化學元素

化學元素（Chemical element）就是具有相同的核電荷數（即核內質子數）的一類 原子的總稱。從哲學角度解析，是原子的電子數目發生量變而導致質變的結果。 關於元素的學說，即把元素看成構成 自然界中一切實在物體的最簡單的組成部分的學說,早在遠古就已經產生了。不過，在古代把 元素看作是物質的一種具體形式的這種近代觀念是不存在的。無論在中國古代的哲學中還是在印度或西方的古代哲學中，都把元素看作是抽象的、原始精神的一種表現形式，或是物質所具有的基本性質。化學元素（英語：Chemical element），指自然界中一百多種基本的金屬和 非金屬物質，它們只由一種 原子組成，其原子中的每一核子具有同樣數量的 質子，用一般的化學方法不能使之分解，並且能構成一切物質。 一些常見元素的例子有 氫， 氮和 碳。到2012年為止，總共有118種元素被發現，其中94種是存在於地球上。

中文名

化學元素

英文名

Chemical Nations/element

別 稱

元素

應 用

化學

週期表建立人

門捷列夫

元素起源

歷史起源

元素思想的起源很早， 古巴比倫人和 古埃及人曾經把水（後來又把空氣和土），看成是世界的主要組成元素，形成了三元素說。古印度人有四大種學說，古代華人有五行學說。

古希臘哲學

古希臘自然哲學提出了著名四元素說。這不是希臘哲學家創造的，四元素說在古希臘的傳統民間信仰中即存在，但不具有（相對上來說）堅實的理論體系支援。古希臘的哲學家是“借用”了這些元素的概念來當作本質。

米利都派哲學家 泰勒斯主張的萬物的本質是水，而且也唯有水才是本質，土和

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化學元素

氣這兩種元素則是水的 凝聚或 稀薄。阿那克西曼德則將本質改為一種原始物質（稱為“無限”或稱“無定者”），同時又加上第四元素火。四大元素由這種原始物質形成之後，就以土、水、氣、火的次序分為四層。火使水蒸發，產生陸地，水氣上升把火圍在雲霧的圓管裡。人們眼中看見象是天體的東西，就是這些管子的洞眼，使我們能從洞眼中望見裡面的火。形成了四元素的最早雛形。

另一個米利都派哲學家阿那克西米尼則把氣或者空氣看作是原始物質，並把其他元素說成是由空氣組成。空氣變得稀薄後就成了火。他的論證是，空氣從嘴裡撥出來是熱的，而在壓力下噴出來時則感到是冷的。同樣，透過凝聚的過程，氣先是變成水，然後變成土。這些元素之間的差異只是量變的結果，元素只是凝聚或稀薄到不同程度的空氣。

早期以米利督學派為首的哲學家，多以單一元素作為本質，直到恩培多克勒（Empedocles）才首次建立四元素並存的哲學體系，亦有人主張這是首次嘗試以科學的方法解釋傳統的四元素說，但是從恩培多克勒所留下來的殘缺文獻來看，這種說法並沒有足夠的證據支援。恩培多克勒在大約公元前450年於其著作《論自然》中，使用了“根”(希臘文：ῥιζὤματα)一詞。恩培多克勒是系統提出四元素學說的第一個人。他認為萬物由四種物質元素土、氣、水、火組成，這種元素是永恆存在的，由另外兩種抽象元素愛和恨使他們連結或分離。

德謨克利特則認為，萬物的本原是原子與虛空。原子是一種最後的不可分的物質微粒。宇宙的一切事物都是由在虛空中運動著的原子構成。所謂事物的產生就是原子的結合。原子處在永恆的運動之中，即運動為原子本身所固有。虛空是絕對的空無，是原子運動的場所。

而廣為人知的四元素說則是後來亞里士多德提出的，他的理論中不包含 恩培多克勒學說中的愛和恨這兩種抽象元素，而是認為這四種元素具有可被人感覺的兩兩對立的性質。進而推論世界上的萬物的本原乃是四種原始性質：冷、熱、幹、溼，而元素則由這些原始性質依不同比例組合而成。 亞里斯多德在《論天》等著作中構想出五元素說，在柏拉圖的四種元素中再加上以太(精質，永恆)。亞里士多德認為“沒有和物質分離的虛空”、“沒有物體裡的虛空”。亞里士多德對“元素”的正式定義見於《形而上學》。

