深入普通生物學/1. 生命的無機化學
宇宙中的一切都由原子構成，原子是物質的基本組成部分，雖然不是最小的。物質擁有質量，即其中所含物質的量，以及體積，即它所佔據的空間。物質可以分為純物質和混合物。純物質是物質的基本組成部分，包括元素和化合物，而混合物是不同型別化合物的組合。生命以這些構建塊為起點進行組織。
宇宙由原子構成。原子是物質和宇宙的構建塊。相同型別的原子構成元素，這是所有最小的物質，不能透過任何化學或物理手段分解成更小的成分。我們目前已知 118 種化學元素，但只有大約 90 種是天然的，其餘的則是人工合成的。地球上的生物由六種基本元素構成：碳、氫、氧、氮、磷和硫。其他元素如鐵、鈣、鉀、鉬和鎂被稱為微量元素，它們在含量上比最豐富的元素（表 1）少得多。
| 名稱 | 化學符號 | 人體質量百分比 |
|---|---|---|
| 碳 | C | 18.5% |
| 氫 | H | 9.5% |
| 氧 | O | 65.0% |
| 氮 | N | 3.3% |
| 磷 | P | 1.0% |
| 硫 | S | 0.3% |
| 鈣 | Ca | 1.5% |
| 鉀 | K | 0.4% |
| 鈉 | Na | 0.2% |
| 氯 | Cl | 0.2% |
| 鎂 | Mg | 0.1% |
我們將它們以圖形表示形式排列，稱為元素週期表，組織成 18 列和 7 行，指示了原子的一些特性。元素在表中具有我們可以遵循和預測的趨勢。我們將在後面研究其中的一些趨勢。
原子一詞源於希臘語，意為“不可分割”，源於德謨克利特提出的原始想法，他在某種思維實驗中推測，將一粒沙子連續切成兩半，需要大約 90 次切割才能達到原子級別，原子是一個無法撕裂的粒子。約翰·道爾頓在 19 世紀接受了這個想法，並提出了他的原子理論。原子基本上由三種亞原子粒子組成，這些粒子比原子小，稱為電子（帶負電荷）、質子（帶正電荷）和中子（完全沒有電荷）。質子和中子粘在一起，位於原子的中心，在一個稱為原子核的小區域內。鑑於質子具有相同的電荷，它們會相互排斥，因此它們會依靠中子粘在一起，中子不帶電荷，利用強核力。電子以高速繞原子核旋轉，形成某種電子雲。
電子不遵循預定的軌道或軌跡，這種現象稱為海森堡不確定性原理：不可能完全預測粒子所處的狀態，而不改變、修改或不知道某些結果，如速度和位置。我們只能預測它們最常在哪裡。原子通常存在於電子雲內的三維空間中，稱為軌道，每個軌道最多可以容納八個電子。軌道有四種：s（像球體）、p（像啞鈴）、d 和 f（像花朵）。電子具有特定的能級，並且可以佔據具有相同能級的軌道。具有相同能級的軌道構成電子層，每個電子層都有電子數量的限制，並用從 K 到 Q 的字母表示（表 2）。最外層電子殼層的電子稱為價電子，它們是最具能量的電子，這對於形成化學鍵和建立分子是必要的。