化學元素

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化學元素指自然界中一百多种基本的金属非金属物质,它们只由一种原子组成,其原子中的每一核子具有同样数量的質子,用一般的化学方法不能使之分解,并且能构成一切物质。一些常見元素的例子有。到2012年為止,總共有118種元素被發現,其中地球上有94種。

原子序數大於83的元素(即鉍之後的元素)沒有穩定的同位素,會進行放射衰變。另外,第43和第61種元素(即)沒有穩定的同位素,會進行衰變。可是,即使是原子序數大於94,沒有穩定原子核的元素,有些仍存在在自然界中,如天然放射性核素[1] 所有化學物質都包含元素,即任何物質都包含元素,隨著人工的核反應,會發現更多的新元素。

1923年,国际原子量委员会作出决定:化学元素是根据原子核电荷的多少对原子进行分类的一种方法,把核电荷数相同的一类原子称为一种元素。[2]

概覽[编辑]

原子序[编辑]

原子序数是一个原子核质子的数量。拥有同一原子序数的原子属于同一化学元素。原子序数的符号是Z

一般原子序数被写在元素符号的左下方:

1H是8O是

但因为一个元素的原子序数总是确定的,因此这个值很少被这样写出来。

質量數[编辑]

質量數是指中性原子的原子核內,質子數目和中子數目的和。

同位素[编辑]

同位素是指原子具有相同數目的電子和質子,但卻有不同數目的中子的元素。例如氕、氘和氚,它們原子核中都有1個質子,但是它們的原子核中分別有0個中子,1個中子及2個中子,所以它們互為同位素。 其中,氘幾乎比氕重一倍,而氚則幾乎比氕重二倍。

命名法及符號[编辑]

化学元素中文命名法创始人徐寿(1818年—1884年)

国际上元素的英文名称是通过国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)讨论决定的。103号元素以前,元素命名没有产生过争议。但是104号以后,西方和苏联多次发生命名上的争议。1977年IUPAC宣布100号以后的元素名称,不再使用以人名、国名、地名和机构名等来命名的方法,而采用拉丁文和希腊文混合数字词头加词尾-ium来命名,符号采用三个字母来表示,如104号元素命名为unnilquadium,符号Unq。但是这种命名方法仍然存在争议。到1994年,IUPAC提出恢复原来的命名方式,并在1997年8月27日正式通过,对101-109号元素重新定名。[3]

元素名稱詞源的例子包括:

  • 來源於地名:如(America,Americium)和(California,Californium)
  • 來源於人名:如(Curie,Curium)和(Einstein,Einsteinium)
  • 來源於星體:如(Uranus,Uranium)和(Neptune,Neptunium)

元素符號[编辑]

每一種元素都有來自於其全名的元素符號。該符號由1至3個字母組成,能夠使元素的表示及化學方程式的書寫更加方便。

中文命名法[编辑]

古中國對部分元素有特別名稱,如鐵、金等早已被命名。1850年代開始,西方化學傳入中國,中國人開始對其他元素命名。末時,中國有至少兩套元素命名方法,分別是同文館徐壽提出。

辛亥革命後,中國開始著手統一和改革元素名稱,如21號元素由改為。1949年後,兩岸三地對元素的命名有些不同,如95號元素,中國大陸和香港命名為鎇,台灣命名為鋂。

中国大陆1955年制定的《化学命名原则》包括了102个元素名称,1980年重新制定后包括了105个元素名称,1998年中国大陆和台湾共同确定了101-109号元素的名称[4] [3]

已發現的118個元素列表[编辑]

以下表格列出已發現的118的元素,其元素名稱可以連結到對應的化學元素條目,表格中還有以下的項目。

化學元素列表
原子序 繁体名稱 簡體名稱 符號 週期 分区 标准状况下的
狀態
存在情形 說明
1 H 1 1 s 氣體 自然界 非金屬
2 He 18 氣體 自然界 惰性氣體
3 Li 1 2 s 固體 自然界 鹼金屬
4 Be 2 固體 自然界 鹼土金屬
5 B 13 p 固體 自然界 半金屬
6 C 14 固體 自然界 非金屬
7 N 15 氣體 自然界 非金屬
8 O 16 氣體 自然界 非金屬
9 F 17 氣體 自然界 鹵素
10 Ne 18 氣體 自然界 惰性氣體
11 Na 1 3 s 固體 自然界 鹼金屬

