熟悉化学元素包括氧气,铜,金、和水星-在94种天然存在的化学元素中地球,如下表所示。
欢迎来到周期王国。。。这是化学元素的王国,所有有形的东西都是由化学元素构成的。它不是一个幅员辽阔的国家,因为它只由大约一百个地区组成(我们通常称之为要素),然而它却占据了我们现实世界中的一切物质。从我们故事中心的一百个元素中,所有的行星、岩石、植被和动物都是由它们组成的。这些元素是空气、海洋和地球本身的基础。我们站在元素上,我们吃元素,我们就是元素。因为我们的大脑是由元素组成的,在某种意义上,甚至我们的观点也是元素的属性,因此也是王国的居民。。。王国不是一个无定形的混乱地区,而是一个组织严密的国家,其中一个地区的特征与邻国的特征接近。几乎没有明显的边界。相反,这里的地貌主要以过渡为特征:热带稀树草原与平缓的山谷交融在一起,山谷逐渐加深,形成几乎无垠的峡谷;小山逐渐从平原上升起,成为巍峨的群山。 -彼得·W·阿特金斯[1]
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术语“化学元素”在概念上指的是原子其中,自然界产生了大约90多种类型,每种类型都有无数个标记原子。[2] [3]原子种类的区别特征是正单位数指控在中核它的原子数,即质子,称为原子序数在元素中,每个质子携带一个单位的正电荷,“原子序数”符号为Z。因此,原子序数对于每种原子都是唯一的,因此对于每个相应的化学元素也是唯一的。化学元素,氧气(Z=8),铜(Z=29),金(Z=79),以及水星(Z=80),以及所有其他化学元素,因此每个元素都有一个独特的原子序数,如下表所示。
总之,化学家将氧和其他化学元素视为原子种类,由它们的原子序数定义。A“周期性的“可以找到元素表,其中的行和列包含具有类似属性的元素在这里.
在第二种常见的概念意义上,“化学元素”是指物质的聚集,通常是所谓的宏观的,宏观的由单个种类或类型的原子的多个原子组成的集合,同样,每个种类都以其原子序数来区分。[2]在这种化学元素的意义上,有时“基本物质“是使用的,但最常见的是化学元素用于两种感官。此外,“物质”一词通常意味着一种“纯”物质,一种完全由相同的单位成分组成的物质,然而,正如下面将要讨论的那样,许多种原子,每个原子都有其独特的原子序数,以其自然状态作为质子数相同但中性粒子数不同的原子,称为中子在它们的原子核中,一种被称为化学元素“同位素”的物种的变种(参见下文).[4][5]在使用“基本物质”一词时,应记住关于使用“物质”时隐含的“纯”的但书。
基本物质的常见例子包括仅由铜原子制成的导电导线段,以及仅由铜原子制成的方便的柔性厨房箔卷铝原子。第二种感觉,或者说概念,通过用单个物种的原子集合来定义化学元素,意味着感性的有形性,使得化学元素这个术语在某种程度上更加有形,对于直接的感官感知来说更加明显。
虽然化学元素可以被概念化为基本物质,并由人类通过各种特殊方法生产出来,但在自然界中,大多数化学元素与其他化学元素一起出现。例如,上面提到的铝原子在自然界中总是与其他物种的原子结合,最常见的是与氧原子结合。[6][7]
关于“化学元素”定义的历史注释
之前约翰·道尔顿的19世纪之交,在20世纪就定义达成共识之前,定量原子理论的发展和倡导,[8]化学元素被定义为普通化学方法无法分离成单独的简单物质体的物质体。一些化学入门教科书仍然把这个旧的定义作为首要的,就像当前(2009年)版的《大英百科全书在线》一样。由于早期的化学家不知道未来的技术是否会提供一种化学方法来进一步简化假定的化学元素,因此旧的概念在本质上是不连贯的。
Per Enghag的一句话元素百科全书简要概括如下:
在19世纪的化学教科书中,元素被定义为简单的实体,无法通过可用的方法划分为其他不同的元素。此定义在以下情况下仍然有效可用手段是简单的化学或电化学反应。因此,水不是一种元素,因为它可以分解为氢和氧元素。无法进一步划分用简单的方法.[9]
本文导言中描述的化学元素的现代定义与化学元素作为具有相同组成部分的物质体的旧概念的含义不一致(简单实体)随着方法的发展,甚至化学方法,[10]可以将一种化学元素分为“种类”,称为同位素原子核中质子数相同,因此符合现代定义,但不带电粒子数不同,中子,因此原子量不同。请参阅本文后面的同位素部分,了解以不同结构和重量的原子混合物为特征的原子种类的含义。
关于化学元素的基本事实
化学元素的原子序数,表示原子核中正电荷的单位数或质子的数量,用字母表示Z在94种天然化学元素中,元素的原子氢,Z=1,质子数最少,元素的质子数最少钚,Z=94,具有最大数量的质子。由于质子都携带正电荷,Z以所谓的基本电荷,符号化e(电子)在当前(2010年)的原子“模型”中,人们认为Z电子(电荷−e(电子),或负值e(电子)质量比质子小得多)”轨道“原子核,因此原子作为一个整体是电中性的,其质量集中在原子核中。
前94个元素自然出现在地球,尽管放射性的元素锝,Z=43,丙炔 Z=61,阿斯塔丁,Z=85,法兰克,Z=87,镎,Z=93,钚,Z=94极为罕见,主要是人造的。钚以外的元素(Z>(94)还没有发现地球上天然存在,因此所有这些样品都是人造的和具有放射性的,尽管有些是在超新星爆炸的很短时间内产生的。非放射性元素是稳定的,只要宇宙中的放射性元素有有限的寿命(定义为半衰期“)并在发射时衰变为其他元素辐射所谓的“超铀元素”来源于Z=93至118。具有的元素Z= 1, …, 91有时被称为“cisuranic”。一些非放射性元素,如气体霓虹灯,在地球上也非常罕见。
这些元素的名称具有历史渊源[11]自然语言之间可能存在差异。原子序数(Z)另一方面,它是一种元素的唯一指示符,它的国际化学符号也是由一两个字母组成的。
日常生活各行各业的人都知道许多不同的化学元素,即使他们不认识它们。它们包括:氦(他),用来让派对气球飘浮;锂(李),用于制造笔记本电脑和手机的电池,以及一些药物;氧气(O) ,在我们呼吸的空气中;霓虹灯(Ne),在“霓虹灯”中;钠营养学家建议在食物中少用的食盐中含有(Na);铝(Al),用作包装剩菜和烤肉的箔纸;硅(Si),用于制造计算机芯片;硫磺夏威夷的硫磺池,汽车电池中的硫酸;氯(Cl),用于制造家用漂白剂;钾电视上吹捧的富含钾的食物有助于心血管健康;钙(Ca),人们服用补充剂以拥有健康的骨骼,牛奶被称为丰富的饮食来源;铁(Fe),存在于血液中,用于许多工具;镍,用于硬币;铜用于电线和电话线,以及铜锅和锅;砷(As)被用作毒药,电视上报道了含砷水的问题;银(Ag),用于珠宝、硬币和餐具。
所有人类感官可以直接感知的物质,无论是固体、液体还是气体,都是由一种或多种元素组成的。通常,元素在自然界中以原子集合的形式存在,通常与其他元素的原子一起,如化合物(例如,铁矿石,每个铁原子和氧原子的单元化合物的集合,氧化物主要是被称为磁铁矿和赤铁矿),或作为混合物一些元素在地球上很丰富。例如,元素氢和氧气,作为化合物水,H2O、 构成地球海洋、湖泊、河流和池塘的主体,并构成活细胞和多细胞生物的主体。[12]再举一个例子,元素碳提供了地球上所有动植物以及所有化石燃料(天然气,石油和煤)它们是曾经存活下来的植物材料的遗骸。有些物质可能只由一种元素组成,例如纯净的金块金它只由排列成晶体的金原子组成。通常金不是纯的,而是合金-元素的混合物铜,银和黄金。氧气气体由实体组成(参见分子)每种气体都有两个氧原子以化学方式相互结合,因此气体只由氧元素组成。
同素异形体
