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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]

元素命名的決定不斷變化,混雜了人類各種語言、文化、及對化學知識的理解[3]。化學元素的名稱隨著歷史演進有不同來源,有從古代就有名稱的、有採用鍊金術師時代名稱的、有採用神話的、有採用顏色的、有按地理名稱取的、有按元素性質取名的、也有按人名取名的[4]。在現代慢慢接受發現者有權命名,然而國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC),對於元素命名和符號有最終決定權[4]:72

從1947年起IUPAC負起批淮元素名稱的責任,並為每一個元素決定國際通用的單一符號,在此之前有不少元素有多個名字,如元素41的名字在歐洲和美洲間存有爭議150年,至1949IUPAC決定採歐洲使用的名稱[3]。截至2015年  (2015-Missing required parameter 1=month!)IUPAC治理全球化學知識,成為化學元素新發現及命名權的最終裁決法院,創立了國際認可的標準術語,這是在19世紀所明顯沒有的。在語言參與方面,由於歷史和世界大戰的政治因素,德文曾被數個包括IUPAC的國際科學組織抵制,其後在1929年的IUPAC,德文和義大利文才被授予IUPAC附屬語言的地位[5]

根據中華人民共和國科学技术名词审定委员会的說法,元素英文名称的国际定名是透过IUPAC讨论决定的[6],該會化学名词审定分委员会於1998年召開的无机化学名词组扩大会议,根据IUPAC對101至109號的元素名稱重新命名,审定對应的中文命名[7]IUPAC對101-11號元素重新命名後,兩岸化學專家經研討對中文定名達成一致,截至2014年  (2014-Missing required parameter 1=month!)100號之後的化學元素,兩岸名稱是完全一致的[8]

元素名稱詞源[编辑]

從古代就有名稱的元素共有9個,有7個金屬水銀、及2個非金屬、與[4]:72。其中水銀是古代中最晚發現的,聖經舊約提供了不少關於其他8個元素的資訊、但並未提及水銀[4]:72

鍊金術師時代元素命名採用的是當時眾所周知意義:如的取名Arsenic源於希腊语arsenkikos取其男性,陽剛之意、Bismuth的取名源於德语Weisse Masse取其白色物質、白色金屬之意[4]:72

採用星體名稱的元素命名有:名Helium源於「太陽」的希腊语Helios名Selenium源於「月亮」的希腊语Selene名Tellurium源於「地」的拉丁语Tellus名Cerium源於小行星谷神星希腊语Ceres(1801年發現小行星,1803年發現金屬鈰)[4]:73(Uranus,Uranium)和(Neptune,Neptunium)[來源請求]等等。

採用希臘北歐等神話的元素命名有:名Uranium取自希臘神話第一位世界統治者Uranus、名Vanadium取自北歐神話的女神Vanadis、名Neptunium取自羅馬神話的海神Neptune、等等[4]:74

因為部份元素的性質或化學反應有顏色,所以有些元素的命名根源於顏色名:名Chromium源於希腊语Chroma指顏色、名Rubidium源於拉丁语Rubidus 指最暗的紅色、名Zirconium 源於波斯語Zargun指帶金色的、等等[4]:74

採用地名的元素命名有:名Scandium源於Scandinavia斯堪的納維亞名Europium源於Europe歐洲名Holmium源於Stockholm斯德哥爾摩名Ruthenium源於Ruthenia指俄羅斯名Americium源於America指美洲名Californium源於California指加州、等等[4]:75

採用人名來為元素命名的數量較少,可能和瑞典化學家贝采利乌斯反對使用人名的堅定立場,當元素發現時世界在爭論取名應該取wolfram還是 tungsten,著名德國礦物學家亚伯拉罕·戈特洛布·维尔纳]提案以schelium 命名來表彰舍勒Scheele在氧化鎢的研究成就,贝采利乌斯以兩個理由唐突地拒絕此提案:「這命名從瑞典語的觀點不適當,且我們同胞的不朽成就無需靠此來支撐。」[4]:76

超铀元素被人造時,採用人名來為元素命名變得常見:[4]:76

元素符號[编辑]

從古代就有名稱的金屬元素和天體相連結而有了符號,如太陽月亮火星等等[4]:76。18世紀化學知識的快速發展使符號的使用更為迫要,有許多提案是採舊案外加額外的幾何圖形。瑞典化學家贝采利乌斯於1813年發展出一套簡單提案[9]:「讓元素名稱的第一個字母作為符號!或著從名稱中取兩個字母。但取的時候應該從元素的拉丁文名字取,這樣這元素符號在所有國家都可以讀得懂了。」[4]:78此符號系統中,第一個字母需大寫,第二個字母(若有的話)需小寫[9]

贝采利乌斯所提的新符號系統很快在歐洲和美洲受到採納,新元素的符號大多按此案原則定義,唯有元素41的命名從該元素發現後在美洲歐洲的爭議不止,現今IUPAC於1949及1960年的決議已將元素41採用niobium和符號Nb[4]:78-9

元素符號令人滿意的成果是,不管國家語言是什麼,全世界通用一套相同的化學元素符號語言。[4]:79。和歐美語言系統完全不同的國家如俄羅斯中國日本等等,用的也是以拉丁字母書寫的元素符號[4]:79

命名争议和區域政治[编辑]

以歐洲國家成員為主力的IUPAC曾和美國化學代表機構如美國化學會在命名元素106𨭎時發生爭議[10]