現代起源

起源簡介

無論是古代的自然哲學家還是鍊金術士們，或是古代的醫藥學家們，他們對元素的理解都是透過對客觀事物的觀察或者是臆測的方式解決的。只是到了17世紀中葉，由於 科學實驗的興起，積累了一些物質變化的實驗資料，才初步從 化學分析的結果去解決關於元素的概念。

1661年英國科學家玻義耳對亞里士多德的四元素和 鍊金術士們的三本原表示懷疑，出版了一本《懷疑派的化學家》小冊子。

波義爾在肯定和說明究竟哪些物質是原始的和簡單的時候，強調實驗是十分重要的。他把那些無法再分解的物質稱為簡單物質，也就是元素。

此後在很長的一段時期裡，元素被認為是用化學方法不能再分的簡單物質。這就把元素和單質兩個概念混淆或等同起來了。

而且，在後來的一段時期裡，由於缺乏精確的實驗材料，究竟哪些物質應當歸屬於化學元素，或者說究竟哪些物質是不能再分的簡單物質，這個問題也未能獲得解決。

拉瓦錫在1789年發表的《 化學基礎論述》一書中列出了他製作的化學元素表，一共列舉了33種化學元素，分為4類：

1．屬於氣態的簡單物質，可以認為是元素： 光、熱、 氧氣、 氮氣、氫氣。

2．能氧化和成酸的簡單非金屬物質：硫、磷、碳、鹽酸基、氫氟酸基、硼酸基。

3．能氧化和成鹽的簡單金屬物質：銻、 砷、銀、 鈷、銅、 錫。 鐵、錳、汞、 鉬、金、 鉑、鉛、鎢、鋅。

4．能成鹽的簡單土質：石灰、 苦土、重土、 礬土、矽土。

從這個化學元素表可以看出，拉瓦錫不僅把一些非單質列為元素，而且把光和熱也當作元素了。

拉瓦錫所以把鹽酸基、氫氟酸基以及硼酸基列為元素，是根據他自己創立的學說即一切酸中皆含有 氧。鹽酸，他認為是鹽酸基和氧的化合物，也就是說，是一種簡單物質和氧的化合物，因此鹽酸基就被他認為是一種化學元素了。氫氟酸基和硼酸基也是如此。他之所以在"簡單非金屬物質"前加上"能氧化和成酸的"的道理也在於此。在他認為，既然能氧化，當然能成酸。

至於拉瓦錫元素表中的"土質"，在19世紀以前，它們被當時的化學研究者們認為是元素，是不能再分的簡單物質。"土質"在當時表示具有這樣一些共同性質的簡單物質，如具有鹼性，加熱時不易熔化，也不發生 化學變化，幾乎不溶解於水，與酸相遇不產生氣泡。這樣，石灰（氧化鈣）就是一種土質，重土--氧化鋇，苦土--氧化鎂，矽土--氧化矽，礬土-- 氧化鋁。在今天它們是屬於鹼土族元素或土族元素的氧化物。這個"土"字也就由此而來原子學說。

19世紀初，才華橫溢的英國科學家戴維進入英國皇家研究院，主持科學講座。在講座之餘，他把大量的時間投入科學研究，第一個發明了用電解提煉金屬單質元素的方法，採用這種方法，他稱為當時發現元素最多的科學家。為了提煉鉀和鈉，戴維甚至被化學藥品炸瞎了一隻眼睛。

19世紀初，道爾頓創立了化學中的 原子學說，並著手測定原子量，化學元素的概念開始和物質組成的原子量聯絡起來，使每一種元素成為具有一定（質）量的同類原子。

1841年，貝齊裡烏斯根據已經發現的一些元素，如硫、磷能以不同的形式存在的事實，硫有菱形硫、 單斜硫，磷有白磷和紅磷，創立了同（元）素異形體的概念，即相同的元素能形成不同的單質。這就表明元素和 單質的概念是有區別的，不相同的。

19世紀後半葉，在門捷列夫建立化學元素週期系的時間裡，明確指出元素的基本屬性是原子量。他認為元素之間的差別集中表現在不同的原子量上。他提出應當區分單質和元素兩個不同概念，指出在紅色氧化汞中並不存在金屬汞和氣體 氧，只是元素汞和元素氧，它們以單質存在時才表現為金屬和氣體。

