元素查看源代码讨论查看历史
化学元素,(英語 chemical element )指自然界中一百多种基本的金属和非金属物质,同一种化学元素是由相同的原子组成,也就是其原子中的每一核子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氢、氮和碳。
原子序数大于82的元素(即铅之后的元素)没有稳定的同位素,会进行放射衰变。另外,第43和第61种元素(即锝和钷)没有稳定的同位素,会进行衰变。可是,即使是原子序数大于94,没有稳定原子核的元素,有些仍可能存在在自然界中,如铀、钍、钚等天然放射性核素。[1] 所有化学物质都包含元素,即任何物质都包含元素,随著人工的核反应,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]
2012年,总共有118种元素被发现,其中地球上有94种。
目录
概览
化学元素中最轻的两个元素分别是氢和氦,都是在宇宙形成的前20分钟由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],当时也产生了痕量的锂及铍。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 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的衰变产物,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 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的元素几乎有至少一个稳定同位素(只有原子序43的锝以及原子序61的钷例外)。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至94的元素是放射性同位素,其中所有的同位素都有核衰变反应。其中有些元素,例如原子序83的铋、原子序90的钍及原子序92的铀有一个或多个半衰期很长的同位素,因此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 的α衰变半衰期超过1.9年,是目前估期宇宙寿命的十亿倍,是自然存在元素中,半衰期最长的元素,几乎可以视为是稳定同位素[7][8]。超重元素(在钸以后,原子序大于94的元素)其核衰变的半衰期非常短,因此不可能于自然界稳定存在,属于人工合成元素。
到2010年为止,有118有已知的元素(此处的「已知」是对元素已有部份的资讯,从只是知道其部份衰变产物,到已将此元素从和其他元素中分离出来。)[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痕量存在:原子序数43的锝、原子序数61的钷、原子序数85的砹、原子序数87的钫、原子序数93的镎以及原子序数94的钚。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 ,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。锝是在1937年以人工的方式製备,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痕量的锝(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,但自然界痕量存在的元素发现情形也和锝类似:先由人工的方式製备,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内质子的数量,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域中,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(氢及氘例外)。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16即为质量数为16,原子序数为8的氧原子[16]。
同位素
同位素是指原子具有相同数目的电子和质子,但却有不同数目的中子的元素。例如氕、氘和氚,它们原子核中都有1个质子,但是它们的原子核中分别有0个中子,1个中子及2个中子,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。
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 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%的成份都是有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63Cu及31%的65Cu,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197Au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,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)是指元素在压力一巴、指定温度(一般会是298.15 K)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淮摩尔生成焓为零。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的金属、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。
在週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,例如硷金属、硷土金属、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,硷金属、硷土金属、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,会将砈视为是类金属,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(标淮状况)下,利用元素本身的物质状态是固态、液态或气态来区分。大部份的元素在标淮状况下是固态,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臭及汞,而铯及镓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及沸点(一般会用摄氏温度表示)也常用来作为元素的分类。大部份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製备,而且其半衰期短,因此可能还无法量测其熔点或沸点。因为氦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(标淮状况)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。因为有些元素在标淮状况下为气态,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、石墨及钻石,其密度分别是1.8–2.1, 2.267, and 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, 菱形晶系及四方晶系。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。
