PART 1 喵太，我們來邂逅「元素」
01 地球表面是由哪些元素構成的呢？
喵太歪著頭，一臉困惑。因為汪爺剛剛對他說：「世上所有的物質，都是由元素組成的。」但喵太卻不太明白這是什麼意思。
喵太：那……地球上也是滿滿的元素嗎？
汪爺：沒錯，地球上到處都是元素。就像你知道的那樣，地球表面被水和大氣包覆。而地球本體又稱為固體地球，由地殼、地函（分為上地函與下地函）、以及地核（分為外核與內核）三層構成。詳細的部分就請元素導覽員來說明吧。
元素導覽員：地球表面的3分之2被海洋覆蓋。包括海水以外的湖泊、河川與冰雪等，合稱為「水圈」。水是由氫元素與氧元素結合而成的物質。氫的元素符號是H，氧是O。當兩個氫原子與一個氧原子結合時，就形成了H₂O，也就是水。海水則是這些水中溶解了許多氯化鈉（NaCl，含有氯Cl和鈉Na）及氯化鎂（MgCl₂，含有一個鎂Mg和兩個氯Cl）的液體。海水的成分，水約占97％，氯化鈉、氯化鎂等鹽分約占3％（見圖1）。地球表面的其餘3分之1，就是地殼。
另一方面，大氣層（又稱大氣圈）則由地表往上分成對流層、平流層、中氣層、增溫層等4層結構（見圖2）。大氣的主要成分，氮（N）約占78％，氧（O）約20％，氬（Ar）約0.93％，二氧化碳（CO₂，含碳C）約0.03％，以及水蒸氣與其他成分約占1％。
喵太：原來到處都是元素啊！我以前對元素完全沒興趣，不過聽了元素導覽員的解釋後，好像漸漸了解到物質的真面目，真的挺有趣的呢！可是為什麼氫要用H表示，氧又是O呢？
汪爺：嗯——這個嘛，看一下專欄(1)就知道囉。
02 地球內部是由哪些元素構成的呢？
喵太：那麼，地球的內部是怎麼樣的呢？
汪爺：如剛才所說，地球大致可分為地殻、地函和地核三層。地殻就是地球的表面，看圖1就能明白了。
元素導覽員：地殻的表層（平均深度30km）由花崗岩組成，愈深處則是由玄武岩等矽酸鹽礦物聚集而成。主要元素是氧（O，49.5％）和矽（Si，25.8％），其他還有鋁（Al，7.56％）、鐵（Fe，4.70％）、鈣（Ca，3.39％）、鈉（Na，2.63％）、鉀（K，2.40％）、鎂（Mg，1.93％）等。在整個地球的重量比中，鐵比氧還多（參見圖2、圖3）。
地函分為上部地函和下部地函。上部地函從地殻下方延伸約660公里。主要物質為橄欖岩，這是矽酸鹽礦物的一種，其主要成分為氧、矽、鐵和鎂。構成橄欖岩的主要礦物是橄欖石（玄武岩中含量高）。這些礦物在地函的壓力和高溫下會形成各種結晶，變化為高壓礦物（寶石）。
下部地函的深度從660公里到2900公里。所含物質與上部地函大致相同，但下部地函的矽含量較多。此外，上下地函為獨立的「雙層對流」。地核也分為外地核和內地核，主要為鐵，還有鎳和硫等元素。內地核是固態，而外地核是液態。
汪爺：嗯，內地核被液態的外地核包圍著。不過，內地核的壓力約400萬大氣壓，溫度可達約8000度。因此，為了降低密度，內地核中含有氫、碳、矽、硫等較輕的元素。
喵太：哇～地球果然真是神奇啊！
03 從廚房的烹飪器具與調味料來認識生活中的元素！
汪爺：對了，廚房裡也有各式各樣的元素，目前已確認的元素共有118種，其中大約8成是「金屬元素」喔。
喵太：哦～那剩下的呢？
汪爺：嗯，那就是「非金屬元素」。地球上雖然有上億種「物質」，但幾乎全部都是由包括碳（C）在內的、僅僅22種非金屬元素所組成的！
