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化学元素本文重定向自 化學元素

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Periodic table zh-hans.svg
Hydrogen discharge tube.jpg
Barium unter Argon Schutzgas Atmosphäre.jpg
Copper.jpg
HEUraniumC.jpg
Bromine vial in acrylic cube.jpg
HeTube.jpg
上方:化学元素周期表,下方:一些元素的样品,从左到右分别是:

化学元素指自然界中一百多种基本的金属非金属纯物质;同一种化学元素是由相同的原子组成,也就是其原子中的原子核具有同样数量的质子,用一般的化学方法不能使之分解,并且能构成一切物质。一些常见元素的例子有等。

原子序数大于82的元素(即之后的元素)皆没有稳定的同位素,会进行放射性衰变。另外,第43和第61号元素(即)亦没有稳定的同位素,会进行衰变。可是,即使是原子序数大于82、没有稳定原子核的元素,有些仍可能存在于自然界中,如天然放射性核素[1],另外,其余原子序数小于99()的放射性元素在自然界中亦都有少量或极微量的存在。所有化学物质都是由元素组成,即任何物质都包含元素。随着人工的核反应,会发现更多的新元素。

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]

2018年,总共有118种元素被发现,其中地球上有98种(1号的至98号的),其余则是人工合成元素

概览

化学元素中最轻的两个元素分别是氢和,都是在宇宙形成的前20分钟太初核合成所产生的[3],一开始的质量比率为3:1(原子数比例则为12:1)[4][5],当时也产生了极微量的。几乎其他自然存在的元素都是经由自然的核合成而产生的[6]。地球上有少量的新元素是由核生成英语nucleogenic反应产生,或是宇宙生成(cosmogenic)反应(例如宇宙射线散裂)所产生。地球上的新元素也都可能是放射性衰变产物,衰变过程是一些放射性过程,例如α衰变β衰变自发裂变簇衰变英语cluster decay等,也有些较少见的衰变过程。

在自然界存在的94种化学元素中,原子序1至82的元素几乎都至少有一个稳定同位素(只有原子序43的以及原子序61的例外)。对于某一个同位素,若始终没有观测到它的核衰变反应,即视为稳定同位素。原子序83以后的元素是放射性元素,其所有的同位素都具有放射性,会进行核衰变反应。其中有些元素,例如原子序83的、原子序90的及原子序92的有一个或多个半衰期很长的同位素,因此其目前的同位素有可能是在太阳系形成之前,恒星核合成时产生的重金属铋-209英语bismuth-209α衰变半衰期超过1.9×1019年,是目前估期宇宙寿命的十亿倍,是自然存在的元素中,半衰期最长的同位素,几乎可以视为是稳定同位素[7][8]超铀元素(在以后,原子序大于92的元素)其核衰变的半衰期大多较短,因此无法于自然界稳定存在,或者是从太阳系诞生至今早已衰变殆尽,所以都是由人工合成的方法发现的,只有少数超铀元素在自然界中有痕量的存在(如等)。

到2010年为止,有118有已知的元素(此处的“已知”是对该元素已有部分的资讯,从只知道其部分衰变产物者,到已将此元素从其他元素中分离出来者皆计入。)[9][10]。在118个元素中,自然界存在的有94个,而其中有六个在自然界是极微量存在:原子序数43的、原子序数61的、原子序数85的、原子序数87的、原子序数93的以及原子序数94的。在宇宙中有侦测到这94种元素的存在,在恒星及超新星的光谱中也不例外,而恒星及超新星的光谱也会侦测到半衰期短的放射性元素。前94种元素是地球上可侦测到的原始核素英语primordial nuclide,可能是太阳系形成时就生成,也可能是天然存在的铀或钍裂变(或嬗变)产物。

剩下的24个元素现今不存在在地球上,也没有出现在宇宙光谱中,这些元素都是人工产生的,这些元素都是半衰期很短的放射性元素。若在地球形成时曾经有这些元素存在,他们几乎确定已经衰变成其他元素了。是在1937年以人工的方式制备,曾认为是第一个人工合成,自然界不存在的元素,不过后来发现自然界有极微量的锝(而且可能在1925年就已经发现自然界存在的锝)[11]。其他一些有放射性,但自然界极微量存在的元素发现情形也和锝类似:先由人工的方式制备,后来才发现也存在在自然界中[12]