週期表
化学元素的性质常会用元素周期表来整理,其中会将元素随著其原子数的增加,放在不同的元素周期中,而同一族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週期表的方式表现元素的关系,但一般都将元素週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,门捷列夫导入週期表来描述元素中重複的特性驱势。随著时间的演进,元素週期表的佈局也有进行调整,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。
週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。週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、环境卫生及天文学。週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[18]。化学元素的名称随著历史演进有不同来源,有从古代就有名称的、有採用鍊金术师时代名称的、有採用神话的、有採用颜色的、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[19]。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[19]: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铌的名字在欧洲和美洲间存有争议150年,至1949IUPAC决定採欧洲使用的名称[18]。截至2015年[update],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,德文和义大利文才被授予IUPAC附属语言的地位[20]。
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[21],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[22]。 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[update]100号之后的化学元素,两岸名称是完全一致的[23]。
元素名称词源
从古代就有名称的元素共有9个,有7个金属金、银、汞、铜、铁、锡、铅、及2个非金属碳、与硫[19]: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[19]:72。
鍊金术师时代元素命名採用的是当时众所周知意义:如砷的取名Arsenic源于希腊语:arsenkikos[[Category:含有Template:ISO 639 name el的條目]]取其男性,阳刚之意、铋Bismuth的取名源于德語:Weisse Masse取其白色物质、白色金属之意[19]:72。
採用希腊及北欧等神话的元素命名有:铀名Uranium取自希腊神话第一位世界统治者Uranus、钒名Vanadium取自北欧神话的女神Vanadis、錼名Neptunium取自罗马神话的海神Neptune、等等[19]:74。
採用地名的元素命名有:钪名Scandium源于Scandinavia斯堪的纳维亚、铕名Europium源于Europe欧洲、伙名Holmium源于Stockholm斯德哥尔摩、
钌名Ruthenium源于Ruthenia指俄罗斯、鋂名Americium源于America指美洲、卡名Californium源于California指加州、等等[19]:75。
採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,当元素钨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Scheele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。」[19]:76。
当超铀元素被人造时,採用人名来为元素命名变得常见:[19]:76
- 锔Curium以玛丽和皮埃尔·居里(Marie and Pierre Curie)命名。
- 鑀Einsteinium以爱因斯坦(Albert Einstein)命名。
- 镄Fermium以费米(Enrico Fermi)命名。
- 钔Mendelevium以德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫(Dmitrij Mendelejev)命名。
- 锘Nobelium以阿尔弗雷德·诺贝尔(Alfred Nobel)命名。
- 铹Lawrencium以迴旋加速器的发明者欧内斯特·劳伦斯(Ernest O. Lawrence)命名。
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,如金和太阳、银和月亮、铁和火星等等[19]:76。18世纪化学知识的快速发展使符号的使用更为迫要,有许多提案是採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,那麽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[24][19]:78。
贝采利乌斯所提的新符号系统很快在欧洲和美洲受到採纳,新元素的符号大多按此案原则定义,唯有铌的命名从该元素发现后在美洲及欧洲的争议不止,现今IUPAC于1949及1960年的决议已将元素41採用niobium和符号Nb[19]:78-9。
元素符号令人满意的成果是,不管国家语言是什麽,全世界通用一套相同的化学元素符号语言。[19]: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[19]: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𨭎时发生争议[25]。 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。[26]
中文命名法
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。清末时,中国有至少两套元素命名方法,分别是同文馆和徐寿提出[27]。
辛亥革命后,中国开始著手统一和改革元素名称,如21号元素由鉰改为钪[28]。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[29],台湾命名为鋂[30]。