12

Mg 2 固體 自然界 鹼土金屬
13 Al 13 p 固體 自然界 金屬
14 Si 14 固體 自然界 半金屬
15 P 15 固體 自然界 非金屬
16 S 16 固體 自然界 非金屬
17 Cl 17 氣體 自然界 鹵素
18 Ar 18 氣體 自然界 惰性氣體
19 K 1 4 s 固體 自然界 鹼金屬
20 Ca 2 固體 自然界 鹼土金屬
21 Sc 3 d 固體 自然界 過渡金屬
22 Ti 4 固體 自然界 過渡金屬
23 V 5 固體 自然界 過渡金屬
24 Cr 6 固體 自然界 過渡金屬
25 Mn 7 固體 自然界 過渡金屬
26 Fe 8 固體 自然界 過渡金屬
27 Co 9 固體 自然界 過渡金屬
28 Ni 10 固體 自然界 過渡金屬
29 Cu 11 固體 自然界 過渡金屬
30 Zn 12 固體 自然界 過渡金屬
31 Ga 13 p 固體 自然界 金屬
32 Ge 14 固體 自然界 半金屬
33 As 15 固體 自然界 半金屬
34 Se 16 固體 自然界 非金屬
35 Br 17 液體 自然界 鹵素
36 Kr 18 氣體 自然界 惰性氣體
37 Rb 1 5 s 固體 自然界 鹼金屬
38 Sr 2 固體 自然界 鹼土金屬
39 Y 3 d 固體 自然界 過渡金屬
40 Zr 4 固體 自然界 過渡金屬
41 Nb 5 固體 自然界 過渡金屬
42 Mo 6 固體 自然界 過渡金屬
43 Tc 7 固體 無穩定同位素 過渡金屬
44 Ru 8 固體 自然界 過渡金屬
45 Rh 9 固體 自然界 過渡金屬
46 Pd 10 固體 自然界 過渡金屬
47 Ag 11 固體 自然界 過渡金屬
48 Cd 12 固體 自然界 過渡金屬
49 In 13 p 固體 自然界 金屬
50 Sn 14 固體 自然界 金屬
51 Sb 15 固體 自然界 半金屬
52 Te 16 固體 自然界 半金屬
53 I 17 固體 自然界 鹵素
54 Xe 18 氣體 自然界 惰性氣體
55 Cs 1 6 s 固體 自然界 鹼金屬
56 Ba 2 固體 自然界 鹼土金屬
57 La 3 f 固體 自然界 鑭系元素
58 Ce 3 固體 自然界 鑭系元素
59 Pr 3 固體 自然界 鑭系元素
60 Nd 3 固體 自然界 鑭系元素
61 Pm 3 固體 無穩定同位素 鑭系元素
62 Sm 3 固體 自然界 鑭系元素
63 Eu 3 固體 自然界 鑭系元素
64 Gd 3 固體 自然界 鑭系元素
65 Tb 3 固體 自然界 鑭系元素
66 Dy 3 固體 自然界 鑭系元素
67 Ho 3 固體 自然界 鑭系元素
68 Er 3 固體 自然界 鑭系元素
69 Tm 3 固體 自然界 鑭系元素
70 Yb 3 固體 自然界 鑭系元素
71 Lu 3 6(续) d 固體 自然界 鑭系元素
72 Hf 4 固體 自然界 過渡金屬
73 Ta 5 固體 自然界 過渡金屬
74 W 6 固體 自然界 過渡金屬
75 Re 7 固體 自然界 過渡金屬
76 Os 8 固體 自然界 過渡金屬
77 Ir 9 固體 自然界 過渡金屬
78 Pt 10 固體 自然界 過渡金屬
79 Au 11 固體 自然界 過渡金屬
80 Hg 12 液體 自然界 過渡金屬
81 Tl 13 p 固體 自然界 金屬
82 Pb 14 固體 自然界 金屬
83 Bi 15 固體 自然界 金屬
84 Po 16 固體 無穩定同位素 金屬
85 At 17 固體 無穩定同位素 鹵素
86 Rn 18 氣體 無穩定同位素 惰性氣體
87 Fr 1 7 s 固體 無穩定同位素 鹼金屬
88 Ra 2 固體 無穩定同位素 鹼土金屬
89 Ac 3 f 固體 無穩定同位素 錒系元素
90 Th 3 固體 自然界 錒系元素
91 Pa 3 固體 無穩定同位素 錒系元素
92 U 3 固體 自然界 錒系元素
93 Np 3 固體 無穩定同位素 錒系元素
94 Pu 3 固體 自然界 錒系元素
95 Am 3 固體 無穩定同位素 錒系元素
96 Cm 3 固體 無穩定同位素 錒系元素
97 Bk 3 固體 無穩定同位素 錒系元素
98 Cf 3 固體 無穩定同位素 錒系元素
99 Es 3 固體 人工合成 錒系元素
100 Fm 3 固體 人工合成 錒系元素
101 Md 3 固體 人工合成 錒系元素
102 No 3 固體 人工合成 錒系元素
103 Lr 3 7(续) d 固體 人工合成 錒系元素
104 釒拉 钅卢 Rf 4 型態不明 人工合成 過渡金屬
105 𨧀釒都 钅杜 Db 5 型態不明 人工合成 過渡金屬
106 𨭎 钅喜 Sg 6 型態不明 人工合成 過渡金屬
107 𨨏 钅波 Bh 7 型態不明 人工合成 過渡金屬
108 𨭆 钅黑 Hs 8 型態不明 人工合成 過渡金屬
109 钅麦 Mt 9 型態不明 人工合成 過渡金屬
110 𫟼 Ds 10 型態不明 人工合成 過渡金屬
111 钅仑 Rg 11 型態不明 人工合成 過渡金屬
112 钅哥 Cn 12 型態不明 人工合成 過渡金屬
113 Uut 13 p 人工合成
114 𫓧 Fl 14 人工合成
115 Uup 15 人工合成
116 𫟷 Lv 16 人工合成
117 Uus 17 人工合成
118 Uuo 18 人工合成