原子序

原子序数是一个原子核质子的数量,也决定元素的性质[13]。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。例如所有的碳原子的原子核都有六个质子,因此碳的原子序数是6[14]。碳原子可能会有不同个数的中子,这些就是碳的同位素[15]

原子核中质子的个数决定了原子核的电荷,因此也决定了原子在电中性时的电子个数。电子会填入其原子轨道中,决定原子各种的化学性质。中子的个数对于原子的化学性质影响不大(例外)。例如所有的碳原子因为有六个质子及六个电子,即使其中子可能有六个或是八个,其化学特性几乎相同。因此在化学上,是由原子序数来识别一化学元素的特性,而不是用其质量数

一般原子序数会写在元素符号的左下方,例如

但因为一个元素的原子序数是确定的,因此这个值很少会这样写出来。

质量数

质量数是指中性原子的原子核内,质子数量和中子数量的和,质量数的数值都是整数。如氧-16中性原子的原子核内质子数和中子数皆为8,故其质量数为16。有时会将质量数和原子序数(Z,质子数)分别标示在元素的左上角及左下角,如即为质量数为16,原子序数为8的氧原子[16]

同位素

同位素是指某种特定化学元素之下的不同种类。同一种元素下的所有同位素都具有相同的质子数目,但中子数目不同。这些同位素在化学元素周期表中占有同一个位置,因此得名。例如皆属于元素的同位素,它们的原子核中都有1个质子,但中子数分别为0、1及2,所以它们互为同位素。其中,氘几乎比氕重一倍,而氚则几乎比氕重二倍。另外,具有放射性的同位素称为放射性同位素

原子量

质量数是原子中,质子数量和中子数量的和,而单一原子的原子量为表示该原子质量的实数,其单位为原子质量单位(amu或简称u)。一般而言,原子量和质量数会有些差异,不会完全相同,因为每个中子和每个质子的质量不是恰好都是1u,而原子量也会受到电子及核结合能的影响。例如氯-35的原子量若精确到五位小数,会是34.969u,而氯-37的原子量若精确到五位小数,会是36.966u。不过原子量以u为单位时的数值,和质量数的误差会在1%以内。唯一原子量是整数,和质量数完全相同的元素是碳12,因为依照原子质量单位的定义就是碳12原子在基态时质量的1/12,因此碳12的原子量就是12u。

相对原子量英语Relative atomic mass以往也称为原子量,是在特定环境下找到同一元素同位素,以丰度加权后的原子量平均值,再除以原子质量单位(u)所得的值。数值可能是一个分数,例如氯的相对原子量为35.453,不太接近整数,原因是这个数值是76%的氯35及24%的氯37平均后的结果。

化学的纯元素及核子物理的的纯元素

化学家和核子物理学家对于“纯元素”会有不同的定义。在化学上,纯元素是指物质中全部(或是几乎是全部)的原子都有相同的原子序,或是质子个数相同。不过在核子物理上,纯元素是指物质中只有一种稳定的同位素[17]

例如,铜缆中若99.99%的成分都是有29个质子的铜原子,以化学层面来看,即为有99.99%纯度的铜。不过一般的铜包括了二种同位素,69%的及31%的,两者中子数不同。相对的,金块在化学上或是在核子物理都是纯元素,因为一般的金只由一种同位素组成。

同素异形体

化学上的纯元素,其原子之间结合的方式可能不只一种,因此纯元素也会存在多种化学结构英语chemical structure,也就是原子在空间中会有不同的排列方式,这些称为同素异形体,其性质也有所变化。例如碳的同素异形体中,钻石是在每个碳原子的周围都有以四面体结构互相连接的碳,而石墨是由碳原子组成的六角状层状结构,石墨烯只有单一层的石墨,但强度非常高,富勒烯的几何外形几近于球体,碳纳米管是由六角形结构组成的细管,但其电气特性又和其他的同素异形体不同。

元素的一般条件(也称为参考状态)是指元素在压力一、指定温度(一般会是298.15K)下其热力学稳定度最高的状态。在热化学中,会定义元素在一般条件下的标准摩尔生成焓为零。例如,碳的一般条件是石墨,因为石墨的结构比其他同素异形体都要稳定。

