化学自习室移动版

德国化学家温克勒曾经说过："宇宙间所有的化学变化，好似戏台上扮演的戏剧，一幕一墓的演过去一样。在化学变化的戏剧里，最主要的脚色，当然要惟元素了"。元素，对化学工作者来说，是最为熟悉的。初中化学课本中对元素下有简洁而明确的定义，在此要写一篇文章论述它是什么，也许连学生部会认为这是滑稽简单的。可是，许多先辈们过去一直感到它很复杂，致使这个问题的提出到定论经历了两千多年的漫长过程。可见，它并不简单。

最早的元素

远在纪元前，许多哲学家认为宇宙间的一切东西部能够分解成一些简单的基本物质。希腊人认为这些简单的物质是水、火、空气和土。我国则有"阴阳五行"说。印度人还提出由"水、土、火、空气、以太、时间、空间、灵魂和感觉"等九种东西组成万物的理论，过去许多世纪，人们都公认这些是构成宇宙的元素。

五到十六世纪，化学夕上叫"金月·时期"。这个时期中，人们时元素的认识，可用当时最有名的阿拉伯炼金家贾伯的思想来概括，他认为所有金属都是汞和硫的混和物。

十六世纪，化学进入了医药化学时期，此时著名瑞土化学家巴拉塞尔士认为一切物质皆由汞、硫和盐组成，并称之为物质时"三要素"。至此，希腊的古元素，已逐渐被巴氏的更为具体的元素所取代。

元素是什么？

关于元素的现代思想是由英国的波义耳在1661年首次表述的。波义耳说，元素是一种基本物质，它能与其它元素结合形成化合物，但它本身不能被分解为更简单的物质。但因为当时在技术上还不能真正区分哪些物质能分解成为更为简单的物质，那些不能，波义耳和他的同代人仍然认为金能由别的金属用普通化学方法制取，并在元素表中列有象盐、水和空气等物质。因而，事实上还没有形成真正的元素观。

十八世纪,化学家对燃烧现象很感兴邀。为了解释燃烧过程，德国化学家施塔尔等人提出了一种神秘的"燃素论"。这个理论统冶人们思想达百年之久。"燃素"，这个虚无缥缈的东西也理所当然地作为一种元素被当时的科学家们所承认。

十八世纪末，法国化学家拉瓦锡为确定物质是元素还是化合物建立了一个基本原则。他指出，要证明一种物质是元素，每当它被变成一种新物质时，它的重量必定增加。拉瓦锡在1786年发表了第一个元素表。他在表中列有33种元素，其中大多数我们至今还认为是元素。由于当时的科学水平，他的表中列有"盐酸基、氟酸基、硼酸基"及石灰、镁士、钡土等氧化物，还列有热素和光素。这就是那个时侯人们心目中的元素。十九世纪初，对谁是真正的元素，谁是化合物这祥的问题已经大致获得统一的认识。到十九世纪四十年代，热力学第一定律建立和承认后，热素、光素也认元素队列中被清除了出去。

新元素的发现

十九世纪是富于化学发观的年代，天然元素被证实，新元素又接二连三地发现。仅1789到1804年间的短时间里，氯、铌、钽、钯、铑、锑和铱都被分离出来了。

接着，伏特发明电池以后，英国化学家戴维从其他化学家电解水中受到启发，他利用电解这个强有力的方法，在很短的时间里，又分离出了钠、钾、钡、锶、钙、镁等碱金属和碱土金属及卤素。后来，化学家们又借助于钠、钾的强还原性，从矿石中获得了硼、硒、硅、锆、钍、钛等元素。这些成就仅在1830年一年内就取得了。除此而外，在这一年还发现了锂、镉、铝和钒。1839－1843牢，分离出了镧、铽和铒。1844年发现了钌。以后的16年里没有新元素发现。

分光镜的发明

化学元素发现史上的下一个里程碑中分光镜的发明。从十六吐纪起，人们就知道某些物质能产生有色火焰.1860年，本生和基尔霍夫用一块棱镜分解这些有色火焰的光，发现所有元素，如果加热到白热，就会产生特有的光谱；而且不同的元素光谱图不同，光线的波长也不受其它元素存在的影响，光线的强度也足以检测出痕量元素。这就是最早的光谱分析法。这种分光术使得地壳中含量微小难于用一般的矿物分析法获得的元素的发现成为可能。这就是十九世纪后半叶如此多的元素被发现的主要原因。