元素導覽員：物質可以分為「有機物（質）」和「無機物（質）」。雖然也有例外，但一般來說，含有碳（C）的化合物稱為有機物，其他的則是無機物。而無機物又可以分為金屬與非金屬（見圖1）。
另外，以人類所需的「5大營養素」來說，「碳水化合物」「蛋白質」「脂肪」「維生素」屬於有機物，而「礦物質」則屬於無機物。
汪爺：日本人的主食米飯，主要的元素有碳（C）、氫（H）、氧（O），此外還含有鈉（Na）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、磷（P）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、銅（Cu）、錳（Mn）。其他食物當然也都是由元素構成的，而廚房的器具亦然。像是水槽大多是由不鏽鋼製成的，而不鏽鋼的元素組成是鐵（Fe）、鉻（Cr）、鎳（Ni）。
元素導覽員：此外，鋼製菜刀是碳鋼製成的，包含鐵（Fe）和碳（C）；不鏽鋼菜刀則與水槽相同，是由鐵（Fe）、鉻（Cr）、鎳（Ni）組成；陶瓷刀由鋁（Al）和鋯（Zr）構成；鈦合金刀則是鈦（Ti）製的。
塑膠砧板有兩種材質，一種是聚丙烯樹脂（PP），另一種是聚乙烯樹脂（PE），不論哪一種，其元素都包括碳（C）與氫（H）；橡膠製砧板同樣是碳（C）與氫（H）；木製砧板則由碳（C）、氫（H）、氧（O）構成。而目前最受歡迎的是塑膠製砧板。
04 飲食中不可或缺的香料，其風味關鍵在於分子結構與礦物元素！
汪爺：人類的味覺有5種，也就是「鹹味、苦味、酸味、鮮味、甜味」，稱為「五味（5種基本味覺）」。
喵太：咦？那「辣味」不是基本味覺之一嗎？
汪爺：辣味和澀味並不是透過味覺神經感受到的，而是由痛覺等其他感覺感知，因此不屬於基本味覺。此外，像鹹味、苦味、酸味這些味道的來源物質，其實都與「礦物元素」有很大的關係喔。
元素導覽員：至於「香氣（氣味）」呢，主要是由氫（H）、碳（C）、氮（N）、氧（O）、硫（S）、磷（P）、氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）等元素所組成的化合物決定的。
汪爺：例如黑胡椒、辣椒、芥末、黃芥末等辛香料，大致上都以碳（C）、氫（H）、氧（O）為主要元素，另外可能混有少量的氮（N）與硫（S）。它們之間的差別主要就在於化學式不同而已。
喵太：化學式不同會有什麼差別呢？
汪爺：化學式不同，分子結構就會改變。結果就是，我們可以藉由分析這些不同的分子結構，來研究食物中的毒性成分、甜味成分、辛辣成分、苦味成分等。
元素導覽員：例如，胡椒的主要成分是胡椒鹼（Piperine），其元素組成為碳（C）、氫（H）、氮（N）、氧（O），化學式是C₁₇H₁₉NO₃。而辣椒的辛辣成分是辣椒素（Capsaicin），同樣含有碳、氫、氮、氧四種元素，但化學式是C₁₈H₂₇NO₃。雖然元素相同，但只要化學式不同，分子結構就會改變。分子結構一變，我們所感受到的味道也就會不同。可以參考分子結構示意圖（見圖1）。另外，也提供一些家庭中常見的辛香料與其相關的礦物元素，讓大家參考。
專欄(1) 元素導覽員解說：元素的名字是怎麼決定的？
「為什麼氫是H、氧是O呢？」
在第01篇裡，喵太曾經這麼問過。
目前，決定元素名稱的是IUPAC（國際純粹與應用化學聯合會）。命名並沒有特別的規則，因此名稱來源相當多種，可能取自天體名、神話名、人名或地名等。不過，據說不能以企業或組織的名字來命名。