元素性质

有许多种描述性的分类可以应用在元素上,包括考虑其常见的物理及化学性质、在常见条件下的物态、熔点及沸点、密度、固体时的晶体结构以及其来源等。

一般性质

有些词常用来描述元素的一般物理性质及化学性质。第一种分类方式是将元素分为可以导电金属、无法导电的非金属,以及在金属和非金属之间的一些类金属,其性质介于金属和非金属之间,而且多半会有半导体的特性。

在周期表上有更细的元素分类,除了金属及非金属的大略分类外,还会有颜色标示一些比较细的分类,例如碱金属碱土金属卤素镧系元素锕系元素过渡金属贫金属类金属、双原子非金属、多原子非金属及稀有气体。在上述系统中,碱金属、碱土金属、过渡金属、镧系元素及锕系元素属于金属,而双原子非金属、多原子非金属及稀有气体属于非金属。有些周期表中不会特殊将卤素分为一类,会将视为是类金属,其他则分为非金属。

物质状态

另一种常见的分类是在特定的温度及压力(标准状况)下,利用元素本身的物质状态固态液态气态来区分。大部分的元素在标准状况下是固态,也有一些是气态。在0 ℃及正常大气压力下会是液态的元素只有,而在上述条件下是固态,但分别会在28.4 °C及29.8 °C融化为液态。

熔点及沸点

在一大气压力下的熔点沸点(一般会用摄氏温度表示)也常用来作为元素的分类。大部分元素的熔点及沸点都已知道,不过有些放射性元素只能非常少量的制备,而且其半衰期短,因此可能还无法量测其熔点或沸点。因为在一大气压力下的绝对零度时也是液态,因此依传统的表示方式,氦只有沸点,没有熔点。

密度

元素在特定温度及压力(标准状况)下的密度常用来作为元素分类的依据。密度会以g/cm3为其单位。因为有些元素在标准状况下为气态,这些元素的密度会以其气态下的密度来表示。

若元素有不同密度的同素异形体,一般会一一列出常见的同素异形体及其密度,另一种作法是列出最常见的同素异形体,并标示其密度。例如碳的同素异形体中,最常见的是无定形碳石墨钻石,其密度分别是1.8–2.1, 2.267和 3.515 g/cm3

晶体结构

目前为止,已发现的固态元素其晶体结构可分为八种:立方晶系体心立方晶系, 面心立方晶系, 六方晶系, 单斜晶系, 正交晶系, 菱形晶系四方晶系。有些人工合成的元素因为可分析的原子太少,还无法判断其晶体结构。

放射性

放射性是指某元素的放射性同位素从不稳定的原子核自发地放出射线(如α射线β射线γ射线等)“衰变”形成另一种同位素(衰变产物),这种现象称为放射性。衰变时放出的能量称为衰变能量。每种元素都有着许多种放射性同位素,若某元素的所有同位素都具有放射性,则我们称该元素为放射性元素。原子序为83)以上的元素都属于放射性元素,但某些原子序数小于83的元素(如)也属于放射性元素[18]。半衰期越短的放射性同位素越不稳定,放射性也越强。