不過，隨著社會生產力的發展和科學技術的進步，在19世紀末，電子、 X射線和 放射性相繼被發現，導致科學家們對原子的結構進行了研究。1913年英國化學家索迪提出 同位素的概念。同位素是具有相同核電荷數而原子量不同的同一元素的 異體，它們位於化學元素週期表中同一方格位置上。

從理論上說，化學元素週期表還有很多元素需要補充，第七週期應有32種元素，而還未發現的第八週期應有50種元素。所以，元素週期還需要不斷的補充與完善。

元素週期表

ⅠA

ⅡA

ⅢB

ⅣB

Ⅴ B

ⅥB ⅦB

Ⅷ

ⅠB

ⅡB

ⅢA9

ⅣA

ⅤA

ⅥA

Ⅶ

A

0

H

氫

　

He

氦

Li

鋰

Be

鈹

　

B

硼

C

碳

N

氮

O

氧

F

氟

Ne

氖

Na

鈉

Mg

鎂

Al

鋁

Si

矽

P

磷

S

硫

Cl

氯

Ar

氬

K

鉀

Ca

鈣

Sc

鈧

Ti

鈦

V

釩

Cr

鉻

Mn

錳

Fe

鐵

Co

鈷

Ni

鎳

Cu

銅

Zn

鋅

Ga

鎵

Ge

鍺

As

砷

Se

硒

Br

溴

Kr

氪

Rb

銣

Sr

鍶

Y

釔

Zr

鋯

Nb

鈮

Mo

鉬

Tc

鎝

Ru

釕

Rh

銠

Pd

鈀

Ag

銀

Cd

鎘

In

銦

Sn

錫

Sb

銻

Te

碲

I

碘

Xe

氙

更多

鑭系

La

鑭

Ce

鈰

Pr

鐠

Nd

釹

Pm

鉕

Sm

釤

Eu

銪

Gd

釓

Tb

鋱

Dy

鏑

Ho

鈥

Er

鉺

Tm

銩

Yb

鐿

Lu

鎦

錒系

Ac

錒

Th

釷

Pa

鏷

U

鈾

Np

錼

Pu

鈽

Am

鋂

Cm

鋦

Bk

鉳

Cf

鉲

Es

鑀

Fm

鐨

Md

鍆

No

鍩

Lr

鐒

元素週期表是1869年俄國科學家 門捷列夫(Dmitri Mendeleev)首創的，後來又經過多名科學家多年的修訂才形成當代的週期表。

元素週期表中共有118種元素。每一種元素都有一個編號，大小恰好等於該元素原子的 核內電子數目，這個編號稱為原子序數。

原子的核外電子排布和性質有明顯的規律性，科學家們是按原子序數遞增排列，將電子層數相同的元素放在同一行，將最外層電子數相同的元素放在同一列。

元素週期表有7個週期，17個族。每一個橫行叫作一個週期，每一個縱行叫作一個族。這7個週期又可分成短週期（1、2、3）、 長週期（4、5、6）和不完全週期（7）。共有17個族，分別為：鹼金屬、鹼土金屬、稀土金屬、鈦族元素、釩族元素、鉻族元素、錳族元素、鐵系金屬、鉑系金屬、貨幣金屬、鋅族元素、硼族元素、碳族元素、磷屬元素、硫屬元素、鹵族元素、稀有氣體元素。

元素在週期表中的位置不僅反映了元素的原子結構，也顯示了元素性質的遞變規律和元素之間的內在聯絡。

同一週期內，從左到右，元素核外電子層數相同，最外層電子數依次遞增，原子半徑遞減（零族元素除外）。失電子能力逐漸減弱，獲電子能力逐漸增強，金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強。元素的最高正氧化數從左到右遞增（沒有正價的除外），最低負氧化數從左到右遞增（第一週期除外，第二週期的O、F元素除外）。

