深入普通生物学/1. 生命的无机化学
宇宙中的一切都由原子构成，原子是物质的基本组成部分，虽然不是最小的。物质拥有质量，即其中所含物质的量，以及体积，即它所占据的空间。物质可以分为纯物质和混合物。纯物质是物质的基本组成部分，包括元素和化合物，而混合物是不同类型化合物的组合。生命以这些构建块为起点进行组织。
宇宙由原子构成。原子是物质和宇宙的构建块。相同类型的原子构成元素，这是所有最小的物质，不能通过任何化学或物理手段分解成更小的成分。我们目前已知 118 种化学元素，但只有大约 90 种是天然的，其余的则是人工合成的。地球上的生物由六种基本元素构成：碳、氢、氧、氮、磷和硫。其他元素如铁、钙、钾、钼和镁被称为微量元素，它们在含量上比最丰富的元素（表 1）少得多。
| 名称 | 化学符号 | 人体质量百分比 |
|---|---|---|
| 碳 | C | 18.5% |
| 氢 | H | 9.5% |
| 氧 | O | 65.0% |
| 氮 | N | 3.3% |
| 磷 | P | 1.0% |
| 硫 | S | 0.3% |
| 钙 | Ca | 1.5% |
| 钾 | K | 0.4% |
| 钠 | Na | 0.2% |
| 氯 | Cl | 0.2% |
| 镁 | Mg | 0.1% |
我们将它们以图形表示形式排列，称为元素周期表，组织成 18 列和 7 行，指示了原子的一些特性。元素在表中具有我们可以遵循和预测的趋势。我们将在后面研究其中的一些趋势。
原子一词源于希腊语，意为“不可分割”，源于德谟克利特提出的原始想法，他在某种思维实验中推测，将一粒沙子连续切成两半，需要大约 90 次切割才能达到原子级别，原子是一个无法撕裂的粒子。约翰·道尔顿在 19 世纪接受了这个想法，并提出了他的原子理论。原子基本上由三种亚原子粒子组成，这些粒子比原子小，称为电子（带负电荷）、质子（带正电荷）和中子（完全没有电荷）。质子和中子粘在一起，位于原子的中心，在一个称为原子核的小区域内。鉴于质子具有相同的电荷，它们会相互排斥，因此它们会依靠中子粘在一起，中子不带电荷，利用强核力。电子以高速绕原子核旋转，形成某种电子云。
电子不遵循预定的轨道或轨迹，这种现象称为海森堡不确定性原理：不可能完全预测粒子所处的状态，而不改变、修改或不知道某些结果，如速度和位置。我们只能预测它们最常在哪里。原子通常存在于电子云内的三维空间中，称为轨道，每个轨道最多可以容纳八个电子。轨道有四种：s（像球体）、p（像哑铃）、d 和 f（像花朵）。电子具有特定的能级，并且可以占据具有相同能级的轨道。具有相同能级的轨道构成电子层，每个电子层都有电子数量的限制，并用从 K 到 Q 的字母表示（表 2）。最外层电子壳层的电子称为价电子，它们是最具能量的电子，这对于形成化学键和创建分子是必要的。