周期表

族→ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 电子层 0族电子数

周期↓ I A VIII A
(0)
1 1
H

1.008
II A III A IV A V A VI A VII A 2
He

4.003





K





2
2 3
Li

6.941
4
Be

9.012
  5
B

10.81
6
C

12.01
7
N

14.01
8
O

16.00
9
F

19.00
10
Ne

20.18




L
K




8
2
3 11
Na

22.99
12
Mg

24.30
III B IV B V B VI B VII B VIII B
(VIII)
I B II B 13
Al

26.98
14
Si

28.09
15
P

30.97
16
S

32.04
17
Cl

35.45
18
Ar

39.95



M
L
K



8
8
2
4 19
K

39.10
20
Ca

40.08
21
Sc

44.96
22
Ti

47.87
23
V

50.94
24
Cr

52.00
25
Mn

54.94
26
Fe

55.84
27
Co

58.93
28
Ni

58.69
29
Cu

63.55
30
Zn

65.38
31
Ga

69.72
32
Ge

72.63
33
As

74.92
34
Se

78.97
35
Br

79.90
36
Kr

83.80


N
M
L
K


8
18
8
2
5 37
Rb

85.47
38
Sr

87.62
39
Y

88.91
40
Zr

91.22
41
Nb

92.91
42
Mo

95.95
43
Tc

[99]
44
Ru

101.1
45
Rh

102.9
46
Pd

106.4
47
Ag

107.9
48
Cd

112.4
49
In

114.8
50
Sn

118.7
51
Sb

121.8
52
Te

127.6
53
I

126.9
54
Xe

131.3

O
N
M
L
K

8
18
18
8
2
6 55
Cs

132.9
56
Ba

137.3
57-71
镧系
元素
*
72
Hf

178.5
73
Ta

180.9
74
W

183.8
75
Re

186.2
76
Os

190.2
77
Ir

192.2
78
Pt

195.1
79
Au

197.0
80
Hg

200.6
81
Tl

204.4
82
Pb

207.2
83
Bi

209.0
84
Po

[210]
85
At

[210]
86
Rn

[222]
P
O
N
M
L
K
8
18
32
18
8
2
7 87
Fr

[223]
88
Ra

226.0
89-103
锕系
元素
**
104
Rf
𬬻
[261]
105
Db
𬭊
[262]
106
Sg
𬭳
[266]
107
Bh
𬭛
[264]
108
Hs
𬭶
[277]
109
Mt

[268]
110
Ds
𫟼
[281]
111
Rg
𬬭
[272]
112
Cn

[285]
113
Nh

[286]
114
Fl
𫓧
[289]
115
Mc

[289]
116
Lv
𫟷
[293]
117
Ts

[294]
118
Og

[294]
Q
P
O
N
M
L
K
8
18
32
32
18
8
2
6 * 镧系
元素
57
La

138.9
58
Ce

140.1
59
Pr

140.9
60
Nd

144.2
61
Pm

[145]
62
Sm

150.4
63
Eu

152.0
64
Gd

157.2
65
Tb

158.9
66
Dy

162.5
67
Ho

164.9
68
Er

167.3
69
Tm

168.9
70
Yb

173.0
71
Lu

175.0
7 ** 锕系
元素
89
Ac

[227]
90
Th

232.0
91
Pa

231.0
92
U

238.0
93
Np

237.0
94
Pu

[244]
95
Am

[243]
96
Cm

[247]
97
Bk

[247]
98
Cf

[251]
99
Es

[252]
100
Fm

[257]
101
Md

[258]
102
No

[259]
103
Lr

[262]

图解:

  待确认化学特性

标准状况下,序号绿色者为气体;序号蓝色者为液体;序号黑色者为固体;序号灰色者为未知相态。​

化学元素的性质常会用元素周期表来整理,其中会将元素随着其原子数的增加,放在不同的元素周期中,而同一的化学元素会有较近似的物理及化学性质。目前使用的标准元素表包括到2010年4月10日之前所发现的118个已确认的元素。

早期也有一些科学家用类似周期表的方式表现元素的关系,但一般都将元素周期表视为是俄罗斯化学家德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫在1869年的贡献,门捷列夫导入周期表来描述元素中重复的特性驱势。随着时间的演进,元素周期表的布局也有进行调整,以将新发现的元素加入,并且也发展了新的理论模式来解释其化学性质。

周期表在化学中的许多领域都很常出现,在针对许多不同形式化学性质的分类、系统化及比较时是非常好用的框架。周期表也常用在物理学地质学生物学材料科学工程学农业医学营养学环境卫生英语environmental health天文学。周期表中的原则在化学工程中也非常的重要。

命名法及符号

元素命名的决定不断变化,混杂了人类各种语言、文化、及对化学知识的理解[19]。化学元素的名称随着历史演进有不同来源,有从古代就有名称的、有采用炼金术师时代名称的、有采用神话的、有采用颜色的、有按地理名称取的、有按元素性质取名的、也有按人名取名的[20]。在现代慢慢接受发现者有权命名,然而国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC),对于元素命名和符号有最终决定权[20]:72

