化學原理啟迪438
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York
1.
下表是地殼、海洋、大氣的主要18種元素的比例：
2.
地球主要元素是「氧」，大氣裡的氧氣O2，海洋的水H2O都含有氧，地殼的物質是矽酸鹽和碳酸鹽，這二種鹽類都含有「氧」元素。
3.
地球第二個含量豐富的元素是矽，地殼到處可見「矽土」（矽氧化物）和「矽酸鹽」礦物質，矽氧化物和矽酸鹽礦物質是大部分砂、石、土的主要成分。
4.
地球含量最豐富的金屬元素是「鋁」和「鐵」，我們可在金屬礦挖掘出「鋁」和「鐵」，在這裡它們與非金屬元素「氧」結合。
5.
另一個值得注意的是過渡金屬，過渡金屬在高科技社會的重要性日益增加，也許有一天在國際政治社會，控制過度金屬會比控制石油供應更為重要。
6.
生物體內的元素含量與地殼十分不同，下表是人體的元素含量：
7.
氧、氫、氮是主要生物分子，其他的元素，縱使量很少，也是維繫生命的重要元素。舉例來說，人體內有超過150種不同的生物性分子是含「鋅」的。
8.
只有
1/4的元素能在自然界獨立存在，大部分的元素是處於與其他元素結合的狀態。
9.
從礦石中提煉金屬的程序稱為冶金metallurgy，因為礦石裡的金屬是以陽離子的形式存在，所以，冶金的化學反應，一定包括離子還原為元素的反應（元素的氧化數是零）。
注：還原反應是指元素獲得電子，氧化數下降，例如鈉陽離子獲得電子變成元素，氧化數從+1下降為0。
10.
冶金可以選擇的還原劑種類很多，不過通常是選擇「碳」，因為碳到處都是，十分容易取得，並且價格很低。舉例來說，「碳」是製造鋼的主要還原劑。
11.
碳能將錫氧化物還原為錫tin，鉛氧化物還原為鉛lead：
2SnO(s)＋C(s)－heat→2Sn(s)＋CO2(g)
2PbO(s)＋C(s) －heat→2Pb(s)＋CO2(g)
12.
有時候我們也用「氫氣」作為金屬氧化物的還原劑，例如將「錫氧化物」還原為「錫」：
SnO(s)＋H2(g)
－heat→Sn(s)＋H2O(g)
13.
另一個常用的方法是，用電解還原最有活性的金屬。我們可用電解法製造「鋁金屬」，「鹼金屬」也可用電解法製造出來，生產的方法是以融化的鹽鹵化物為反應物。
14.
製備「非金屬元素」的方法十分多樣，「元素氮」和「元素氧」通常用液化空氣的方式取得，液化背後的原理是，當空氣體積擴張變大時，氣體的溫度會下降。
15.
氣體擴張體積，會有部分氣體被冷卻壓縮，其他的氣體則將「被壓縮氣體產生的廢熱」帶走；然後，繼續擴張氣體，重複許多次後，氣體變得夠冷，變成液體。
16.
徐弘毅注：在氣體粒子能量固定不變的情況下，氣體體積擴大，代表每個粒子的活動範圍變大，要隔更遠的距離才會碰撞到其他粒子，獲得反作用力的補償；
每個氣體粒子往前跑的平均距離變長，這得多花掉一些粒子的動能，粒子身上部分的動能轉換成熱能流失出去後，粒子的動能下降，粒子彼此間碰撞的斥力也下降，在萬有引力的作用下，部分動能低的氣體粒子互相吸引，變成濃度較高的壓縮氣體；
反覆擴張氣體，便能夠逐步降低氣體粒子的動能，動能下降到一個程度後，氣體粒子之間只剩下萬有引力，這時粒子彼此緊密吸引，不再分開，這就是液態。◆
17.
「液態氮」和「液態氧」的沸點不同（液態氮的沸點是－196℃，液態氧的沸點為－183℃），因此可以用昇華的方式分離這二種氣體。「氮」和「氧」是化學工業的重要原料，美國製造業用量第二大的元素是「氮」（每年約600億磅），用量第三大是「氧」（每年約400億磅）。
18.
元素「氫」可經由電解水的方式獲得，但通常是從分解天然氣甲烷的方式取得。我們可利用佛蘭喜採硫法Frasch process，從地底的硫礦挖掘出「硫」。取得鹵素的方法是，將鹵化物鹽類的陰離子氧化後，便可得到「鹵素」。
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