至於喵太歪著頭問的「為什麼氫是H呢？」這個「氫」的名稱，是由法國化學家安托萬・拉瓦節（Antoine Lavoisier，1743–1794）所命名的。他發現「當某種氣體與空氣混合後點燃，會爆炸並生成水；而這種氣體的密度非常輕，因此可稱為可燃性空氣」於是，他將希臘語中的hydro（水）與genes（生成）結合，命名為Hydrogen（日文譯為「水素」，中譯為「氫」，元素符號H）。像是氧氣（Oxygen）與「氮氣（Nitrogen）等名稱，也都是由拉瓦節所命名。他根據新發現元素的化學性質加以定義並命名，因此被譽為「近代化學之父」。
拉瓦節共確認了33種元素，之後陸續有新元素被發現。於是就需要一個能制定與統一命名規則、共享資訊的國際機構。因此在1919年，IUPAC（International Union of Pure and Applied Chemistry，國際純粹與應用化學聯合會）成立。它的前身是1911年成立的國際應用化學協會（International Association of Chemical Societies），是由54個國家與3個相關組織的化學會與科學院共同組成的國際機構（截至2023年第52屆總會，參與國數為55國）。元素名稱的認定，依照命名法務委員會所制定的「IUPAC命名法」決定。總部位於瑞士蘇黎世（Zurich），而秘書處設在美國北卡羅來納州的研究三角園區（Research Triangle Park）。
雖然元素名稱的正式認可由IUPAC負責，但提出名稱並申請的權利屬於元素的發現者或發現團隊。因此，過去蘇聯與美國的研究團隊曾為了誰先發現新元素而發生爭執。換句話說，有時也會上演一場帶著人性的「名譽之爭」。
05 新鮮蔬菜中富含維他命與礦物質！
喵太：對了，我們也來調查看看蔬菜吧！像是白蘿蔔、紅蘿蔔、馬鈴薯、蔥、小黃瓜之類的。
汪爺：還有豆芽、白菜、高麗菜、牛蒡……要是開始數起來，可是多得不得了啊。
喵太：一直問元素導覽員也不行呢，得自己查查看！首先是白蘿蔔！白蘿蔔的營養成分是熱量18 kcal、蛋白質0.5g、碳水化合物4.1g、礦物質約300mg、維生素C 12mg、膳食纖維1.4g。不過，這是白蘿蔔「白色部分」的數據，聽說葉子的成分又不太一樣喔。
汪爺： 哦？那有什麼不同呢？
喵太： 葉子的熱量25 kcal、蛋白質2.2g、碳水化合物5.3g、礦物質約780mg、維生素E 3.8mg、維生素C 53mg、膳食纖維4g、β-胡蘿蔔素3900µg（※），所以營養價值很高呢！
汪爺：那元素構成呢？
喵太：蛋白質由氫H、碳C、氮N、氧O、硫S這5種元素組成；碳水化合物則是氫H、碳C、、氧O。至於礦物質，裡面含有鈣Ca、鎂Mg等元素。
汪爺：礦物元素負責構成人體並調節其機能；而作為有機化合物的維生素，則在維持身體正常運作上扮演重要角色。這兩種都必須從食物中攝取，因此要多吃同時富含礦物質與維生素的蔬菜才行啊。
元素導覽員：順帶一提，白蘿蔔的辛辣成分是具殺菌、解毒作用的「異硫氰酸鹽（又稱烯丙基異硫氰酸酯）」，它是一種由碳C、氫H、氮N、硫S所構成的含硫化合物。含有異硫氰酸鹽的蔬菜，還包括芥末與生薑等。那麼，下一頁我們就來看看各種食物的礦物元素及其含量吧。
※μg（微克，microgram）是一種單位，等於1mg的千分之一，也就是1g的百萬分之一。