从1947年起IUPAC负起批淮元素名称的责任,并为每一个元素决定国际通用的单一符号,在此之前有不少元素有多个名字,如元素41的名字在欧洲和美洲间存有争议150年,至1949IUPAC决定采欧洲使用的名称[19]。截至2015年 (2015-Missing required parameter 1=month!)IUPAC治理全球化学知识,成为化学元素新发现及命名权的最终裁决法院,创立了国际认可的标准术语,这是在19世纪所明显没有的。在语言参与方面,由于历史和世界大战的政治因素,德文曾被数个包括IUPAC的国际科学组织抵制,其后在1929年的IUPAC,德文和意大利文才被授予IUPAC附属语言的地位[21]

根据中华人民共和国全国科学技术名词审定委员会的说法,元素英文名称的国际定名是透过IUPAC讨论决定的[22],该会化学名词审定分委员会于1998年召开的无机化学名词组扩大会议,根据IUPAC对101至109号的元素名称重新命名,审定对应的中文命名[23]IUPAC对101-11号元素重新命名后,两岸化学专家经研讨对中文定名达成一致,截至2014年 (2014-Missing required parameter 1=month!)100号之后的化学元素,两岸名称是完全一致的[24]

元素名称词源

从古代就有名称的元素共有9个,有7个金属及2个非金属[20]:72。其中汞是古代中最晚发现的,圣经旧约提供了不少关于其他8个元素的资讯、但并未提及汞[20]:72

炼金术师时代元素命名采用的是当时众所周知意义:如的取名Arsenic源于希腊语arsenkikos,取其男性、阳刚之意;Bismuth的取名源于德语:Weisse Masse,取其白色物质、白色金属之意[20]:72

采用星体名称的元素命名有:名Helium源于“太阳”的希腊语Helios名Selenium源于“月亮”的希腊语Selene名Tellurium源于“地”的拉丁语Tellus名Cerium源于小行星谷神星希腊语Ceres(1801年发现小行星,1803年发现金属铈)[20]:73(Uranium,英语:Uranus)和(Neptunium,英语:Neptune[25]等等。

采用希腊北欧等神话的元素命名有:名Uranium取自希腊神话第一位世界统治者乌拉诺斯名Vanadium取自北欧神话的女神瓦纳迪斯名Neptunium取自罗马神话的海神尼普顿、等等[20]:74

因为部分元素的性质或化学反应有颜色,所以有些元素的命名根源于颜色名:名Chromium源于希腊语Chroma指颜色、名Rubidium源于拉丁语Rubidus指最暗的红色、名Zirconium 源于波斯语Zargun‎指带金色的、等等[20]:74

采用地名的元素命名有:名Scandium源于斯堪的纳维亚名Europium源于欧洲名Holmium源于斯德哥尔摩名Ruthenium源于罗塞尼亚(指俄罗斯)、名Americium源于美洲名Californium源于加利福尼亚等等[20]:75

采用人名来为元素命名的数量较少,可能和瑞典化学家贝采利乌斯反对使用人名的坚定立场,当元素发现时世界在争论取名应该取wolfram还是 tungsten,著名德国矿物学家亚伯拉罕·戈特洛布·维尔纳提案以schelium 命名来表彰舍勒在氧化钨的研究成就,贝采利乌斯以两个理由唐突地拒绝此提案:“这命名从瑞典语的观点不适当,且我们同胞的不朽成就无需靠此来支撑。”[20]:76

超铀元素被人造时,采用人名来为元素命名变得常见:[20]:76

元素符号

从古代就有名称的金属元素和天体相连结而有了符号,如太阳月亮火星等等[20]:76。18世纪化学知识的快速发展使符号的使用更为迫要,有许多提案是采旧案外加额外的几何图形。瑞典化学家贝采利乌斯于1813年发展出一套简单提案:让元素名称的第一个字母作为符号,这元素名称可能是旧拉丁文、希腊文、或现代名称,若有多个元素使用同样的字母,那么就取第一个及第二个(或著是取第一个及第三个)字母,大小写方面第一个字母需大写而第二个字母需小写[26][20]:78

贝采利乌斯所提的新符号系统很快在欧洲和美洲受到采纳,新元素的符号大多按此案原则定义,唯有的命名从该元素发现后在美洲欧洲的争议不止,现今IUPAC于1949及1960年的决议已将元素41采用niobium和符号Nb[20]:78-9

元素符号令人满意的成果是,不管国家语言是什么,全世界通用一套相同的化学元素符号语言。[20]:79。和欧美语言系统完全不同的国家如俄罗斯中国日本等等,用的也是以拉丁字母书写的元素符号[20]:79