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[update]100号之后的两岸化学元素名称是完全一致的。 [23]
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。[31] [26]
已发现的118个元素列表
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。
- 原子数、名称及元素符号都是用来区分各化学元素。
- 族、週期及分区和元素在週期表中的位置有关。
- 物质状态是元素在标淮状况下的状态。
- 存在情形将元素分为三种:自然界存在的稳定化学元素、自然界存在,但没有稳定同位素的元素,以及人工合成的元素。
- 说明将元素作一简单的分类:分为硷金属、硷土金属、卤素、镧系元素、锕系元素、金属、半金属、惰性气体、非金属及过渡金属。
原子序 | 繁体; zh-hk:繁体名称 | 简体名称 | 符号 | 族 | 週期 | 分区 | 标淮状况下的 状态 |
存在情形 | 说明 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 氢 | 氢 | H | 1 | 1 | s | 气体 | 自然界 | 非金属 |
2 | 氦 | 氦 | He | 18 | 气体 | 自然界 | 惰性气体 | ||
3 | 锂 | 锂 | Li | 1 | 2 | s | 固体 | 自然界 | 硷金属 |
4 | 铍 | 铍 | Be | 2 | 固体 | 自然界 | 硷土金属 | ||
5 | 硼 | 硼 | B | 13 | p | 固体 | 自然界 | 半金属 | |
6 | 碳 | 碳 | C | 14 | 固体 | 自然界 | 非金属 | ||
7 | 氮 | 氮 | N | 15 | 气体 | 自然界 | 非金属 | ||
8 | 氧 | 氧 | O | 16 | 气体 | 自然界 | 非金属 | ||
9 | 氟 | 氟 | F | 17 | 气体 | 自然界 | 卤素 | ||
10 | 氖 | 氖 | Ne | 18 | 气体 | 自然界 | 惰性气体 | ||
11 | 钠 | 钠 | Na | 1 | 3 | s | 固体 | 自然界 | 硷金属 |
12 | 镁 | 镁 | Mg | 2 | 固体 | 自然界 | 硷土金属 | ||
13 | 铝 | 铝 | Al | 13 | p | 固体 | 自然界 | 金属 | |
14 | 硅、硅 | 硅 | Si | 14 | 固体 | 自然界 | 半金属 | ||
15 | 磷 | 磷 | P | 15 | 固体 | 自然界 | 非金属 | ||
16 | 硫 | 硫 | S | 16 | 固体 | 自然界 | 非金属 | ||
17 | 氯 | 氯 | Cl | 17 | 气体 | 自然界 | 卤素 | ||
18 | 氩 | 氩 | Ar | 18 | 气体 | 自然界 | 惰性气体 | ||
19 | 钾 | 钾 | K | 1 | 4 | s | 固体 | 自然界 | 硷金属 |
20 | 钙 | 钙 | Ca | 2 | 固体 | 自然界 | 硷土金属 | ||
21 | 钪 | 钪 | Sc | 3 | d | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | |
22 | 钛 | 钛 | Ti | 4 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
23 | 钒 | 钒 | V | 5 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
24 | 铬 | 铬 | Cr | 6 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
25 | 锰 | 锰 | Mn | 7 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
26 | 铁 | 铁 | Fe | 8 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
27 | 钴 | 沽 | Co | 9 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
28 | 镍 | 镍 | Ni | 10 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
29 | 铜 | 铜 | Cu | 11 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
30 | 锌 | 锌 | Zn | 12 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
31 | 镓 | 镓 | Ga | 13 | p | 固体 | 自然界 | 金属 | |
32 | 锗 | 锗 | Ge | 14 | 固体 | 自然界 | 半金属 | ||
33 | 砷 | 砷 | As | 15 | 固体 | 自然界 | 半金属 | ||
34 | 硒 | 硒 | Se | 16 | 固体 | 自然界 | 非金属 | ||
35 | 臭 | 臭 | Br | 17 | 液体 | 自然界 | 卤素 | ||
36 | 氪 | 氪 | Kr | 18 | 气体 | 自然界 | 惰性气体 | ||
37 | 铷 | 铷 | Rb | 1 | 5 | s | 固体 | 自然界 | 硷金属 |
38 | 锶 | 锶 | Sr | 2 | 固体 | 自然界 | 硷土金属 | ||
39 | 钇 | 钇 | Y | 3 | d | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | |
40 | 锆 | 锆 | Zr | 4 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
41 | 铌 | 铌 | Nb | 5 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
42 | 钼 | 钼 | Mo | 6 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
43 | 鎝、锝[[Category:含有Template:ISO 639 name zh-yue的條目]] | 锝 | Tc | 7 | 固体 | 无稳定同位素 | 过渡金属 | ||
44 | 钌 | 钌 | Ru | 8 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
45 | 铑 | 铑 | Rh | 9 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
46 | 钯 | 钯 | Pd | 10 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
47 | 银 | 银 | Ag | 11 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