蘊藏量[编辑]

蘊藏量即是地球中,所含元素數量,若依質量來排序現時地殼中含量最豐富的元素,前八個分別是(46.6%)、(27.7%)、(8.1%)、(5.0%)、(3.6%)、(2.8%)、(2.6%)、(2.1%)[5]

若考慮包括地函地核的整個地球,含量最豐富的元素,前八個分別是(32.1%)、(30.1%)、(15.1%)、(13.9%)、(2.9%)、(1.8%)、(1.5%)及(1.4%)[6]

歷史[编辑]

定義的演變[编辑]

化學元素的概念基本上是指無法再進一步分解的物質(嚴格來說,是用化學反應無法再進一步分解的物質),在歷史上分為三個不同階段的定義:早期的定義(類似古希臘時的定義)、化學上的定義及原子的定義。

早期的定義[编辑]

“元素”(希臘文: στοιχεῖον,拉丁文: stoicheia)一詞在公元前360年希臘哲學家柏拉圖首先使用,在他的語錄《蒂邁歐篇》(Timaeus) 中,討論了一些有機無機的物質,這可算是最早期的化學著作。柏拉圖假設了一些細微的物質有一些特別的 幾何結構: 正四面體(火)、正八面體(風)、正二十面體(水)、正六面體(地)及正十二面體(宇宙)。[7]

除此之外,希臘哲學家恩培多克勒Empedocles)在其著作《論自然》中,使用了“根”(希臘文: ῥιζὤματα)一詞。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),亞里士多德對“元素”的正式定義見於《 形而上學[8]

元素的意思是指一種內在於事物,而事物最初由之構成,且不能被分解為其他類的東西,例如聲音的元素,就是構成了聲音,而聲音最終分解成它們,它們自身却不能分解為其他類的聲音。如果可分的話,只能分為同類的部分,例如,水的部分還是水,音節的部分就不是同一音節了。人們所說的物體的元素也是這樣,物體最終要分解為這些元素,而這些元素却不分散為其他的類。

建基於以上的理論,在公元790年,阿拉伯化學家賈比爾Jabir ibn-Hayyan (Geber))假設出金屬由兩種元素組成:,作為"火石",用以解釋其可燃性,和水銀,用以解釋理想中的金屬性質。.[9]到中世紀時,瑞士醫生及鍊金術士帕拉塞爾蘇斯提出了三元素理論:硫使物質有可燃性,水銀使物質有揮發性和穩定性,而物質使金屬有固體性。

化學定義及原子定義[编辑]

化学元素周期表发明者德米特里·门捷列夫

1661年,愛爾蘭自然哲學家羅伯特·波義耳發現不止以往古人認為只有四個古典元素。1789年出現了第一個現代化的化學元素列表,其中包含33個元素,並有元素的基本資料。1818年,已發現元素增加至四十多種。門捷列夫於1869年發表的元素週期表中,有66種元素。

直到20世紀初,元素被定義為不能被分解成更簡單的物質。換句話說,一種化學元素不能轉化成其他化學元素。1913年,亨利·莫塞萊發現原子中的核電荷是原子的原子序,介定了目前原子的基礎定義。1919年,有72個已知的元素。1955年,為了紀念門捷列夫,於是把第101種發現的元素命名為。現今,共發現了118種元素,參見元素週期表

參考文獻[编辑]

  1. ^ Earnshaw, A.; Greenwood, Norman. Chemistry of the Elements 2. Butterworth-Heinemann. 1997年. ISBN 978-0750633659. 
  2. ^ 教材課程研究所 化学元素概念的产生和发展
  3. ^ 3.0 3.1 关于101—109号元素中文定名的说明. 科技术语研究. 1998年, (1): 17–18. 
  4. ^ 全国科学技术名词审定委员会公布101—109号元素的中文名称. 科技术语研究. 1998年, (1): 17. 
  5. ^ Elements, Terrestrial Abundance. www.daviddarling.info. [2007-04-14]. 
  6. ^ Morgan, J. W.; Anders, E. Chemical composition of Earth, Venus, and Mercury. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1980年, 77 (12): 6973–6977. Bibcode:1980PNAS...77.6973M. doi:10.1073/pnas.77.12.6973. PMC 350422. PMID 16592930. 
  7. ^ Hillar, Marian. The Problem of the Soul in Aristotle's De anima. NASA WMAP. 2004年 [2006-08-10]. 
  8. ^ 形而上學/[古希臘]亞里士多德著;苗力田譯. 北京:中國人民大學出版社,2003. ISBN 7-300-05116-2.
  9. ^ Strathern, Paul. (2000). Mendeleyev’s Dream – the Quest for the Elements. New York: Berkley Books.

外部連結[编辑]

参见[编辑]