01 地球表面是由哪些元素構成的呢？
喵太歪著頭，一臉困惑。因為汪爺剛剛對他說：「世上所有的物質，都是由元素組成的。」但喵太卻不太明白這是什麼意思。
喵太：那……地球上也是滿滿的元素嗎？
汪爺：沒錯，地球上到處都是元素。就像你知道的那樣，地球表面被水和大氣包覆。而地球本體又稱為固體地球，由地殼、地函（分為上地函與下地函）、以及地核（分為外核與內核）三層構成。詳細的部分就請元素導覽員來說明吧。
元素導覽員：地球表面的3分之2被海洋覆蓋。包括海水以外的湖泊、河川與冰雪等，合稱為「水圈」。水是由氫元素與氧元素結合而成的物質。氫的元素符號是H，氧是O。當兩個氫原子與一個氧原子結合時，就形成了H₂O，也就是水。海水則是這些水中溶解了許多氯化鈉（NaCl，含有氯Cl和鈉Na）及氯化鎂（MgCl₂，含有一個鎂Mg和兩個氯Cl）的液體。海水的成分，水約占97％，氯化鈉、氯化鎂等鹽分約占3％（見圖1）。地球表面的其餘3分之1，就是地殼。
另一方面，大氣層（又稱大氣圈）則由地表往上分成對流層、平流層、中氣層、增溫層等4層結構（見圖2）。大氣的主要成分，氮（N）約占78％，氧（O）約20％，氬（Ar）約0.93％，二氧化碳（CO₂，含碳C）約0.03％，以及水蒸氣與其他成分約占1％。
喵太：原來到處都是元素啊！我以前對元素完全沒興趣，不過聽了元素導覽員的解釋後，好像漸漸了解到物質的真面目，真的挺有趣的呢！可是為什麼氫要用H表示，氧又是O呢？
汪爺：嗯——這個嘛，看一下專欄(1)就知道囉。
02 地球內部是由哪些元素構成的呢？
喵太：那麼，地球的內部是怎麼樣的呢？
汪爺：如剛才所說，地球大致可分為地殻、地函和地核三層。地殻就是地球的表面，看圖1就能明白了。
元素導覽員：地殻的表層（平均深度30km）由花崗岩組成，愈深處則是由玄武岩等矽酸鹽礦物聚集而成。主要元素是氧（O，49.5％）和矽（Si，25.8％），其他還有鋁（Al，7.56％）、鐵（Fe，4.70％）、鈣（Ca，3.39％）、鈉（Na，2.63％）、鉀（K，2.40％）、鎂（Mg，1.93％）等。在整個地球的重量比中，鐵比氧還多（參見圖2、圖3）。
地函分為上部地函和下部地函。上部地函從地殻下方延伸約660公里。主要物質為橄欖岩，這是矽酸鹽礦物的一種，其主要成分為氧、矽、鐵和鎂。構成橄欖岩的主要礦物是橄欖石（玄武岩中含量高）。這些礦物在地函的壓力和高溫下會形成各種結晶，變化為高壓礦物（寶石）。
下部地函的深度從660公里到2900公里。所含物質與上部地函大致相同，但下部地函的矽含量較多。此外，上下地函為獨立的「雙層對流」。地核也分為外地核和內地核，主要為鐵，還有鎳和硫等元素。內地核是固態，而外地核是液態。
汪爺：嗯，內地核被液態的外地核包圍著。不過，內地核的壓力約400萬大氣壓，溫度可達約8000度。因此，為了降低密度，內地核中含有氫、碳、矽、硫等較輕的元素。
喵太：哇～地球果然真是神奇啊！
03 從廚房的烹飪器具與調味料來認識生活中的元素！
汪爺：對了，廚房裡也有各式各樣的元素，目前已確認的元素共有118種，其中大約8成是「金屬元素」喔。
喵太：哦～那剩下的呢？
汪爺：嗯，那就是「非金屬元素」。地球上雖然有上億種「物質」，但幾乎全部都是由包括碳（C）在內的、僅僅22種非金屬元素所組成的！
