人体含量最多的元素(人体最基本元素)

现在主流的观点是人类起源于非洲，基因研究也表明人类有共同的祖先。其实今天地球上人类的生物学叫智人。古人类学家经过长时间的研究，发现历史上有过十几个人，但只有智人还繁衍到现在，其他的都在进化过程中灭绝了。

上图是历史上出现过的人。

化石证据表明，人类是由几百万年前的一种古猿进化而来的。注意是猿，不是猴，而且是几百万年前的古猿，不是今天的猿。这两者之间有明显的区别。猿没有尾巴，而猴子有尾巴。

从生物学的角度可以很好的解释人类的起源，那么如何从物理学的角度解释人类的起源呢？从物理角度来看，问题更深刻。人类的起源，其实就是万物的起源。没有地球怎么会有人类？一切都是由各种元素组成的，有机物的关键是碳。那么这些元素是怎么来的呢？今天，细菌的科学探索将带你了解元素的起源。

古代元素论

关于万物的构成，古人早有思考。古希腊的四元素说和中国古代的五行说是最早的元素说。古人认为世界上的一切都是由几种简单的元素组成的。但由于当时人类的认知水平落后，总结出来的观点都是错误的，但这确实是最早的元素论。

除了古代的元素说，古代的原子说也出现了。最早在《史记》中提出这一观点的人是古希腊哲学家Demok Park Jung Su。Mock Park Jung Su猜测世界万物都是由不可分割的粒子组成的，整个世界都是由原子和虚空组成的。在当时，这真是一个天才的想法。

显然，一个复杂的人体是不可能由如此简单的元素组成的，用这个理论来指导对病人的治疗和挽救生命更是行不通。

什么是元素？

就人类的认知而言，除了暗能量和暗物质，宇宙中的普通物质都是由各种元素组成的。不管是人还是太阳还是地球，都是由各种元素组成的。

元素的现代科学定义:元素是质子数相同的一类原子。原子由原子核和核外电子组成，而原子核由质子和中子组成。质子的质量和中子差不多，而原子核的质量占原子总质量的99%以上。那是因为质子的质量是电子的1836倍。

上图是原子的内部结构。

具有一定数量的质子和中子的一类原子称为核素。一类元素的质子数必须相同，但中子数可以不同。一般一种元素中有几种核素，核素之间互为同位素。比如氢中有三种天然核素:氘、氘、氚。通常，我们指的是氢原子。不同的同位素占元素的比例不同。比如宇宙中的氢主要是原子。

人体由哪几种元素构成？

古人曾经认为世界上的一切都是由五种元素组成的:金木、水、火和土。现在科学家已经发现了118种元素，其中92种是地球上自然存在的。一种元素对应多种核素。目前已经发现了2000多种核素，其中只有300多种是天然的，其余都是人工制造的。大多数人造核素是不稳定的，具有放射性。

虽然地球上有92种自然存在的元素，但一般只有质子数在84以下的元素才有稳定的核素。据科学家统计，地球上的生命主要有28种元素，而人体主要含有11种元素，分别是氧、碳、氢、氮、钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁。这11种元素占人体总质量的99%。

除了这些常量元素外，还有一些必需的微量元素，它们通过化学反应形成各种复杂的化合物。这些化合物(主要是有机化合物)以极其复杂的方式组织起来，从而形成了生命，人体就是由这些化合物组成的。

元素周期律和元素周期表

19世纪中期，已经发现了60多种元素，人们总是向往简单有序，于是一些科学家开始研究元素的分类。

英国化学家纽兰兹是世界上第一个发现化学元素性质周期性变化的人，他提出了关于元素周期变化的八度。此后，俄罗斯化学家门捷列夫通过大量工作完善了元素周期律，发明了元素周期表。

上图是晚年的门捷列夫。

科学家发现，随着相对原子质量的增加，元素的物理化学性质发生周期性变化。元素周期律的本质是质子数不断增加，核外电子周期性排列。外层电子的分布对元素的化学性质有非常重要的影响，比如化合价。

元素周期表的诞生，对人类发现新元素，研究物质的化学变化和化学性质起到了非常重要的指导作用。现代版的元素周期表已经非常完善了。

上图是现代版的元素周期表。

元素的数量还能继续增加吗？

现在人类已经发现了118种元素，会不会发现第119种甚至更多？有一点是明确的，元素的数量是有限的，元素周期表不可能无限膨胀。

根据定律，一种元素的原子量不可能无限增长，主要受限于原子核的稳定性。核质子具有相同的电荷。虽然同电荷相互排斥，但强核力覆盖了库仑斥力，将它们强行束缚在一起，而中子则起到稳定原子核的作用。另外，中子留在核内的寿命会更稳定，而自由中子的寿命只有10多分钟。除了原子核(质子)之外，所有的核素都需要中子。

如图，中子衰变，然后会转化成质子，并释放出一个电子和一个中微子。

随着质子数的增加，原子核内需要越来越多的中子，这将导致原子核稳定性的恶化，最终发生放射性衰变。研究表明，原子序数或质子数在84以上的元素大多是放射性元素，有些放射性元素只有几秒钟的寿命。还发现，当核素中的质子数和中子数为幻数时，核素的稳定性高得多，稳定核素中的质子数和中子数趋于成对。

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目前有一种理论叫稳定岛，预测在质子数114，中子数180附近可能存在一些相对稳定的核素。如果理论正确，就意味着元素种类更多。这些元素可能只在某些情况下稳定存在。

目前理论上可能有119种及以上的元素，元素周期表可能会发生变化。

这么多元素从何而来？

虽然元素种类很多，但都是由质子数决定的。

科学家发现，元素在宇宙中的分布是不均匀的，其中氢的丰度最高。随着原子序数的增加，元素在宇宙中的比例也呈下降趋势。没有差异，比如铁和铅的丰度异常升高，这与元素的稳定性和核聚变有关。

上图显示了宇宙中不同元素的相对丰度。

不同的元素可以通过核反应相互转化。至于为什么宇宙中重核元素比轻核元素少，还得从元素诞生说起。

众所周知，宇宙诞生于大爆炸，宇宙中最早的原子是氢原子。宇宙中大量的恒星是由氢构成的。一颗恒星的生命周期中会发生几轮核聚变反应，那些质量较大的恒星聚变为铁后不会再聚变，因为铁的平均结合能最大。之后，铁这种重元素在恒星死亡的那一刻诞生。当大质量恒星因老化而死亡时，就会发生超新星爆炸，当时产生的高温高压足以创造出金、银等重元素。而重元素中不稳定的核素较多，会衰变为较轻的元素，所以重元素的丰度小于轻元素。因为重元素更难合成，核素更不稳定。

上图是不同元素的结合能，其中铁的结合能最高。

根据预测，随着恒星的不断形成和老化，宇宙中铁的含量将不断上升，氢的含量将不断下降。

可以看出，宇宙中有很多种元素都是由氢原子构成的，其他种类的元素都是在恒星的熔炉中不断锻造出来的。

来自星星的我们

没错，你没听错。构成我们的物质来自天上的星星。天上有几千万颗星星，大部分都是星星。但我不是外星人，而是地球人。

从上面两张图可以看出，晚恒星内部的元素在地球上和人体内也能找到。构成我们身体的物质来自死亡的恒星，恒星死亡的美好瞬间为生命的诞生创造了可能。如果宇宙中没有碳，可能就不会有人类诞生。

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