48 | 镉 | 镉 | Cd | 12 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
49 | 铟 | 铟 | In | 13 | p | 固体 | 自然界 | 金属 | |
50 | 锡 | 锡 | Sn | 14 | 固体 | 自然界 | 金属 | ||
51 | 锑 | 锑 | Sb | 15 | 固体 | 自然界 | 半金属 | ||
52 | 碲 | 碲 | Te | 16 | 固体 | 自然界 | 半金属 | ||
53 | 碘 | 碘 | I | 17 | 固体 | 自然界 | 卤素 | ||
54 | 氙 | 氙 | Xe | 18 | 气体 | 自然界 | 惰性气体 | ||
55 | 铯 | 铯 | Cs | 1 | 6 | s | 固体 | 自然界 | 硷金属 |
56 | 钡 | 钡 | Ba | 2 | 固体 | 自然界 | 硷土金属 | ||
57 | 镧 | 镧 | La | 3 | f | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | |
58 | 铈 | 铈 | Ce | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
59 | 镨 | 镨 | Pr | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
60 | 钕 | 钕 | Nd | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
61 | 钷 | 钷 | Pm | 3 | 固体 | 无稳定同位素 | 镧系元素 | ||
62 | 钐 | 钐 | Sm | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
63 | 铕 | 铕 | Eu | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
64 | 钆 | 钆 | Gd | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
65 | 铽 | 铽 | Tb | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
66 | 镝 | 镝 | Dy | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
67 | 钬 | 伙 | Ho | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
68 | 铒 | 铒 | Er | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
69 | 铥 | 铥 | Tm | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
70 | 镱 | 镱 | Yb | 3 | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | ||
71 | 镏、镥[[Category:含有Template:ISO 639 name zh-yue的條目]] | 镥 | Lu | 3 | d | 固体 | 自然界 | 镧系元素 | |
72 | 铪 | 哈 | Hf | 4 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
73 | 钽 | 坦 | Ta | 5 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
74 | 钨 | 钨 | W | 6 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
75 | 铼 | 铼 | Re | 7 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
76 | 锇 | 锇 | Os | 8 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
77 | 铱 | 铱 | Ir | 9 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
78 | 铂 | 铂 | Pt | 10 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
79 | 金 | 金 | Au | 11 | 固体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
80 | 汞 | 汞 | Hg | 12 | 液体 | 自然界 | 过渡金属 | ||
81 | 铊 | 铊 | Tl | 13 | p | 固体 | 自然界 | 金属 | |
82 | 铅 | 铅 | Pb | 14 | 固体 | 自然界 | 金属 | ||
83 | 铋 | 铋 | Bi | 15 | 固体 | 自然界 | 金属 | ||
84 | 钋 | 钋 | Po | 16 | 固体 | 无稳定同位素 | 金属 | ||
85 | 砈、砹[[Category:含有Template:ISO 639 name zh-yue的條目]] | 砹 | At | 17 | 固体 | 无稳定同位素 | 卤素 | ||
86 | 氡 | 氡 | Rn | 18 | 气体 | 无稳定同位素 | 惰性气体 | ||
87 | 鍅、钫[[Category:含有Template:ISO 639 name zh-yue的條目]] | 钫 | Fr | 1 | 7 | s | 固体 | 无稳定同位素 | 硷金属 |
88 | 镭 | 镭 | Ra | 2 | 固体 | 无稳定同位素 | 硷土金属 | ||
89 | 锕 | 锕 | Ac | 3 | f | 固体 | 无稳定同位素 | 锕系元素 | |
90 | 钍 | 钍 | Th | 3 | 固体 | 自然界 | 锕系元素 | ||
91 | 镤 | 镤 | Pa | 3 | 固体 | 无稳定同位素 | 锕系元素 | ||
92 | 铀 | 铀 | U | 3 | 固体 | 自然界 | 锕系元素 | ||
93 | 錼、镎[[Category:含有Template:ISO 639 name zh-yue的條目]] | 镎 | Np | 3 | 固体 | 无稳定同位素 | 锕系元素 | ||
94 | 钸、钚[[Category:含有Template:ISO 639 name zh-yue的條目]] | 钚 | Pu | 3 | 固体 | 自然界 | 锕系元素 | ||
95 | 鋂、镅[[Category:含有Template:ISO 639 name zh-yue的條目]] | 镅 | Am | 3 | 固体 | 无稳定同位素 | 锕系元素 | ||
96 | 锔 | 锔 | Cm | 3 | 固体 | 无稳定同位素 | 锕系元素 | ||
