 不 具 放射性 ， 通常 具有 良好 的 導熱 與 導電性 。 後 過渡 金屬 也 可 稱為 弱金屬 ， 這 個 三角形 區塊 包含 了 非活性 金屬 ， 金屬 特性 較 弱 ， 大部分 都 是 低熔點 、 低沸點 。 類 金屬類 金屬 在 週期表 中 將 金屬 和 非金屬 元素 區隔開來 ， 其 電子 特性 介於 這 兩 者 之間 ， 因此 能夠 運用 在 半導體 電子 技術 上 。 其他 非金屬 有些 元素 不 屬於 鹵素 ， 也 不 屬於 惰性 氣體 ， 因此 就 另外 分類 在 這 一 組 ， 不過 這些 元素 的 化學 及 物理 特性 差異 很 大 。 大部分 非 金屬 都 能夠 輕易 獲得 電子 ， 比起 金屬 元素 ， 通常 熔點 、 沸點 、 密度 都 較 低 。 鹵素鹵素 也 就 是 17 族 ， 只 有 這 一 族 囊括 了 室溫 下 3 種 主要 狀態 的 元素 ： 氣態 （ 氟 和 氯 ） 、 液態 （ 溴 ） 、 固態 （ 碘 、 砈 ） ， 而且 都 是 非 金屬 。 惰性 氣體 惰性 氣體 都 是 非金屬 ， 在 週期表 上 是 18 族 ， 在 室溫 下 都 是 氣態 ， 而且 特性 都 是 無色 、 無味 、 不易 起 化學 反應 。 惰性 氣體 包含 氖 、 氬 、 氙 ， 都 可 應用 在 照明 和 焊接 。 待 確認 化學 特性 原子序 大於 鈾 的 元素 大多 都 是 在 實驗室 中 製造出來 的 ， 而且 通常 只有 微量 。 幾 個 近期 才 發現 、 原子 序數 較 大 的 人造 元素 具備 什麼 樣 的 化學 特性 ， 至今 還 是 一 個 謎 。 原子 結構 原子 的 概念 聽起來 很 像 現代 的 產物 ， 畢竟 科學家 仍然 努力 想 解開 其中 一些 謎團 。 不過 其實 早 在 2,500 年 前 ， 古代 哲學家 就 提 過 原子 的 概念 了 ， 在 之後 的 兩百 年 一直 都 是 人類 學習 化學 的 關鍵 。 自然 過程 希臘 哲人 亞里斯多德 認為 宇宙 的 本質 就 是 不停 變動 ， 因為 各 個 元素 都 想 和 彼此 分離 。 元素 古代 文化 以 元素 的 概念 來 理解 自然 ， 認為 元素 就 是 創造 世上 萬物 的 基本 材料 ， 最 常見 的 組合 包含 4 個 元素 ： 土 、 水 、 氣 、 火 。 單純 特性 古人 認為 這 4 個 元素 賦予 了 每 種 物質 一 個 基本 特性 ， 使 其 感覺 冷 、 熱 、 乾 ， 或 濕 。 移動 悖論 古希臘 哲學家 芝諾 （ Zeno of Elea ） 曾 提出 一 個 悖論 ， 稱為 「 阿基里斯 與 烏龜 」 ， 用來 質疑 物質 與 移動 的 概念 。 阿基里斯 跟 烏龜 賽跑 ， 烏龜 先 起跑 了 一 段 距離 ， 阿基里斯 很 快 就 追上 烏龜 本來 所在 的 位置 ， 但是 這 個 時候 烏龜 又 更 往 前 移動 了 ； 阿基里斯 追上 這 段 距離 ， 烏龜 仍 繼續 移動 。 每 一 次 阿基里斯 趕上 烏龜 的 位置 時 ， 速度 較 慢 的 對手 卻 總是 搶先 一 步 ； 每 次 烏龜 領先 的 距離 愈來愈 短 ， 但 仍 處於 領先 ， 而且 一直 領先 下去 。 因此 ， 阿基里斯 不可能 跑贏 烏龜 ， 也 就 表示 所有 移動 都 只是 錯覺 。 最終 單位 另 一 位 古希臘 哲學家 德謨克利特 （ Democritus of Miletus ） 對 芝諾 悖論 的 回應 是 ， 自然界 萬物 都 能 細分成 微小 的 單位 ， 這些 單位 在 希臘文 中 稱為 atomon ， 也 就是 不可 分割 ， 因此 也 稱為 「 原子 」 （ atom ） 。 阿基里斯 和 賽跑 中 的 烏龜 還是 有 在 移動 ， 一 次 移動 一 個 原子 的 距離 ， 阿基里斯 只要 將 和 烏龜 之間 的 距離 縮短到 一 個 原子 之內 ， 就 能 跑贏 。 原子 之內 不過 ， 原子 還不是 宇宙 中 最 小 的 物體 ， 而是 由 次 原子 粒子 所 組成 。 原子 中 的 核心 稱為 原子核 ， 是 由 質子 和 中子 組成 。 中子 不 帶 電荷 ， 質子 則 帶 正電 ， 帶 負電 的 電子 圍繞 在 原子核 周圍 。 質子 的 數量 和 電子 數量 相同 ， 互相 抵銷 電荷 。 深入 探索 原子 中 的 三 種次 原子 粒子 還不是 最終 形態 ， 標準 模型 理論 認為 宇宙 是 以 16 種次 原子 粒子 組成 。 質子 中 含有 三 個 夸克 ， 兩 上 一下 ； 中子 則 含有 兩 下 一 上 夸克 。 具有 質量 的 物體 都 是 夸克 與 輕子 所 組成 的 （ 電子 是 主要 成分 ） ， 而 控制 物體 行為 的 力 則 由 玻色子 這 種 粒子 傳遞 。 原子 有 多 大 ？ 原子 是 元素 中 最 小 的 單位 ， 很 難以 人類 的 認知 來 想像 其 大小 。 更 複雜 的 是 ， 構成 原子 的 粒子 是 靠攏 在一起 ， 也就是說 在 小小 原子 當中 ， 大部分 的 空間 其實 是 空 的 。 真實 世界 的 比例 利用 最 強大 的