1860到1863的几年内，人们就发现了铯、铷、铊、铟等元素。后来，分光镜对若干其它元素，尤其对稀土元素和惰性气体的发现起了重要作用。

周期表的产生

到十九世纪六十年代,已知元素表上已增加到62种元素，同时关于各种元素的物理和化学性质也积累了相当丰富的资料。但这些材料繁杂，缺乏系统,发现元素的工作仍在盲目的进行，没有一种方法能预测还有哪些元素未经发现以及它们的性质如何。1829年，德国的杜伯乃勒，在当时已知的54和元素中，发现有"三音律"存在，他把元素三种一组分类排了一张表。随后，越来越多的化学家致力于元素分类工作的研究，差不多在同一个时期里，法国的尚古都，英国的纽兰兹和奥德林，德国的迈尔，俄国的门捷列夫，先后提出了化学元素性质随原子量递增而呈现周期性变化的关系。如尚古都的"螺旋图"，纽兰兹的"八音律"，迈尔的"六元素表"。1869年，门捷列夫经过自己的精心研究后发表了一张元素分类表。1871年他又作了修订。这第二张表就是我们现在周期表的前身。在这张表中，门捷列夫留了一些空位，断言尚有未发现的元素存在。十五年内，他的预言全获证实。

如果说电解法的发明和光谱分析的创建为科学家们发现化学元素开辟了新的道路的话，周期表则不但理出了已知元素之间的复杂性，而且为新化学元素的发现指出了明确的方向。1886年又发现了8种稀士元素，接着苏格兰的霍姆赛在大气中发现了氦、氖、氩、氪、氙，进一步完善了周期表。

放射性元素

1896年，法国的贝克勒尔发现放射性后,居里夫妇分离出了含量稀少但具有强放射性的元素钋和镭。几年时间，锕和氡也被发现了。1917年发现了放射注元素镤。

到1925年，天然元素全被被发现，周期表以92号元素铀而告结束。但周期表中还有四个空位43、61、85、87号，化学家们继续探寻这些元素。自1939年来，核科学家不但合成出了43号（锝），61号（钷），85号（砹）和87号(钫)，而且合成出了16个超铀元素，周期表从1到109号除108号外全被填满了，其中93到107号人造元素大多数是由美国西博格等人最先在柏克莱制出的，这些元素没有稳定的同位素,因而在自然界是找不到的。唯有铀和钍衰变速度非常慢，半衰期达数十亿年.镭和钋半衰期很短，之所以能在自然界存在是由于它们做为铀和钛衰变产物而不断产生。

元素符号

在古代，全世界是没有统一的元素符号的。起初，元素用一些象形字或图形来表示。后来的炼金家们还根据自己的用途发明了一些符号。据1701年宋麦霍夫统计，仅金就有33种符号。十九世纪初道尔顿发表原子论的时候，采用了不同内部标记的圆圈表示各种元素。大约1811年，瑞典的贝采里乌斯建议用元素拉丁名称的简单缩写来作为元素的符号。由于这个表示法方便实用,不久被普遍采用，后经1860年德国卡尔斯卢国际代表大会通过被永久地作为表示元素的符号。

一切化学元素符号,都采用该元素拉丁文的第一个字母的大写表示。如果各一个字母相同，可用该元素拉丁名称的第二个字母的小写随后。如果第一第二字母都相同，可用第三或以后的字母的小写随在第一个字母以后表示。

汉语中对元素符号拉丁字母习惯以英文字母发音，绝大多数元素的符号与元素的英文名称也是相符的，有十一个元素的符号，来自古拉丁语，与英文名称不符。它们是Sb、Cu、Hg、K、Au、Ag、Fe、Na、Pb、Sn、W。

元素的名称

化学元素的外文名称往往都有一定的含义，有些元素是以太阳系中某些天体得名，有些是根据元素的特殊物理或化学性质来命力时，有些则得名于存在或发现时的情况；有相当一部分元素的名称来源于科学家、国家和古代传说中鬼神的名字。关于元素的命名，好些要经过多年的争议，才能最后确定下来。

103号以前的元素已有公认的名称和符号，以后的元素是怎么个情况呢？苏联19?4年首先报道了104号元素的发现，为纪念苏联的核科学家库尔查夫，定名Kurchatovium（Ku），我国有人译做""。美国科学家因不能重新制得这个元素而对苏联人的合成方法产生疑问，1969年他们独立制出后，便以英籍新西兰物理学家欧内斯待·卢瑟福把这个元素命名为Rutherfordium（Rf），我国有人译诈""。105元素由美国和苏联在1970年分别制得，美国人叫Hahnium（Ha,），以纪念德国科学家哈恩；苏联人叫Nielsbohrium（Ns），以纪念丹麦科学家尼尔斯·玻尔。106号元素由美国和苏联在1974年制得。两年后苏联又制出了107号元素。109号元素1982年报道由西德达姆施达德实验室合成，这些还没给出名称。