97 | 鉳、锫[[Category:含有Template:ISO 639 name zh-yue的條目]] | 锫 | Bk | 3 | 固体 | 无稳定同位素 | 锕系元素 | ||
98 | 卡、锎[[Category:含有Template:ISO 639 name zh-yue的條目]] | 锎 | Cf | 3 | 固体 | 无稳定同位素 | 锕系元素 | ||
99 | 鑀、锿[[Category:含有Template:ISO 639 name zh-yue的條目]] | 锿 | Es | 3 | 固体 | 人工合成 | 锕系元素 | ||
100 | 镄 | 镄 | Fm | 3 | 固体 | 人工合成 | 锕系元素 | ||
101 | 钔 | 钔 | Md | 3 | 固体 | 人工合成 | 锕系元素 | ||
102 | 锘 | 锘 | No | 3 | 固体 | 人工合成 | 锕系元素 | ||
103 | 铹 | 铹 | Lr | 3 | d | 固体 | 人工合成 | 锕系元素 | |
104 | 鑪、釒拉 | 𬬻 | Rf | 4 | 型态不明 | 人工合成 | 过渡金属 | ||
105 | 𨧀、釒都 | 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 | 䥑 | 鿏 | Mt | 9 | 型态不明 | 人工合成 | 过渡金属 | ||
110 | 鐽 | 𫟼 | Ds | 10 | 型态不明 | 人工合成 | 过渡金属 | ||
111 | 錀 | 𬬭 | Rg | 11 | 型态不明 | 人工合成 | 过渡金属 | ||
112 | 鎶 | 鿔 | Cn | 12 | 型态不明 | 人工合成 | 过渡金属 | ||
113 | 鉨 | 15px | Nh | 13 | p | 人工合成 | |||
114 | 鈇 | 𫓧 | Fl | 14 | 人工合成 | ||||
115 | 镆 | 镆 | Mc | 15 | 人工合成 | ||||
116 | 鉝 | 𫟷 | Lv | 16 | 人工合成 | ||||
117 | 15px | 15px | Ts | 17 | 人工合成 | ||||
118 | 15px | 15px | Og | 18 | 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,前八个分别是氧(46.6%)、硅(27.7%)、铝(8.1%)、铁(5.0%)、钙(3.6%)、钠(2.8%)、钾(2.6%)、镁(2.1%)[32]。
若考虑包括地函及地核的整个地球,含量最丰富的元素,前八个分别是铁(32.1%)、氧(30.1%)、硅(15.1%)、镁(13.9%)、硫(2.9%)、镍(1.8%)、钙(1.5%)及铝(1.4%)[33]。
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,讨论了一些有机和无机的物质,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(火)、正八面体(风)、正二十面体(水)、正六面体(地)及正十二面体(宇宙)。[34]
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[[Category:含有Template:ISO 639 name el的條目]])一词。亚里斯多德在《论天 》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 》[35]:
“ | 元素的意思是指一种内在于事物,而事物最初由之构成,且不能被分解为其他类的东西,例如声音的元素,就是构成了声音,而声音最终分解成它们,它们自身却不能分解为其他类的声音。如果可分的话,只能分为同类的部分,例如,水的部分还是水,音节的部分就不是同一音节了。人们所说的物体的元素也是这样,物体最终要分解为这些元素,而这些元素却不分散为其他的类。 | ” |
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:硫,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。[36]到中世纪时,瑞士医生及鍊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年发表的元素週期表中,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钔。现今,共发现了118种元素,参见元素週期表。
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:分别是碳、铜、金、铁、铅、汞、银、硫、锡及锌。在西元1500年前又发现了其他元素的物质,分别是砷、锑及铋。在1750年之前又发现硫、钴及铂。
大部份存在在自然界的元素在1900年都已发现,包括:
- 一些现在在工业上常见的元素,例如铝、硅、镍、铬、镁及钨。
- 许多容易反应的金属,例如锂、钠、钾及钙。
- 氟、氯、臭及碘等卤素。
- 气体,例如氢、氧、氮、氦、氩、及氖。
- 大部份的稀土元素,包括铈、镧、钆及钕。
- 大部份常见的放射性元素,包括铀、钍、镭及氡。
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:铪、镥、铼。
- 钚,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(镎、钷、锝),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(砈、鍅及镤)
- 许多合成的超铀元素,从原子序较小的镅及锔开始
近来发现的元素
第一个超铀元素(原子序大于92的元素)镎是在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,建议取名为鎶(copernicium),元素符号Cn[37],名称及符号是在2010年2月19日由IUPAC所认可[38]。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製备[10]。117号元素Ts是目前最晚发现的元素,在2009年发现[39]。IUPAC已在2011年6月正式认可了鈇及鉝二个元素,原子序分别是114及116,并且在2012年5月认可其名称[40]。IUPAC在2015年12月认可了第113、115、117及118号元素[41],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。[42] [43]。
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鉨、镆、15px、15px。[44][45]
参考文献
- ↑ Earnshaw, A.; Greenwood, Norman. Chemistry of the Elements 2. Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 978-0750633659.