由同一单一类型原子(化学元素)组成的两种基本物质可能具有非常不同的化学和物理性质。例如,石墨用作润滑剂,以及钻石用于硬化钻头的都是纯碳。这种现象被称为同素异形性.[13]氧原子(O)、氧气(O2)和臭氧(O三)-在大气中发现的所有元素都是同一元素氧的同素异形体,因为它们具有不同的化学和物理性质,但每个元素都只由原子核中质子数相同的氧原子组成。
同位素
虽然一种元素由具有唯一原子序数的单个原子组成,但许多这样的原子以不同的形式出现,称为同位素元素的同位素之间的差异在于中子在原子核中,而不是质子的数量。由于中子具有质量,并且质量与质子类似,因此给定元素的同位素具有不同的质量。例如,氢最丰富的形式有一个仅由质子组成的原子核,质子是相当罕见的同位素氘有一个包含一个质子和一个中子的原子核,以及更稀有的同位素氚有一个包含一个质子和两个中子的原子核。这三种同位素虽然具有不同的质量,但根据定义具有相同的原子序数(=1),因此是同一元素的变体或同位素。
可能有多少种化学元素?
由于原子核包含Z带正电的粒子(质子)。那些互相排斥的库仑力但可以凭借核力量,更基本地称为强大的力量在一定数量的质子下,强核力将开始越来越多地输给库仑力,因此随着质子数量的增加,原子核将不再稳定。这很可能发生在Z= 150.
通过对元素周期表性质的一种新颖的数学分析,Albert Khazan在物理学进展化学元素原子序数和质量的上限:
首次提出矩形双曲线法,通过计算元素的最后一个元素的原子质量为411.663243,原子序数(核电荷)为155,建立了估算元素周期表上限的方法。[14]
预计核Z=120和N个=184(中子数)将成为增强稳定性岛屿的中心。[15]
化学元素的突变
长期以来,人们认为元素是不变的,一个元素不能转换成另一个元素。炼金术士数百年来,人们徒劳地寻找元素的变化领导进入之内金然而,1919年拉塞福同事们展示了元素的变化氮到元素中氧气很明显,元素是可以改变的。
亚里士多德论“元素”
现代元素概念与亚里士多德学派概念。亚里士多德认识到四种元素:火、水、土和空气,并假设它们可以相互转换。他写道:
“……元素是身体的主要成分。。。。
我们认为,一个元素是一个可以被分析的实体,其他实体可能存在于其中,也可能存在于现实中
(其中哪一个仍然有争议),而它本身不能被分割成不同形式的身体,
是所有人在任何情况下所说的元素的意思……每个身体要么是一个元素,要么是由元素组成的…。" -亚里士多德。论天堂第三册,J.L.Stocks翻译。
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桌子
- 请参见原子电子构型对于原子在它们的基态.
- 另请参见元素周期表.
名称解释
- 银(银)来自银
- Au(金)来自Aurum
- 铜(铜)来自铜
- 铁(铁)来自铁
- 汞(汞)来自汞
- K(钾)来自钾
- 钠(钠)来自钠
- Pb(铅)来自铅
- 锑(锑)来自锑
- 硅(硅)来自硅
- 锡(锡)来自锡
- W(钨)来自Wolfram
添加了新元素
- “四年来,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)首次批准引入新元素。化学元素周期表中增加了四种元素。这些元素的原子序数分别为113、115、117和118。他们完成了元素周期表的第七行。
- “来自日本、俄罗斯和美国的发现者现在将被邀请提出永久名称和符号。到目前为止,这些元素有临时工作名称和符号:Ununtrium(113,符号Uut)、Ununpentium(115,Uup)、Ununseptium(117,Uus)和Ununoctium(118,Uuo)113号元素将是亚洲第一个命名的元素,其发现者位于日本的里根研究所”。[16]
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