命名争议和区域政治

以欧洲国家成员为主力的IUPAC曾和美国化学代表机构如美国化学会在命名元素106𬭳时发生争议[27]

在1918年后,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。[28]

中文命名法

化学元素中文命名法创始人徐寿(1818年—1884年)

古中国对部分元素有特别名称,如铁、金等早已被命名。1850年代开始,西方化学传入中国,中国人开始对其他元素命名。末时,中国有至少两套元素命名方法,分别是同文馆徐寿提出[29]

辛亥革命后,中国开始着手统一和改革元素名称,如21号元素由改为[30]。1949年后,两岸三地对元素的命名有些不同,如95号元素,中国大陆和香港命名为镅[31],台湾命名为鋂[32]

IUPAC对101-11号元素重新命名后,两岸化学专家经研讨对中文定名达成一致,截至2014年 (2014-Missing required parameter 1=month!)100号之后的两岸化学元素名称是完全一致的。 [24]

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。[28][33]

已发现的118个元素列表

化学元素周期表发明者德米特里·门捷列夫

以下表格列出已发现的118的元素,其元素名称可以连结到对应的化学元素条目,表格中还有以下的项目。

化学元素列表
原子序 繁体名称 简体名称 符号 周期 分区 标准状况下的
状态
存在情形 说明
1 H 1 1 s 气体 自然界 非金属
2 He 18 气体 自然界 稀有气体
3 Li 1 2 s 固体 自然界 碱金属
4 Be 2 固体 自然界 碱土金属
5 B 13 p 固体 自然界 半金属
6 C 14 固体 自然界 非金属
7 N 15 气体 自然界 非金属
8 O 16 气体 自然界 非金属
9 F 17 气体 自然界 卤素
10 Ne 18 气体 自然界 稀有气体
11 Na 1 3 s 固体 自然界 碱金属
12 Mg 2 固体 自然界 碱土金属
13 Al 13 p 固体 自然界 金属
14 Si 14 固体 自然界 半金属
15 P 15 固体 自然界 非金属
16 S 16 固体 自然界 非金属
17 Cl 17 气体 自然界 卤素
18 Ar 18 气体 自然界 稀有气体
19 K 1 4 s 固体 自然界 碱金属
20 Ca 2 固体 自然界 碱土金属
21 Sc 3 d 固体 自然界 过渡金属
22 Ti 4 固体 自然界 过渡金属
23 V 5 固体 自然界 过渡金属
24 Cr 6 固体 自然界 过渡金属
25 Mn 7 固体 自然界 过渡金属
26 Fe 8 固体 自然界 过渡金属
27 Co 9 固体 自然界 过渡金属
28 Ni 10 固体 自然界 过渡金属
29 Cu 11 固体 自然界 过渡金属
30 Zn 12 固体 自然界 过渡金属
31 Ga 13 p 固体 自然界 金属
32 Ge 14 固体 自然界 半金属
33 As 15 固体 自然界 半金属
34 Se 16 固体 自然界 非金属
35 Br 17 液体 自然界 卤素
36 Kr 18 气体 自然界 稀有气体
37 Rb 1 5 s 固体 自然界 碱金属
38 Sr 2 固体 自然界 碱土金属
39 Y 3 d 固体 自然界 过渡金属
40 Zr 4 固体 自然界 过渡金属
41 Nb 5 固体 自然界 过渡金属
42 Mo 6 固体 自然界 过渡金属
43 Tc 7 固体 无稳定同位素 过渡金属
44 Ru 8 固体 自然界 过渡金属
45 Rh 9 固体 自然界 过渡金属
46 Pd 10 固体 自然界 过渡金属
47 Ag 11 固体 自然界 过渡金属
48 Cd 12 固体 自然界 过渡金属
49 In 13 p 固体 自然界 金属
50 Sn 14 固体 自然界 金属
51 Sb 15 固体 自然界 半金属