同一族中，由上而下，最外層電子數相同，核外電子層數逐漸增多，原子序數遞增，元素金屬性遞增，非金屬性遞減。

同一族中的金屬從上到下的熔點降低，硬度減小，同一週期的主族金屬從左到右熔點升高，硬度增大。

元素週期表的意義重大，科學家正是用此來尋找新型元素及化合物。

世界觀點

國內歷史

公元前403一公元前221年，中國戰國時代又出現一些萬物本源的論說，如《老子道德經》中寫道："道生一，一生二，二生三，三生萬物。"又如《管子·水地》中說："水者，何也？萬物之本原也。"

中國的五行學說是具有實物意義的，但有時又表現為基本性質。中國的五行學說最早出現在戰國末年的《尚書》中，原文是："五行：一曰水，二曰火，三曰木，四曰金，五曰土。水曰潤下， 火曰炎上，木曰曲直，金曰從革，土曰稼穡。"譯成今天的語言是："五行：一是 水，二是 火，三是木，四是金，五是土。水的性質潤物而向下，火的性質燃燒而向上。木的性質可曲可直，金的性質可以熔鑄改造，土的性質可以耕種收穫。"在稍後的《國語》中，五行較明顯地表示了萬物原始的概念。原文是："夫和實生物，同則不繼。以他平他謂之和，故能 豐長而物生之。若以同稗同，盡乃棄矣。故先王以土與金、木、水、火雜以成百物。"譯文是："和諧才是創造事物的原則，同一是不能連續不斷永遠長有的。把許多不同的東西結合在一起而使它們得到平衡，這叫做和諧，所以能夠使物質豐盛而成長起來。如果以相同的東西加合在一起，便會被拋棄了。所以，過去的帝王用土和金、木、水、火相互結合造成萬物。"

西方學派

西方的自然學派

13－14世紀，西方的 鍊金術士們對亞里士多德提出的元素又作了補充，增加了3種元素： 水銀、 硫磺和鹽。這就是鍊金術士們所稱的三本原。但是，他們所說的水銀、硫磺、鹽只是表現著物質的性質：水銀--金屬性質的體現物，硫磺--可燃性和 非金屬性質的體現物，鹽--溶解性的體現物。

到16世紀， 瑞士醫生帕拉塞爾士把鍊金術士們的三本原應用到他的醫學中。他提出物質是由3種元素——鹽（肉體）、水銀（靈魂）和硫磺（精神）按不同比例組成的，疾病產生的原因是有機體中缺少了上述3種元素之一。為了醫病，就要在人體中注人所缺少的元素 。

元素簡介

前<8>號元素

　　

1.氫（qīng）H 1.00794（7）

氫[hydrogen]，金屬氫[Hydrogenium]。氣體 元素符號。無色無臭無味。是元素中最輕的。工業上用途很廣。{氫氣}

1H 氕[protium]。原子核中有一個 質子，是氫的主要成分，普通的氫中含有99.98%的氕。

D 或 2H 氘[deuterium]。原子核中有一個質子和一個 中子，普通的氫中含有0.02%的氘。用於熱核反應。{ 重氫}

T或 3H 氚[tritium]。原子核中有一個質子和兩個中子。有放射性。{超重氫}

2.氦（hài）He 4.002602（2）

氦[helium]。氣體元素符號。無色無臭無味，在大氣層含量極少，化學性質極不活潑。

用來填充燈泡和霓虹燈管，也用來製造泡沫塑膠。液態的氦常用做製冷劑。{ 氦氣}

3.鋰（lǐ）Li 6.941(2)

鋰[lithium]。金屬元素符號。銀白色，在空氣中易氧化而變黑，質軟，是金屬中最輕的

化學性質活潑；用於原子能工業和冶金工業，也用來制特種合金、特種玻璃等。

4.鈹（pí）Be 9.012182（3）

鈹[beryllium]。金屬元素符號。灰白色，質硬而輕。用於原子能工業中， 鈹鋁合金用來制

飛機、火箭等。

5.硼（péng）B10.811 (5)

硼[Boron]。金屬元素符號。黑色或銀灰色固體。 晶體硼為黑色，熔點約2300°C，沸點3658°C，密度2.34克/釐米 3；硬度僅次於金剛石，較脆。

6. 碳（ tàn）C 12.011 (6)

碳[Carbonium]。碳是一種非金屬元素。碳是一種很常見的元素，它以多種形式廣泛存在於大氣和地殼之中。碳單質很早就被人認識和利用，碳的一系列化合物——有機物更是生命的根本。