元素導覽員：物質可以分為「有機物（質）」和「無機物（質）」。雖然也有例外，但一般來說，含有碳（C）的化合物稱為有機物，其他的則是無機物。而無機物又可以分為金屬與非金屬（見圖1）。
另外，以人類所需的「5大營養素」來說，「碳水化合物」「蛋白質」「脂肪」「維生素」屬於有機物，而「礦物質」則屬於無機物。
汪爺：日本人的主食米飯，主要的元素有碳（C）、氫（H）、氧（O），此外還含有鈉（Na）、鉀（K）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、磷（P）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、銅（Cu）、錳（Mn）。其他食物當然也都是由元素構成的，而廚房的器具亦然。像是水槽大多是由不鏽鋼製成的，而不鏽鋼的元素組成是鐵（Fe）、鉻（Cr）、鎳（Ni）。
元素導覽員：此外，鋼製菜刀是碳鋼製成的，包含鐵（Fe）和碳（C）；不鏽鋼菜刀則與水槽相同，是由鐵（Fe）、鉻（Cr）、鎳（Ni）組成；陶瓷刀由鋁（Al）和鋯（Zr）構成；鈦合金刀則是鈦（Ti）製的。
塑膠砧板有兩種材質，一種是聚丙烯樹脂（PP），另一種是聚乙烯樹脂（PE），不論哪一種，其元素都包括碳（C）與氫（H）；橡膠製砧板同樣是碳（C）與氫（H）；木製砧板則由碳（C）、氫（H）、氧（O）構成。而目前最受歡迎的是塑膠製砧板。
04 飲食中不可或缺的香料，其風味關鍵在於分子結構與礦物元素！
汪爺：人類的味覺有5種，也就是「鹹味、苦味、酸味、鮮味、甜味」，稱為「五味（5種基本味覺）」。
喵太：咦？那「辣味」不是基本味覺之一嗎？
汪爺：辣味和澀味並不是透過味覺神經感受到的，而是由痛覺等其他感覺感知，因此不屬於基本味覺。此外，像鹹味、苦味、酸味這些味道的來源物質，其實都與「礦物元素」有很大的關係喔。
元素導覽員：至於「香氣（氣味）」呢，主要是由氫（H）、碳（C）、氮（N）、氧（O）、硫（S）、磷（P）、氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）等元素所組成的化合物決定的。
汪爺：例如黑胡椒、辣椒、芥末、黃芥末等辛香料，大致上都以碳（C）、氫（H）、氧（O）為主要元素，另外可能混有少量的氮（N）與硫（S）。它們之間的差別主要就在於化學式不同而已。
喵太：化學式不同會有什麼差別呢？
汪爺：化學式不同，分子結構就會改變。結果就是，我們可以藉由分析這些不同的分子結構，來研究食物中的毒性成分、甜味成分、辛辣成分、苦味成分等。
元素導覽員：例如，胡椒的主要成分是胡椒鹼（Piperine），其元素組成為碳（C）、氫（H）、氮（N）、氧（O），化學式是C₁₇H₁₉NO₃。而辣椒的辛辣成分是辣椒素（Capsaicin），同樣含有碳、氫、氮、氧四種元素，但化學式是C₁₈H₂₇NO₃。雖然元素相同，但只要化學式不同，分子結構就會改變。分子結構一變，我們所感受到的味道也就會不同。可以參考分子結構示意圖（見圖1）。另外，也提供一些家庭中常見的辛香料與其相關的礦物元素，讓大家參考。
專欄(1) 元素導覽員解說：元素的名字是怎麼決定的？
「為什麼氫是H、氧是O呢？」
在第01篇裡，喵太曾經這麼問過。
目前，決定元素名稱的是IUPAC（國際純粹與應用化學聯合會）。命名並沒有特別的規則，因此名稱來源相當多種，可能取自天體名、神話名、人名或地名等。不過，據說不能以企業或組織的名字來命名。