- ↑ 教材课程研究所 化学元素概念的产生和发展
- ↑ See the timeline on p.10 in Oganessian, Yu. Ts.; Utyonkov, V.; Lobanov, Yu.; Abdullin, F.; Polyakov, A.; Sagaidak, R.; Shirokovsky, I.; Tsyganov, Yu.; 等. Evidence for Dark Matter (PDF). Physical Review C. 2006, 74 (4): 044602. Bibcode:2006PhRvC..74d4602O. doi:10.1103/PhysRevC.74.044602.
- ↑ lbl.gov. The Universe Adventure Hydrogen and Helium. Lawrence Berkeley National Laboratory United States Department of Energy. 2005. (原始内容存档于2013-09-21).
- ↑ astro.soton.ac.uk. Formation of the light elements. University of Southampton. 3 January 2001. (原始内容存档于2013年9月21日).
- ↑ foothill.edu. How Stars Make Energy and New Elements (PDF). Foothill College. 18 October 2006.
- ↑ Dumé, B. Bismuth breaks half-life record for alpha decay. Physicsworld.com (Bristol, England: Institute of Physics). 23 April 2003 [14 July 2015].
- ↑ de Marcillac, P.; Coron, N.; Dambier, G.; Leblanc, J.; Moalic, J-P. Experimental detection of alpha-particles from the radioactive decay of natural bismuth. Nature. 2003, 422 (6934): 876–8. Bibcode:2003Natur.422..876D. PMID 12712201. doi:10.1038/nature01541.
- ↑ Sanderson, K. Heaviest element made – again. Nature (journal)|Nature News. 17 October 2006. doi:10.1038/news061016-4.
- ↑ 10.0 10.1 Schewe, P.; Stein, B. Elements 116 and 118 Are Discovered. Physics News Update. American Institute of Physics. 17 October 2000 [19 October 2006]. (原始内容存档于1 January 2012).
- ↑ United States Environmental Protection Agency. Technetium-99. epa.gov. [26 February 2013].
- ↑ Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. ORIGIN OF HEAVY ELEMENTS. cfa.harvard.edu. [2013-02-26].
- ↑ ATOMIC NUMBER AND MASS NUMBERS. ndt-ed.org. [17 February 2013].
- ↑ periodic.lanl.gov. PERIODIC TABLE OF ELEMENTS: LANL Carbon. Los Alamos National Laboratory.
- ↑ Katsuya Yamada. Atomic mass, isotopes, and mass number. (PDF). Los Angeles Pierce College. (原始内容 (PDF)存档于2014-01-11).
- ↑ Elemental Notation and Isotopes. Science Help Online. [2008-08-27]. (原始内容存档于2008-09-13).
- ↑ Pure element. European Nuclear Society.
- ↑ 18.0 18.1 Christopher Brooks. The periodic table: how elements get their names. BBC Science. 2013-11-14. (原始内容存档于2015-02-16).
- ↑ 19.00 19.01 19.02 19.03 19.04 19.05 19.06 19.07 19.08 19.09 19.10 19.11 19.12 19.13 Per Enghag. The Elements- Origin, Occurence, Discovery And Names(元素 - 起源、出现、发现及名称). Encyclopedia of the Elements: Technical Data - History - Processing - Applications(元素百科全书:技术资料 - 历史 - 加工 - 应用). John Wiley & Sons. 8 January 2008: 55–78. ISBN 978-3-527-61234-5 (英语).
