重现化学

美丽科学与中国化学会合作项目重现化学 |《生命的元素》

发布时间:2019年07月19日 来源:中国化学会

2019年是联合国“国际化学元素周期表年”,今年2月在法国巴黎举办的国际化学元素周期表年开幕式上,由中国化学会与美丽科学团队联合打造的科普视频《重现化学》被组织方选为开幕式素材,在开幕式上进行了播放,吸引了国际化学领域的广泛关注。点击查看详情

时隔数月,《重现化学》带来最新力作《生命的元素》,点击下方视频,观看“我们的身体主要由哪些化学元素组成?”

 

 

 

△ 生命的元素(片尾有彩蛋)

 


 

我们的身体由约37万亿个细胞组成,这些细胞构成了人体近80个器官(如心脏、大脑、肝脏等),支撑人类复杂的行为和情感。但你知道吗,从化学元素的角度,我们身体约99.9%的重量来自于11种元素。上面的影片展示了这11种元素单质的形态,另外元素名称旁边的数字是该元素在人体中的质量百分比。

150年前,俄罗斯科学家门捷列夫发现了元素周期律,绘制了世界上第一张元素周期表。现在化学元素周期表已经成为科学家探索自然的重要工具。为了纪念这一伟大发现,联合国教科文组织将2019年定为国际化学元素周期表年(International Year of the Periodic Table of Chemical Elements),简称IYPT2019。

 

 

△ IYPT2019官方logo

 

下面我们来了解一下组成我们身体的这11种重要元素(因为每种元素在人体内的分布和功能都很复杂,我们的文字不可能面面俱到,仅是简单的总结)。

 

碳 氢 氧 氮 磷 硫

 

人体的质量有一半以上都来自水。水由氢和氧组成的,氢元素很轻,所以水的质量主要来自氧元素。这就解释了为什么氧是人体内质量百分比最高的元素。

 

△ 氧(65.0%)

 

△ 氢(9.5%)

 

另外,地球上的所有生命都是碳基生命。除了水之外,组成生命的大部分物质都是含有碳元素的有机物。这是为什么碳元素质量百分比排在第二的原因。

 

△ 碳(18.5%)

 

人体内的有机物分为四大类,分别是糖类、蛋白质、核酸和脂类。

 

糖类(也称为碳水化合物)主要由碳、氢、氧三种元素组成,主要为人体提供能量。

 

蛋白质由21种氨基酸组成,所有氨基酸都包含碳、氢、氧、氮4种元素,其中少量氨基酸还含有硫元素。

 

△ 氮(3.2%)

 

△ 硫(0.3%)

 

核酸包括两大类,脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),两者都由碳、氢、氧、氮、磷5种元素组成。核酸是遗传物质,存储着几乎所有的生命奥秘。

 

△ 磷(1.0%)

 

脂类通常由碳、氢、氧组成。一些脂类可以帮助人体存储能量。另一类非常重要的脂类——磷脂——是细胞膜的重要组分。顾名思义,磷脂也含有磷元素。

 

钠 钾 镁 钙 氯

 

当我们用手触碰物体时,钠离子和钾离子就开始在神经元轴突的表面进进出出,改变细胞表面的电位,把信息转换成电信号迅速传递给大脑。另外这两种离子也对血压有重要影响,尤其是钠离子。为了身体健康,我们应该注意对钠(主要来自食盐)的摄取。

 

 

△ 钠(0.2%)

 

△ 钾(0.4%)

 

钙离子控制肌肉的收缩。对于我们的心脏,钙离子控制心脏肌肉细胞收缩,而镁离子帮助肌肉细胞舒张。在两者的平衡作用下,我们才能维持正常的心跳。另外,钙元素也是我们骨骼和牙齿的主要成分。镁元素在很多酶中都可以找到,参与体内大量的生物化学反应。

 

△ 钙(1.5%)

 

△ 镁(0.2%)

 

我们体内的氯元素主要以氯离子的形式存在。作为我们体内最主要的阴离子,氯离子起到平衡体内电荷的作用。另外,我们胃里的胃酸帮助我们消化食物,胃酸的有效成分是盐酸(氯化氢),也含有氯离子。

 

△ 氯(0.2%)

 

 


 

— 幕后信息 —

 

如何在影片中展示静态的固态元素单质,是本片的难点之一。为了解决这个问题,我们使用动态镜头近距离拍摄固态单质,得到更生动的画面。

如何区分外观相似的元素单质,是本片的第二个难点。比如对于晶体形态非常相似的钠和钾,我们仅拍摄了高纯度的钠晶体,而用切割一块表面被氧化的钾金属的方式展示钾,这样也体现出钾金属很软和在空气中容易被氧化的性质。

如何展示“颜值”不高的非金属元素,是本片的第三个难点。对于石墨和红磷,我们同时展示了其颜值更高的同素异形体——钻石和黑磷,这种对比让画面更有冲击力。对于硫磺,我们拍摄了硫磺粉受热转变为液态弹性硫的过程。

最后,影片中精致的高颜值元素样品(钠、镁、钙、黑磷等)来自吴尔平的个人收藏,更多元素样品的照片和它们背后的故事可以在他的网站上找到(网址:PeriodicTable.cn),而他正在撰写的关于化学元素的图书也即将在明年出版。

 

 

更多元素相关影片:《元素燃烧1》 | 《元素燃烧2》

摄影/文字:梁琰

 


 

重现化学是美丽科学和中国化学会的合作项目,也是2019年度科普中国孵化支持项目。

 

 

 

往期精彩回顾

《气体 2》

《消失的金属》

《电沉积》

《放热反应》

《化学花园2》

《金属置换2》

《沉淀4》

《元素燃烧2》

《气体 3》

《日常火焰》

《沉淀 2》

《沉淀 3》

《黑与白》

《元素燃烧》

《花间暮》

《凌》