至於喵太歪著頭問的「為什麼氫是H呢？」這個「氫」的名稱，是由法國化學家安托萬・拉瓦節（Antoine Lavoisier，1743–1794）所命名的。他發現「當某種氣體與空氣混合後點燃，會爆炸並生成水；而這種氣體的密度非常輕，因此可稱為可燃性空氣」於是，他將希臘語中的hydro（水）與genes（生成）結合，命名為Hydrogen（日文譯為「水素」，中譯為「氫」，元素符號H）。像是氧氣（Oxygen）與「氮氣（Nitrogen）等名稱，也都是由拉瓦節所命名。他根據新發現元素的化學性質加以定義並命名，因此被譽為「近代化學之父」。
拉瓦節共確認了33種元素，之後陸續有新元素被發現。於是就需要一個能制定與統一命名規則、共享資訊的國際機構。因此在1919年，IUPAC（International Union of Pure and Applied Chemistry，國際純粹與應用化學聯合會）成立。它的前身是1911年成立的國際應用化學協會（International Association of Chemical Societies），是由54個國家與3個相關組織的化學會與科學院共同組成的國際機構（截至2023年第52屆總會，參與國數為55國）。元素名稱的認定，依照命名法務委員會所制定的「IUPAC命名法」決定。總部位於瑞士蘇黎世（Zurich），而秘書處設在美國北卡羅來納州的研究三角園區（Research Triangle Park）。
雖然元素名稱的正式認可由IUPAC負責，但提出名稱並申請的權利屬於元素的發現者或發現團隊。因此，過去蘇聯與美國的研究團隊曾為了誰先發現新元素而發生爭執。換句話說，有時也會上演一場帶著人性的「名譽之爭」。
05 新鮮蔬菜中富含維他命與礦物質！
喵太：對了，我們也來調查看看蔬菜吧！像是白蘿蔔、紅蘿蔔、馬鈴薯、蔥、小黃瓜之類的。
汪爺：還有豆芽、白菜、高麗菜、牛蒡……要是開始數起來，可是多得不得了啊。
喵太：一直問元素導覽員也不行呢，得自己查查看！首先是白蘿蔔！白蘿蔔的營養成分是熱量18 kcal、蛋白質0.5g、碳水化合物4.1g、礦物質約300mg、維生素C 12mg、膳食纖維1.4g。不過，這是白蘿蔔「白色部分」的數據，聽說葉子的成分又不太一樣喔。
汪爺： 哦？那有什麼不同呢？
喵太： 葉子的熱量25 kcal、蛋白質2.2g、碳水化合物5.3g、礦物質約780mg、維生素E 3.8mg、維生素C 53mg、膳食纖維4g、β-胡蘿蔔素3900µg（※），所以營養價值很高呢！
汪爺：那元素構成呢？
喵太：蛋白質由氫H、碳C、氮N、氧O、硫S這5種元素組成；碳水化合物則是氫H、碳C、、氧O。至於礦物質，裡面含有鈣Ca、鎂Mg等元素。
汪爺：礦物元素負責構成人體並調節其機能；而作為有機化合物的維生素，則在維持身體正常運作上扮演重要角色。這兩種都必須從食物中攝取，因此要多吃同時富含礦物質與維生素的蔬菜才行啊。
元素導覽員：順帶一提，白蘿蔔的辛辣成分是具殺菌、解毒作用的「異硫氰酸鹽（又稱烯丙基異硫氰酸酯）」，它是一種由碳C、氫H、氮N、硫S所構成的含硫化合物。含有異硫氰酸鹽的蔬菜，還包括芥末與生薑等。那麼，下一頁我們就來看看各種食物的礦物元素及其含量吧。
※μg（微克，microgram）是一種單位，等於1mg的千分之一，也就是1g的百萬分之一。