在1918年後,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。[11]

中文命名法[编辑]

化学元素中文命名法创始人徐寿(1818年—1884年)

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。[來源請求]

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。[來源請求]

IUPAC對101-11號元素重新命名後,兩岸化學專家經研討對中文定名達成一致,截至2014年  (2014-Missing required parameter 1=month!)100號之後的兩岸化學元素名稱是完全一致的。 [8]

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。[12] [11][可疑 ]

已發現的118個元素列表[编辑]

化学元素周期表发明者德米特里·门捷列夫

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%)[13]

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%)[14]

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)。[15]

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[16]

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。.[17]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]

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. 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 Christopher Brooks. The periodic table: how elements get their names. 14 November 2013.  已忽略未知参数|publication= (帮助); 已忽略未知参数|url_archive= (帮助)
  4. ^ 4.00 4.01 4.02 4.03 4.04 4.05 4.06 4.07 4.08 4.09 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 Per Enghag. The Elements- Origin, Occurence, Discovery And Names(元素 - 起源、出现、發現及名稱)//Encyclopedia of the Elements: Technical Data - History - Processing - Applications(元素百科全書:技術資料 - 歷史 - 加工 - 應用). John Wiley & Sons. 8 January 2008: 55–78. ISBN 978-3-527-61234-5 (英文). 
  5. ^ Michael D. Gordin. Scientific Babel How Science Was Done Before and After Global English. University of Chicago Press. 13 April 2015: 178–180. ISBN 978-0-226-00029-9 (英文). "If the Boycott of German scholars from conferences was the short-term punishment for perceived misdeeds during the war, the IRC's second action would have more lasting consequences for the fate of German as a scientific language. ... To this day, IUPAC governs global chemistry, serving the court of final recourse to adjudicate discovery claims of new elements (and the right to name them, thus creating the internationally recognized standard nomenclature that had been noticeably lacking in the nineteenth century). Like many of these organizations, IUPAC was actually a reactivation of a prewar institution -in this case, the International Association of Chemical Societies, proposed in 1910 by Wilhelm Ostwald and Albin Haller, president of the French Chemical Society -but now with the Germans excluded. Cutting out the Germans implied cutting out German. German had been an official language, with English and French of the International Association; it was just obvious to the IRC's movers and shakers that it would not be permitted at IUPAC. Concern over the dominance of German, especially within chemistry, had been simmering for some time. ... In all these international venues, German was proscribed, and only (alongside Italian) granted a subsidiary status in IUPAC in 1929. ... In 1932, for example, French was permitted as an official language at 351 (98.5%) of the international conferences that year, and English was 298 (83.5%). The boycott being over, German was officially permitted at 60.5% -nothing to sneeze at, but a far cry from the parity one would have expected in the prewar years." 
  6. ^ 《出版参考》 http://xuewen.cnki.net/CJFD-CBCK199815004.html |url=缺少标题 (帮助). 1998年, (15期). 
  7. ^ 《中国科技期刊研究》 http://xuewen.cnki.net/CJFD-CBCK199815004.html |url=缺少标题 (帮助). 1998年, (03期). "本刊讯全国科学技术名词审定委员会化学名词审定分委员会于1998年1月中旬召开了无机化学名词组扩大会议,会议根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)1997年8月27日决定对101~109号元素英文名称重新命名的意见,审定了相应的中文命名。参加会议的有化学、物理学方面的专家和语言文字方面的工作者,会议在前一个阶段征求意见的基础上,审定了我国101~109号元素的中文名称。其定名中使用的汉字已征得国家语言文字工作委员会的同意,经全国科学技术名词审定委员会批准,1998年7月8日正式公布使用。" 
  8. ^ 8.0 8.1 石定栩; 周荐; 董琨. 基於華語教學的語言文字研究. 商務(香港)印書館. 9 June 2014: 49. ISBN 978-962-07-2863-1 (en=cn). "又如101-11號元素,...(IUPAC)對其重新命名之後,兩岸化學專家經過研討,對11個元素的定名達成一致意見。於是,目前兩岸100號之後的元素名稱是完全一致的。" 
  9. ^ 9.0 9.1 Arun Syamal. Living Science Chemistry 9. Ratna Sagar. 2007: 65. ISBN 978-81-8332-192-1 (英文). "Most of the universally accepted symbols for elements at present were first introduced by the Swedish chemist J J Berzelius (1779—1848). He suggested that the symbols of elements be made frome one or two letters of the name of the element. So generally, the symbol of an element is the first letter of the name of the element (either the old Latin or Greek name or the modern name). If there are many elements having the same first letter, the first and the second (or the first and third) letters are used as the symbol of an element. The first letter is always a capital letter and the second letter is a lowercase letter (if a symbol consistes of two letters)." 
  10. ^ 科學月刊. 343-348. 科學月刊雜誌社. July 1998: 588 (中文(台灣)‎). "...以元素 106 命名為「𨭎」( Sg , seaborgium ) ,應該實至名歸。爭議則純屬區域政治化, 及意氣用事之舉。以歐洲國家成員為主力的國際純粹及應用化學聯盟(IUPAC)的 命名委員會,不滿美國代表機構(如美國化學會)的要求,認為美國人獨大專斷,於是故作..." 
  11. ^ 11.0 11.1 关于101—109号元素中文定名的说明. 科技术语研究. 1998, (1): 17–18. 
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  16. ^ 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.
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外部連結[编辑]

参见[编辑]