7. 氮（dàn）N 14.007 (7)

氮[nitrogen]。氣體元素符號。元素名來源於希臘文，原意是“ 硝石”。1772年由瑞典藥劑師舍勒和英國化學家盧瑟福同時發現，後由法國科學家拉瓦錫確定是一種元素。氮在地殼中的含量為0.0046%，自然界絕大部分的氮是以單質分子氮氣的形式存在於大氣中，氮氣佔空氣體積的78%。氮的最重要的礦物是 硝酸鹽。氮有兩種天然同位素：氮14和氮15，其中氮14的丰度為99.625%。

8.氧（yǎng）O 15.9994

氧[Oxygenium]。氣體元素。舊譯作氱。希臘文的意思是“酸素”，該名稱是由法國化學家拉瓦錫所起，原因是拉瓦錫錯誤地認為，所有的酸都含有這種新氣體。直到2013年， 日文裡氧氣的名稱仍然是“酸素”。而臺語受到臺灣日治時期的影響，也以“酸素”之日語發音稱呼氧氣。

元素表

核電荷數

元素符號

元素名稱

相對原子質量

發現者

1

H

氫

1.00794（7）

1766年，英國貴族亨利.卡文迪西（1731-1810）發現

2

He

氦

4.002602（2）

1868年，法國天文學家讓遜（1824-1907）和英國天文學家諾曼.洛克爾（1836-1920）利用太Sunny譜發現。

3

Li

鋰

6.941（2）

1817年，瑞典人約翰.歐格思.阿弗韋森(1792-1841) 在分析葉長石時發現

4

Be

鈹

9.012182(3)

1798年，法華人路易.尼古拉斯.沃克朗 (1763-1829)在分析綠柱石時發現

5

B

硼

10.811(7)

1808年，法華人約瑟夫.路易.呂薩克 (1788-1850)與法華人路易士.泰納爾(1777-1857)合作發現,而英國化學家戴維只不過遲了9天發表

更多

同位素

其後，英國物理學家 阿斯頓在1921年初證明大多數化學元素都有不同的同位素。元素的原子量是同位素質量按同位素在自然界中存在的質量分數求得的平均值。

在這同一時期裡英國物理學家 莫塞萊在1913年系統地研究了由各種元素製成的陰極所得的X射線的波長，指出元素的特徵是這個元素的原子的核電荷數，也就是後來確定的原子序數。

這樣，如果把 同位素看作是幾種不同的單獨的元素，這顯然是不合理的。因為決定元素的原子的特徵不是原子量，而是它的 核電荷數。

1923年，國際原子量委員會作出決定：化學元素是根據 原子核電荷的多少對原子進行分類的一種方法，把核電荷數相同的一類原子稱為一種元素 。

元素髮展

歷史發展

年代 元素名稱 發現者

古代 碳 \

古代 硫 \

古代 鐵 \

古代 銅 \

古代 鋅 \

更多

今日發展

當然，直到今天，人們對化學元素的認識過程也沒有完結。當前化學中關於 分子結構的研究，物理學中關於核粒子的研究等都在深入開展，可以預料它將帶來對化學元素的新認識。到2007年為止，總共有118種元素被發現，其中94種是存在於地球上。

新華社日內瓦6月8日電總部位於瑞士蘇黎世的國際純粹與應用化學聯合會8日宣佈，將合成化學元素第113號(縮寫為Nh)、115號(Mc)、117號(Ts)和118號(Og)提名為化學新元素。