52 Te 16 固体 自然界 半金属
53 I 17 固体 自然界 卤素
54 Xe 18 气体 自然界 稀有气体
55 Cs 1 6 s 固体 自然界 碱金属
56 Ba 2 固体 自然界 碱土金属
57 La 3 f 固体 自然界 镧系元素
58 Ce 3 固体 自然界 镧系元素
59 Pr 3 固体 自然界 镧系元素
60 Nd 3 固体 自然界 镧系元素
61 Pm 3 固体 无稳定同位素 镧系元素
62 Sm 3 固体 自然界 镧系元素
63 Eu 3 固体 自然界 镧系元素
64 Gd 3 固体 自然界 镧系元素
65 Tb 3 固体 自然界 镧系元素
66 Dy 3 固体 自然界 镧系元素
67 Ho 3 固体 自然界 镧系元素
68 Er 3 固体 自然界 镧系元素
69 Tm 3 固体 自然界 镧系元素
70 Yb 3 固体 自然界 镧系元素
71 Lu 3 d 固体 自然界 镧系元素
72 Hf 4 固体 自然界 过渡金属
73 Ta 5 固体 自然界 过渡金属
74 W 6 固体 自然界 过渡金属
75 Re 7 固体 自然界 过渡金属
76 Os 8 固体 自然界 过渡金属
77 Ir 9 固体 自然界 过渡金属
78 Pt 10 固体 自然界 过渡金属
79 Au 11 固体 自然界 过渡金属
80 Hg 12 液体 自然界 过渡金属
81 Tl 13 p 固体 自然界 金属
82 Pb 14 固体 自然界 金属
83 Bi 15 固体 自然界 金属
84 Po 16 固体 无稳定同位素 金属
85 At 17 固体 无稳定同位素 卤素
86 Rn 18 气体 无稳定同位素 稀有气体
87 Fr 1 7 s 固体 无稳定同位素 碱金属
88 Ra 2 固体 无稳定同位素 碱土金属
89 Ac 3 f 固体 无稳定同位素 锕系元素
90 Th 3 固体 自然界 锕系元素
91 Pa 3 固体 无稳定同位素 锕系元素
92 U 3 固体 自然界 锕系元素
93 Np 3 固体 无稳定同位素 锕系元素
94 Pu 3 固体 自然界 锕系元素
95 Am 3 固体 无稳定同位素 锕系元素
96 Cm 3 固体 无稳定同位素 锕系元素
97 Bk 3 固体 无稳定同位素 锕系元素
98 Cf 3 固体 无稳定同位素 锕系元素
99 Es 3 固体 人工合成 锕系元素
100 Fm 3 固体 人工合成 锕系元素
101 Md 3 固体 人工合成 锕系元素
102 No 3 固体 人工合成 锕系元素
103 Lr 3 d 固体 人工合成 锕系元素
104 钅拉 𬬻 Rf 4 型态不明 人工合成 过渡金属
105 𨧀钅都 𬭊 Db 5 型态不明 人工合成 过渡金属
106 𨭎 𬭳 Sg 6 型态不明 人工合成 过渡金属
107 𨨏 𬭛 Bh 7 型态不明 人工合成 过渡金属
108 𨭆 𬭶 Hs 8 型态不明 人工合成 过渡金属
109 Mt 9 型态不明 人工合成 过渡金属
110 𫟼 Ds 10 型态不明 人工合成 过渡金属
111 𬬭 Rg 11 型态不明 人工合成 过渡金属
112 Cn 12 型态不明 人工合成 过渡金属
113 Nh 13 p 型态不明 人工合成  
114 𫓧 Fl 14 型态不明 人工合成 贫金属
115 Mc 15 型态不明 人工合成  
116 𫟷 Lv 16 型态不明 人工合成  
117 Ts 17 型态不明 人工合成  
118 Og 18 型态不明 人工合成  

蕴藏量

蕴藏量即是地球中,所含元素数量,若依质量来排序现时地壳中含量最丰富的元素,前八个分别是(46.6%)、(27.7%)、(8.1%)、(5.0%)、(3.6%)、(2.8%)、(2.6%)、(2.1%)[34]

若考虑包括地幔地核的整个地球,含量最丰富的元素,前八个分别是(32.1%)、(30.1%)、(15.1%)、(13.9%)、(2.9%)、(1.8%)、(1.5%)及(1.4%)[35]