鉴于这些元素名称上的混乱情况，1978年国际无机化学分会通过了一个关于100号以上元素命名的新规则，规定终止用科学家的性氏命名新元素，提出：（1）新元素时名称应该与其原子序数具有简单而明晰的关系；（2）不论是金属元素还是非金属元素，名称词尾部加ium；（3）新元素符号采用三个字母，以区别以知元素所采用的一个或两个字母；（4）新元素的符号直接由原子序数导出，使之尽可能与其名称相符。具体是采用希腊文和拉丁文数词联合的方法，这些数词是ni1=0，un=1，bi=2,tri=3，quad=4，pent=5，hex=6，Sept=7,oct=8，enn=9，按原子序数的数字次序，把这些数词连在一起词尾加ium即成。元素符号由组成名称的各数词首位字母构成，头一个字母大写，后两个字母小写。如104弓元素其名称为unnilquadium，符号是Unq，101,102和103号元素，其名称和符号没有多大争议，仍按以前的方式表示。

在汉语里，化学元素的名称都是用一个汉字来表达的。除了金、银、铜、铁、锡、铬、硫、碳等是采用古代原有的文字外，绝大多数是本世纪来新创的字。这些新创的字，一般是按照国际间通用的拉丁名称的第一音节的译音，或拉丁文的含意，在原有汉字的基础上改变或增加偏旁而成。为了便于识别，凡是金属都写作金字旁""（除汞外），凡是非金属，在通常情况下为气态的写"气"字头，为液态时写""旁，为固态的写""字旁。如Natrium，第一音节为Na,音"纳"，由于它是金属，改""为""旁，成"钠"。至于104号以后的元素的汉语名称，尚未确定下来。

同位素

一百多年前，元素被看做仅包含一种原子的物质。按照道尔顿的原子论，相同元素的一切原子应是一样的。然而1911年后，人们发现相同元素的原子未必完全一样。英国索弟发现，当放射性元素分解的时候，要产生一系列其它元素；有些元素化学性质相似，似乎处在周期表中的同一位置，但放射性不同。索弟称这些同一元素的不同品种叫做同位素。同时，有人进一步用质谱证明，同一元素的原子能被分成不同原子量的品种。

目前，除了天然存在的几百种同位素外，据统计已由核轰击法合成了1200多种同位素。这时，我们可以说，元素是一种物质，它的所有原子具有相同时原子序数或同数目的质子。

同素异形体

我们知道，石墨和金刚石是两种截然不同的物质，一个质软、色黑，另一个却极硬又无色，但两者都是100％的碳。纯磷以低熔点、高活性、有毒、白色和高熔点、低活性、无毒、红色及象石墨那样等三种形态存在。这些相同元素的不同物质形态叫同素异形体。因为当一种元素呈现同素异形现象时，几种极不相同的物质可能是同一种元素组成的纯物质，因此，这就有必要把元素和它的游离态从概念上加以区分。元素本质上是按照核电荷的多少对原子的一种分类方法。现在，我们可以很好地把元素定义为：元素是具有相同核电荷（或质子数）的一类原子。

未来的元素

今天，周期表中的位置从1到107已被实验证实的元素填满了。由于现已清楚原子结构和周期表的关系，将来发现的任何新元素必定位于107号之后，最近又报道合成了109号元素，完全可信，元素表上还会继续憎加。

人造元素数目有没有一个限度呢了有人认为，有限度。开始合成的几种超铀元素中寿命最长的同位素其半衰期可达千万年的数量级，而最近制造的九种超铀元素的半衰期越来越短，105和106号元素的半衰期约有1秒，107号元素只有毫秒级的半衰期，可推理后边元素的半衰期会更短。然而，美国的西博格等人认为：在核不稳定性的"海洋"里存在有"稳定岛"，具有原子"幻数"的某些元素比邻近元素应有更大的稳定性。例如，原子质量数为298的114号同位素，质子和中子都是"幻数"，可能有数百年的半衰期。一些科学家甚至预言自然界可能存在有超重元素。1976年曾有人报道在天然矿物中可能有痕量这样的元素，不过尚未证实。有人甚至到月球和海底去寻找它们，还有的科学家设计多种可能的方案企图合成它们，但都没有成功。"稳定岛"推论是否正确还需通过科学家实验来证明。

数千年前，人们企图把其它金属转变成黄金，现在已成事实，今天人们正在探寻的元素比黄金更加诱人，更为昂贵。