化學元素的本質是能量，物質僅僅只是表面存在東西，而化學元素可以稱為能量編碼，既然是能量編碼那麼是可以相互可以轉換，因為愛因斯坦的相對論已經講得很清楚了，

這是一個很基本而且很大的科學話題，在此概要作答。化學元素的本質是人類對組成自然物質世界本源和規律的認識，認為一切物質均由原子構成，具有相同核電荷（質子）數的原子叫同一元素，而同一元素的核電荷相同而中子數不同的叫同位素，自然界所有物質均由不同的化學元素單獨或混合及化合組成，人類透過對自然界化學元素的認識找到了其中的基本規律，即以核電荷數從少到多進行排列，把原子核外圍的電子層數相同的列為行，由少至多由左向右排列，最外層電子數相同排成列，層數由少到多自上向下排列，從而形成了元素週期表，進而很容易找出了其中共同的規律，如外圍電子層電子數低的元素一般為金屬元素，而多的為非金屬元素，而且其層級越低其化學性質越活躍，越容易與其它物質發生化學反應，外層電子數為其相應層頂數的穩定，而為最少的金屬元素或倒數第二多的非金屬元素最為活潑……這對於科技的發展具有里程碑的意義，為人類近代科學技術突飛猛進奠定了堅實理論基礎。理論上一種元素可以聚變或衰變為其它任何元素，而伴隨其變化會產生大量的能量變化，這就是核武器和原子核工業的理論基礎。

整個世界的豐富多彩，就是由百十個元素構成的，生命過程，更是以廉價，豐富的十幾個簡單元素搭構的有機分子，進行精密的鍵合和化學反應，實現資訊，能量，物質的轉換和傳遞的。

化學元素是具有一定質子數的原子的總稱，具有相同質子數（核電荷數）的一類原子稱同種元素。這樣定義化學元素可以嗎？

化學元素的基本單位是質子，由於物質不可能對外顯電性，所以還需要一個帶負電的電子；這樣，化學元素以一個質子和一個核外電子組成的氫原子為基本單位，然後再根據中子的數量，組成其他型別的氫原子。根據宇宙大爆炸理論；在爆炸之初，宇宙中的物質只能以質子，中子，電子，和中微子等最基本的粒子組成，在爆炸之後，宇宙溫度和密度急劇下降，於是開始形成原子，分子。

1：在宇宙這團混沌中，直接地，也是最快的穩定方法就是形成氫原子，然後再透過其他作用形成更多的多質子元素。即使在今天看來，宇宙中數量最多的還是氫元素。一種元素轉化為其他元素需要的條件是非常苛刻的，目前人類能掌握的產生新元素的方法有核聚變和核裂變兩種；核裂變是利用中子，質子，α粒子，或者光子等離子轟擊重型原子核，使其分裂為兩個中等質量的核，比如使用中子轟擊鈾235原子核，就可以發生如下反應相反：

2：如果對某些輕核施加高溫高壓，讓兩個核聚合在一起形成一個質量稍大的核時，就會放出能量。但是這個反應對周圍環境的要求很高，且不易控制，在上億開（10^8-10^9K）的溫度才會發生，但是其放出的能量是非常大的。

雖然這兩種方法可以產生新的元素，但是這些元素都具有放射性，會對周圍的環境造成重大的汙染。所以人造元素在實際中並沒有多大意義。在處理這些核廢料時，需要用特殊的裝置密封。而宇宙中的情況就比地球上覆雜得多，可以產生很多種元素，這些新元素都是在大爆炸後形成的，經歷了幾十億年的空間漂泊，自身的放射性早已消失，所以宇宙才是理論上產生新元素的最佳地點。

化學元素的本質是不同的化學元素對應的原子所帶的質子數不同。

舉個例子，我們知道，氫元素旗下有三種原子，氕、氘、氚，這三種原子都可以叫做氫原子，因為它們的原子核內質子數為1，那它們三個原子的區別在哪？答案是中子數的不同，氕是最常見的氫原子，含1個質子，不帶中子；氘，也叫重氫，含1個質子，兩個中子；氚，又叫超重氫，含1個質子，2箇中子。它們三個互相為同位素，把他們三種元素統稱在一起則稱它們為“氫元素”。其他元素跟氫元素的區別在哪呢？答案是它們旗下所有的同位素所帶的質子數跟氫元素的所有同位素的質子數不一樣，比如“氧”的所有同位素所帶的質子數都為8個。

理論上一種元素能否轉變為其他的任何一種元素？

可以的。由於元素之間的區別在於原子核內所帶的質子數不同，所以理論上只要在原子核內加入相應數量的質子，再結合相關的物理定律加入相應的中子來平衡受力就能夠做到改變元素，事實上，太陽上面一直在發生這樣的事情。

太陽上面含有大量的氫，其表面一直髮生著一種劇烈的核反應，那就是氫的核聚變反應成氦。

這樣的熱核反應能夠產生大量的光和熱來滋養整個太陽系，這也是地球能夠擁有生命的重要原因之一。