化學元素

　　元素概念的演變　從古至今，哲學傢和科學傢一直在探討物質是由什麼組成的。最古老的希臘哲學傢認為所有的物質都是由一種元素組成的，泰勒斯認為這種元素是水；赫拉克利特認為是火；阿那克西米尼則認為是空氣。後來，恩培多克勒認為所有的物質都是由四種元素組成的，它們是空氣、土、火、水。亞裡士多德贊成恩培多克勒的觀點，並加以發展，他在《發生和消滅》一書中論證物質組成時說：以四種最原始的性質──熱、冷、幹、濕──為基礎，把它們成對地組合起來，就構成瞭這四種元素。例如，空氣具有熱和濕的性質；土具有冷和幹的性質；火具有幹和熱的性質；水具有濕和冷的性質。因此，由這四種元素構成的萬物，就具有由這四種基本性質組合起來的各種各樣的性質。這種觀點稱為四元素說。上述觀念在哲學界統治瞭兩千年左右。

　　中世紀末，科學傢做瞭許多化學實驗。他們發現，很多物質的性質難以用幹、冷、濕、熱這四種性質來說明。於是，他們又用硫表示可燃性；鹽表示不可燃性；汞表示液體的揮發性。因此，又有瞭三元素(或稱三要素)說，認為物質是由硫、汞、鹽三種基本元素構成的。

　　1661年，英國化學傢R.玻意耳在《懷疑派化學傢》一書中指出，不論是四元素說，或是三元素說中所提出的元素，都不是真正的化學元素。他在書中第一次為化學元素下瞭科學的定義：“它們應當是某種不由任何其他物質所構成的或是互相構成的、原始的和最簡單的物質”。“應該是一些具有確定性質的、實在的、可覺察到的實物，用一般化學方法不能再分解為更簡單的某些實物”。這一定義為化學傢研究物質的組成指明瞭方向。

　　1789年，法國化學傢A.-L.拉瓦錫根據玻意耳的定義，提出瞭第一張化學元素表。

　　在當時的實驗條件下，鎂氧、矽石、石灰、鋇土、礬土都是十分穩定的、不能被分解的物質，因此拉瓦錫把它們看作化學元素。直到1808年，英國化學傢H.戴維用電解法制得瞭金屬鎂、鈣、鍶、鋇，石灰等才不再被看成是化學元素。

　　1803年，英國化學傢J.道爾頓提出瞭原子學說。他指出，化學元素是由原子組成的，因此，又出現瞭化學元素的新定義：“同種的原子稱為元素”。20世紀初，科學傢發現，原子核是由質子和中子組成的，他們還發現瞭同位素，並認識到同種元素的原子核裡所含的核電荷數（質子數）相同，但中子數可以不同。同一種元素可以存在著原子質量不同的幾種同位素，決定元素化學性質的主要因素是核外電子數和核電荷數。於是，又出現瞭現代化學元素定義：化學元素是具有相同的核電荷數（質子數）的同一類原子的總稱，這一定義闡明瞭化學元素的本質。

　　起源　當今，大多數科學傢能夠接受的元素起源的假設是：質子聚變和中子俘獲是宇宙中形成化學元素的兩個主要過程。這種假設認為，宇宙中所有化學元素都起源於氫，它在非常高的溫度下，發生聚變反應，形成較重的原子核，首先是氦，其次是輕元素（鋰、硼、鈹等），這一過程是質子聚變。

　　氦原子轟擊輕元素的原子，就會產生中子，這些中子被元素的原子核俘獲，形成較重的元素，從碳、氮、鐵一直到原子序數為82和83的鉛和鉍，這一過程是中子俘獲過程。直到今天，這兩種產生元素的過程仍在恒星內部繼續進行。

　　存在　隻有少數的化學元素是以遊離狀態存在於地殼中，例如氧、氮、氦、氖、氬、氪、氙、氡、硫、銅、銀、金、鉑。大多數化學元素都是以化合物狀態（氧化物、硫化物、含氧酸鹽）存在。地殼中含量最豐富的化學元素是氧，其次是矽（見元素豐度）。

　　對太陽和行星的光譜分析和對隕石的組分分析所得的結果說明，宇宙中含量最多的元素是氫，占99％左右，其次是氦，還有碳、氧、鎂、矽、硫、氬、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、鋰、鈹、硼等。原子序數為偶數的化學元素比原子序數為奇數的相鄰元素的含量更高些。

　　大約99％以上的生物體是由10種含量較多的化學元素構成的，它們是氧、碳、氫、氮、鈣、磷、氯、硫、鉀、鈉；鎂、鐵、錳、銅、鋅、硼、鉬的含量較少；矽、鋁、鎳、鎵、氟、鉭、鍶、硒的含量非常少，被稱為微量元素。

　　應用　化學元素構成瞭物質世界，除瞭它們本身具有重要的用途（例如金屬可作結構材料、保護層等）外，由碳以外的元素組成的無機化合物，為工業生產提供瞭硫酸、鹽酸、硝酸、氫氧化鈉、碳酸鈉等基本原料，可生產玻璃、陶瓷、水泥、肥料等產品。由碳為主要組分構成的有機化合物的數目更多，由它們可生產石油、橡膠、燃料、藥物、食品以及三大合成材料──塑料、合成纖維、合成橡膠──等與生產和人民生活密切相關的產品。