历史

门德列夫1869年提出的周期表

定义的演变

化学元素的概念基本上是指无法再进一步分解的物质(严格来说,是用化学反应无法再进一步分解的物质),在历史上分为三个不同阶段的定义:早期的定义(类似古希腊时的定义)、化学上的定义及原子的定义。

早期的定义

“元素”一词在公元前360年被希腊哲学家柏拉图首先使用,在他的语录《蒂迈欧篇》 中,讨论了一些有机无机的物质,这可算是最早期的化学著作。柏拉图假设了一些细微的物质有一些特别的几何结构正四面体)、正八面体)、正二十面体)、正六面体)及正十二面体宇宙)。[36]

除此之外,希腊哲学家恩培多克勒在其著作《论自然》(On Nature)中,使用了“根”(希腊文: ῥιζὤματα)一词。亚里斯多德在《论天英语On the Heavens》等著作中构想出五元素说,在柏拉图的四种元素中再加上以太(精质),亚里士多德对“元素”的正式定义见于《形而上学英语Metaphysics (Aristotle)[37]

建基于以上的理论,在公元790年,阿拉伯化学家贾比尔假设出金属由两种元素组成:,作为"火石",用以解释其可燃性,和水银,用以解释理想中的金属性质。[38]到中世纪时,瑞士医生及炼金术士帕拉塞尔苏斯提出了三元素理论:硫使物质有可燃性,水银使物质有挥发性和稳定性,而物质使金属有固体性。

化学定义及原子定义

1661年,爱尔兰自然哲学家罗伯特·波义耳发现不止以往古人认为只有四个古典元素。1789年出现了第一个现代化的化学元素列表,其中包含33个元素,并有元素的基本资料。1818年,已发现元素增加至四十多种。门捷列夫于1869年发表的元素周期表中,有66种元素。

直到20世纪初,元素被定义为不能被分解成更简单的物质。换句话说,一种化学元素不能转化成其他化学元素。1913年,亨利·莫塞莱发现原子中的核电荷是原子的原子序,介定了目前原子的基础定义。1919年,有72个已知的元素。1955年,为了纪念门捷列夫,于是把第101种发现的元素命名为。现今,共发现了118种元素,参见元素周期表

许多元素的发现及认可

有十种物质,人类在史前时代就已熟悉,后来确认是元素:分别是。在公元1500年前又发现了其他元素的物质,分别是。在1750年之前又发现

大部分存在在自然界的元素在1900年都已发现,包括:

在1900年之后发现的元素有:

  • 最后三个自然界存在的稳定元素:
  • ,最早是由格伦·西奥多·西博格在1940年合成,但后来发现在自然界有半衰期长的同位素。
  • 三个意外发现,自然界存在的元素(),一开始都是人工合成,后来发现在自然界的矿石样品中有痕量的元素。
  • 铀或是钍的衰变产物(
  • 许多合成的超铀元素,从原子序较小的开始

近来发现的元素

第一个超铀元素(原子序大于92的元素)是在1940年发现。到2016年1月份为止,国际纯化学和应用化学联合会已经认可了118种元素的发现。112号元素的发现是在2009年认可的,建议取名为(copernicium),元素符号Cn[39],名称及符号是在2010年2月19日由IUPAC所认可[40]。目前已合成的最重的元素应该是118号元素Og,在2006年10月9日在俄罗斯杜布纳杜布纳联合原子核研究所的核反应器中制备[10]。117号元素Ts是目前最晚发现的元素,在2009年发现[41]。IUPAC已在2011年6月正式认可了𫓧𫟷二个元素,原子序分别是114及116,并且在2012年5月认可其名称[42]。IUPAC在2015年12月认可了第113、115、117及118号元素[43],在2016年6月8日宣布其预计要使用的名称,这些元素名称分别是nihonium(113, Nh)、moscovium(115, Mc)、tennessine(117, Ts)及oganesson(118, Og),名称在2016年11月28日正式获得认可。[44] [45]

2017年1月15日,中华人民共和国全国科学技术名词审定委员会联合国家语言文字工作委员会组织化学、物理学、语言学界专家召开了113号、115号、117号、118号元素中文定名会。5月9日,中国科学院、国家语言文字工作委员会、全国科学技术名词审定委员会在北京联合召开发布会,向社会发布113号、115号、117号、118号元素中文名称分别为[46][47]

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外部链接

参见


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