化学元素

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  化学元素汉语拼音:Huaxue Yuansu;英语:Chemical Element),具有相同的核电荷数(质子数)的同一类原子的总称。简称元素。一种化学元素E的质子数Z一定相同,但中子数N可以不同,即一种元素可以有几种质量数A不同的原子,表示为AZE。如元素可以有质量数为16、17、18的三种原子168O、178O、188O,是氧的三种核素,互称同位素。化学元素能够互相化合,形成复杂的物质,称为化合物。在自然界里,物质的种类虽然非常多,但组成这些物质的化学元素并不多。元素性质随原子序数递增呈周期性变化。

  从古至今,哲学家和科学家一直在探讨物质是由什么组成的。最古老的希腊哲学家认为所有的物质都是由一种元素组成的,泰勒斯认为这种元素是水;赫拉克利特认为是火;阿那克西米尼则认为是空气。后来,恩培多克勒认为所有的物质都是由4种元素组成的,它们是空气、土、火、水。亚里士多德赞成恩培多克勒的观点,并加以发展,认为以4种最原始的性质(热、冷、干、湿)为基础,把它们成对地组合起来,就构成了这四种元素。如空气具有热和湿的性质,土具有冷和干的性质,火具有干和热的性质,水具有湿和冷的性质。因此,由这4种元素构成的万物,就具有由这4种基本性质组合起来的各种各样的性质。这种观点称为四元素说。上述观念在哲学界统治了两千年左右。

  中世纪末,科学家做了许多化学实验,发现很多物质的性质难以用干、冷、湿、热这四种性质来说明。于是又用硫表示可燃性,盐表示不可燃性,汞表示液体的挥发性。因此,又有了三元素说(或称三要素说),认为物质由硫、汞、盐三种基本元素构成。

  1661年,英国化学家R.玻意耳在《怀疑派化学家》一书中指出,不论是四元素说或是三元素说中所提出的元素,都不是真正的化学元素。他在书中第一次为化学元素下了科学的定义:“它们应当是某种不由任何其他物质所构成的或是互相构成的、原始的和最简单的物质”。“应该是一些具有确定性质的、实在的、可觉察到的实物,用一般化学方法不能再分解为更简单的某些实物”。这一定义为化学家研究物质的组成指明了方向。

  1789年,法国化学家A.-L.拉瓦锡根据玻意耳的定义,提出了第一张化学元素表。

  在当时的实验条件下,镁氧、硅石、石灰、钡土、矾土都是十分稳定的、不能被分解的物质,因此拉瓦锡把它们看作化学元素。直到1808年,英国化学家H.戴维用电解法分别从这些物质中制得了金属镁、钙、锶、钡,它们才不再被看成是化学元素。

  1803年,英国化学家J.道尔顿提出了原子论,指出化学元素是由原子组成的。因此,又出现了化学元素的新定义:“同种的原子称为元素”。20世纪初,科学家发现原子核是由质子中子组成的,还发现了同位素,并认识到同种元素的原子的核电荷数(质子数)相同,但中子数可以不同。同一种元素可以存在着原子质量不同的几种同位素,决定元素化学性质的主要因素是核外电子数和核电荷数。于是形成了现代化学元素的定义。

  比较公认的元素起源的假设是:质子(氢原子核)聚变和中子俘获是宇宙中形成化学元素的两个主要过程。这种假设认为,宇宙中所有化学元素都起源于氢,在非常高的温度下,质子发生聚变反应,形成较重的原子核,首先是氦,其次是轻元素(等)。原子轰击轻元素的原子,就会产生中子,这些中子被元素的原子核俘获,形成较重的元素,从一直到原子序数为82和83的。这两种产生元素的过程现仍在恒星内部继续进行。

  只有少数的化学元素以游离状态存在于地壳中,如。大多数化学元素都是以化合物状态(氧化物、硫化物、含氧酸盐)存在。地壳中含量最丰富的化学元素是氧,其次是

  对太阳行星的光谱分析和对陨石的组分分析所得的结果说明,宇宙中含量最多的元素是氢,占99%左右,其次是氦,还有、钴]]、等。原子序数为偶数的化学元素比原子序数为奇数的相邻元素的含量更高些。

  大约99%以上的生物体是由10种含量较多的化学元素构成的,它们是的含量较少;的含量非常少,被称为微量元素。

  化学元素构成物质世界,除它们本身具有重要的用途(如金属可作结构材料、保护层等)外,由碳以外的元素组成的无机化合物,为工业生产提供了硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠、碳酸钠等基本原料,可生产玻璃、陶瓷、水泥、肥料等产品。由碳为主要组分构成的有机化合物的数目更多,由它们可生产石油、橡胶、燃料、药物、食品以及三大合成材料,即塑料、合成纤维、合成橡胶等产品。