- ↑ 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 (英语).
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.
- ↑ 全国科技名词审定委员会公布101—109号元素中文定名. 《出版参考》. 1998年, (15期).
- ↑ 全国科技名词审定委员会公布101—109号元素中文定名. 《中国科技期刊研究》. 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淮,1998年7月8日正式公布使用。
- ↑ 23.0 23.1 石定栩; 周荐; 董琨. 基于华语教学的语言文字研究. 商务(香港)印书馆. 9 June 2014: 49. ISBN 978-962-07-2863-1 (en=cn).
又如101-11号元素,...(IUPAC)对其重新命名之后,两岸化学专家经过研讨,对11个元素的定名达成一致意见。于是,目前两岸100号之后的元素名称是完全一致的。
- ↑ Arun Syamal. Living Science Chemistry 9. Ratna Sagar. 2007: 65. ISBN 978-81-8332-192-1 (英语).
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)
- ↑ 科学月刊. 343-348. 科学月刊杂志社. July 1998: 588 (中文(繁體)).
...以元素 106 命名为「𨭎」( Sg , seaborgium ) ,应该实至名归。争议则纯属区域政治化, 及意气用事之举。以欧洲国家成员为主力的国际纯粹及应用化学联盟(IUPAC)的 命名委员会,不满美国代表机构(如美国化学会)的要求,认为美国人独大专断,于是故作...
- ↑ 26.0 26.1 关于101—109号元素中文定名的说明. 科技术语研究. 1998, (1): 17–18.
- ↑ 中文化学名词的演变(上)
- ↑ 煎蛋小学堂:新版元素周期表之歌(118个元素顺序版). 煎蛋网. 2013-05-26 [2017-10-27].
- ↑ 汉典 镅
- ↑ 教育部异体字字典 台湾元素週期表
- ↑ 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, (1): 17.
- ↑ Elements, Terrestrial Abundance. www.daviddarling.info. [2007-04-14]. (原始内容存档于2007-04-10).
- ↑ Morgan, J. W.; Anders, E. Chemical composition of Earth, Venus, and Mercury. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1980, 77 (12): 6973–6977. Bibcode:1980PNAS...77.6973M. PMC 350422. PMID 16592930. doi:10.1073/pnas.77.12.6973.
- ↑ Hillar, Marian. The Problem of the Soul in Aristotle's De anima. NASA WMAP. 2004 [2006-08-10]. (原始内容存档于2006-09-09).
- ↑ 形而上学/[古希腊]亚里士多德著;苗力田译. 北京:中国人民大学出版社,2003. ISBN 978-7-300-05116-1.
- ↑ Strathern, Paul. (2000). Mendeleyev’s Dream – the Quest for the Elements. New York: Berkley Books.
- ↑ IUPAC Announces Start of the Name Approval Process for the Element of Atomic Number 112 (PDF). IUPAC. 20 July 2009 [27 August 2009].
- ↑ IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry): Element 112 is Named Copernicium. IUPAC. 20 February 2010. (原始内容存档于2010年2月24日).
- ↑ Greiner, W. Recommendations (PDF). 31st meeting, PAC for Nuclear Physics. Joint Institute for Nuclear Research. (原始内容 (PDF)存档于2010-04-14).
- ↑ Two ultra-heavy elements added to the periodic table. 6 June 2011. (原始内容存档于2016年3月5日).
- ↑ Discovery and Assignment of Elements with Atomic Numbers 113, 115, 117 and 118. IUPAC (2015-12-30)
- ↑ Elements 113, 115, 117, and 118 are now formally named nihonium (Nh), moscovium (Mc), tennessine (Ts), and oganesson (Og). IUPAC. 2016-11-30 [2016-11-30].
- ↑ IUPAC Is Naming The Four New Elements Nihonium, Moscovium, Tennessine, And Oganesson. IUPAC. 2016-06-08 [2016-06-08].
- ↑ 全国科技名词委联合国家语言文字工作委员会召开113号、115号、117号、118号元素中文定名会. 2017-02-15 [2018-5-6].
- ↑ 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联合发布113号等4个元素中文名称. 2017-05-10 [2018-5-6].