重现化学 | 生命的元素

△ 生命的元素（片尾有彩蛋）

我们的身体主要由哪些化学元素组成？

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。

△ 用动态镜头拍摄镁

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。

△ 切割钾镜头

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。

△ 硫磺粉受热变化

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。

△ 吴尔平收藏的元素样品（摄影：吴尔平）

更多元素相关影片：《元素燃烧1》 | 《元素燃烧2》

摄影/文字：梁琰

— 美丽科学“嗨！元素”项目 —

元素组成了世间万物，为了让孩子们也能更好地感受到元素世界的神奇，我们在2016年就推出了“嗨！元素”项目（点击此处了解更多）。这个项目结合科学知识与孩子们喜爱的漫画形式，将各种元素设定为拟人化的“元素使者”。同时，我们尝试将元素的性质融入角色设计中，希望孩子们能够潜移默化地接受科学知识。

前面展示的11种元素都有对应的“元素使者”，这些角色的设定中都包含了哪些科学知识呢？我们一起来看看吧！

目前，我们共设计了25个元素使者的形象。除此之外，我们还设计了80余个可爱的“化合物小精灵”，并构建了他们生活的一个幻想世界。我们希望能够以故事化的方式，激发出孩子们的好奇心，同时让他们更加了解身边的世界。

△ 部分“化合物小精灵”形象设计

△ “嗨！元素”四格小漫画

目前，这个项目已经有了一个主线故事“奇幻旅程”和150余话的小剧场，可以点击下方链接了解更多。相关链接：

嗨！元素奇幻旅程出发啦

我从未见过如此可爱的氢和氧

此外，这个项目的很多内容已经集结出版，包括《嗨！元素：元素使者和化合物精灵》、《嗨！元素：奇幻旅程》和《嗨！元素：小剧场》三本书。

△已经出版的“嗨！元素”系列图书

未来会有更多的元素使者形象和大家见面。另外，我们也尝试一些新的方向，比如制作元素使者的手办模型等周边产品，不知道大家有什么想法呢？欢迎在留言中与我们交流。

△元素使者氢的手办照片

— 美丽科学和IYPT2019 —

今年2月，美丽科学作为支持单位，助力联合国教科文组织在法国巴黎举办国际化学元素周期表年开幕式和展览（点击此处了解更多）。“重现化学”影片出现在开幕式文艺表演中，“嗨！元素”项目在展览中展出。

△ 美丽科学助力IYPT2019开幕式

（你能找到美丽科学logo吗）

△ IYPT2019开幕式播放重现化学视频

△ IYPT2019展览展出“嗨！元素”项目

今年7月10日，中国科技馆IYPT2019 “律动世界” 特展开展，美丽科学作为支持单位，为展览提供了根据我国明代科技著作《天工开物》改编的《天工百炼》互动展品，展示中国古人的元素应用实践。

△ 美丽科学《天工百炼》在中科馆“律动世界” 特展中展出

— 关于重现化学—

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。