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    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。[本视频下载地址(右键下载),下载仅供个人非商业性使用。]

     

    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。

     

    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

    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

    本片中精致的元素样品(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)