元素定义

一个很难被分成更小部分的根本对象被称为元素。在化学和物理学中，元素是不能通过非核反应分解的物质。在计算机和数学中，元素是更大系统或集合的一个独立组成部分。然而，仅仅知道元素有电子、质子和中子是不足够的。要使两个原子成为相同的元素，它们必须具有相同的质子数，这也意味着它们具有相同的原子序数。另一个关键特征是原子量。原子量反映了原子中质子和中子总重量的度量。

元素是如何被正确定义的？

1913年，化学和物理学处于混乱状态。德米特里·门捷列夫和其他有影响力的人物正在认真讨论比氢更轻的元素以及氢和氦之间的元素。门捷列夫基于元素原子量的元素周期表的推理陷入混乱，并且对原子的可视化是一场斗争。

化学和物理学中的元素

化学和物质的基础是元素。元素的独特特征由其原子核中的质子数决定。化学元素按元素周期表排列。每种元素都有一个符号和一个原子序数。元素的拉丁名称可以作为符号的基础，而不是英文名称。元素就是原子。原子元素通过形成分子建立化学键。

元素是如何分类的？

每个元素都根据其原子序数（即元素原子核中质子的数量）进行分类。根据原子核中中子的数量，可以产生同位素。同位素虽然具有相同的化学性质，但物理性质可能不同。氘原子核包含一个质子和一个中子，氚原子核包含一个质子和两个中子，而普通氢原子核包含一个质子和没有中子。然而，这三者都属于氢的范畴。

给定元素中的电子数量也可以改变，从而形成离子。例如，钠 (Na) 是一种非常活泼的元素。为了形成常见的食盐，钠 (Na) 和氯 (Cl) 可以形成离子键，钠失去一个电子（变成 Na+）并将其转移给氯原子（变成 Cl-）。

一些化学元素的例子是

• 氢 (H)，
• 氦 (He)，
• 碳 (C)，
• 氧 (O)，
• 钠 (Na)，
• 铁 (Fe)，
• 铅 (Pb)，和
• 金 (Au)

在周期表中的118种已知元素中，有94种在自然界中存在。其余24种元素被称为人造元素，因为它们无法长时间保持稳定，是在粒子加速器中产生的。当原子结合形成分子时，它们是化学的基本单位。

元素是如何构成的？

化学上不可能将一种元素转化为另一种元素。一个元素的性质和物理特性由其原子核中质子和中子的数量决定。原子核由强大的核力维系在一起，而核力是很难克服的。原子核不能通过燃烧或与其他原子结合等化学反应来改变。除非发生核反应，否则原子核无法改变。以碳原子为例，说明元素是如何不可改变的。在二氧化碳 (CO₂) 分子中，碳原子最初与氧原子结合。树木吸收二氧化碳，通过光合作用这一化学过程，碳从 CO₂ 分子中分离出来，并与葡萄糖分子结合。然后，利用葡萄糖来形成树木细胞壁的纤维素。当树木燃烧时，会产生煤，煤主要是一种压缩的碳块。当煤在极端压力下被粉碎时，碳原子会重新排列形成钻石。在这个整个过程中，碳经历了多种反应，并处于不同的分子构型，但它并没有从一种元素转变为另一种元素。

核反应是将一种元素转化为另一种元素的唯一方法。在核裂变过程中，一个含有大量质子和中子的重元素被分裂成较轻的元素。在核反应堆中，铀通过与自由中子的碰撞而被裂变，释放出能量。在核聚变中，轻元素的原子核被聚集在一起形成一个更重的元素。随着恒星的成熟和引力的增强，它在其核心通过核聚变被挤压成越来越重的元素。

化学元素史

过去人们知道某些东西可以变成其他东西，例如燃烧的木头或一个人吃东西。因此，人们认为大多数物体都可以被分解成更小的部分，直到达到最小的不可分割的部分。元素这个词来源于古希腊语 stoikheîon，意思是“一系列中的一个、组成部分”，以及拉丁语 elemental，意思是“基本原理或雏形”，最初由希腊哲学家柏拉图使用。虽然亚里士多德将干燥、湿润、炎热和寒冷分类为可以混合形成空气、水、土和火的成分，但大多数古希腊人认为只有四种元素：空气、水、土和火。

炼金术士认识到一些不能转化的元素，如铅、金、汞和硫。罗伯特·波义耳在17世纪描述元素为一种简单的物质，它不能被分解或分解成其他简单的物质，当时人们发现了更多这类不可分割的物质。安托万·拉瓦锡的《化学基础论》，被认为是第一本现代化学书籍，于1789年出版。他列举了我们今天熟悉的许多元素，并将元素描述为一种不能进一步分解的简单物质。他将物质分为金属和非金属两类。

约翰·道尔顿在19世纪初提出了原子假说，并成功计算了许多元素的原子量。1869年，德米特里·门捷列夫根据原子量排列了已知元素，并根据共同的特性将它们分组。根据他的发现，他还对当时未知的元素做出了预测。这后来被完善，成为我们今天所知的元素周期表。

最丰富的元素

最简单、最轻的元素是氢，它有一个质子，其次是氦，它有两个质子。氧原子由八个质子组成。宇宙中有75%的氢，23%的氦，1%的氧。其余1%由所有其他元素组成。地壳中最丰富的元素是氧（47%），其次是硅（28%）和铝（8%）。

元素名称和数字

所有元素都已命名。其中一些名称，如氮和钠，对人类来说非常熟悉，而另一些名称，如镝和锘，则不太熟悉。元素的原子序数也可以用来命名它们。例如，元素1和2分别是氢和氦，而元素3和8分别是锂和氧。

元素数量

截至目前，共有118种已认可的元素。元素周期表使我们能够方便地列出所有元素。

古代和现代元素 许多元素存在了很长时间，但我们不知道谁是第一个发现它们的人。它们是：锡、硫、汞、铅、锑、砷、碳、铜、铁、金、铅和砷。自1669年亨尼格·勃兰特成为第一个已知发现新元素——磷的人以来，所有其他元素都被发现了。

元素整合

当一个元素与一个或多个其他元素结合时，可以形成数百万种不同的化合物。最著名的化合物之一是水，其化学式为 H2O，它由两个化学键合的氢原子和一个氧原子组成。

原子序数

元素的原子序数，对应于每个原子中的质子数，用于标识该物质。例如，碳的原子序数是6，因为所有碳原子在其原子核中都有六个质子。电子所处的原子轨道决定了原子的多种化学特性。原子核中中子的数量通常不会显著影响元素的化学特性（除了氢和氘的情况）。因此，尽管碳原子例如可以有6个或8个中子，但所有碳同位素都具有几乎相同的化学性质，因为它们都拥有六个质子和六个电子。因此，原子序数——而不是质量数或原子量——被认为是化学元素的区分特征。