【化学百科】元素概念的产生和发展

无论是古代的自然哲学家还是炼金术士们，或是古代的医药学家们，他们对元素的理解都是通过对客观事物的观察或者是臆测的方式解决的。只是到了17世纪中叶，由于科学实验的兴起，积累了一些物质变化的实验资料，才初步从化学分析的结果去解决关于元素的概念。

1661年英国科学家玻意耳对亚里士多德的四元素和炼金术士们的三本原表示怀疑，出版了一本《怀疑派的化学家》小册子。书中写道："现在我把元素理解为那些原始的和简单的或者完全未混合的物质。这些物质不是由其他物质所构成，也不是相互形成的，而是直接构成物体的组成成分，而它们进人物体后最终也会分解。"这样，元素的概念就表现为组成物体的原始的和简单的物质。

拉瓦锡在肯定和说明究竟哪些物质是原始的和简单的时候，强调实验是十分重要的。他把那些无法再分解的物质称为简单物质，也就是元素。

此后在很长的一段时期里，元素被认为是用化学方法不能再分的简单物质。这就把元素和单质两个概念混淆或等同起来了。

而且，在后来的一段时期里，由于缺乏精确的实验材料，究竟哪些物质应当归属于化学元素，或者说究竟哪些物质是不能再分的简单物质，这个问题也未能获得解决。

拉瓦锡在1789年发表的《化学基础论说》一书中列出了他制作的化学元素表，一共列举了33种化学元素，分为4类：

1．属于气态的简单物质，可以认为是元素：光、热、氧气、氮气、氢气。

2．能氧化和成酸的简单非金属物质：硫、磷、碳、盐酸基、氢氟酸基、硼酸基。

3．能氧化和成盐的简单金属物质：锑、砷、银、认钻、铜、锡。铁、锰、汞、钼、金、铂、铅、钨、锌。

4．能成盐的简单土质：石灰、苦土、重土、矾土、硅土。

从这个化学元素表可以看出，拉瓦锡不仅把一些非单质列为元素，而且把光和热也当作元素了。

拉瓦锡所以把盐酸基、氢氟酸基以及硼酸基列为元素，是根据他自己创立的学说--一切酸中皆含有氧。 盐酸，他认为是盐酸基和氧的化合物，也就是说，是一种简单物质和氧的化合物，因此盐酸基就被他认为是一种化学元素了。氢氟酸基和硼酸基也是如此。他之所以在"简单非金属物质"前加上"能氧化和成酸的"的道理也在于此。在他认为，既然能氧化，当然能成酸。

至于拉瓦锡元素表中的"土质"，在19世纪以前，它们被当时的化学研究者们认为是元素，是不能再分的简单物质。 "土质"在当时表示具有这样一些共同性质的简单物质，如具有碱性，加热时不易熔化，也不发生化学变化，几乎不溶解于水，与酸相遇不产生气泡。这样，石灰（氧化钙）就是一种土质，重土--氧化钡，苦土--氧化镁，硅土--氧化硅，矾土--氧化铝。在今天它们是属于减土族元素或土族元素的氧化物。这个"土"字也就由此而来。

19世纪初，道尔顿创立了化学中的原子学说，并着手测定原子量，化学元素的概念开始和物质组成的原子量联系起来，使每一种元素成为具有一定（质）量的同类原子。

1841年，贝齐里乌斯根据已经发现的一些元素，如硫、磷能以不同的形式存在的事实，硫有菱形硫、单斜硫，磷有白磷和红磷，创立了同（元）素异形体的概念，即相同的元素能形成不同的单质。这就表明元素和单质的概念是有区别的，不相同的。

19世纪后半叶，在门捷列夫建立化学元素周期系的时间里，明确指出元素的基本属性是原子量。他认为元素之间的差别集中表现在不同的原子量上。他提出应当区分单质和元素两个不同概念，指出在红色氧化汞（H沪）中并不存在金属汞和气体氧，只是元素汞和元素氧，它们以单质存在时才表现为金属和气体。

不过，随着社会生产力的发展和科学技术的进步，在19世纪末，电子、X射线和放射性相继被发现，导致科学家们对原子的结构进行了研究。 1913年英国化学家索迪（F．Soddy，1877-1956）提出同位素的概念。同位素是具有相同核电荷数而原子量不同的同一元素的异体，它们位于化学元素周期表中同一方格位置上。

其后，英国物理学家阿斯顿在1921年证明大多数化学元素都有不同的同位素。 元素的原子量是同位素质量按同位素在自然界中存在的质量分数求得的平均值。

在这同一时期里英国物理学家莫塞莱（H．G．J．Moseley，1887一1915）在1913年系统地研究了由各种元素制成的阴极所得的X射线的波长，指出元素的特征是这个元素的原子的核电荷数，也就是后来确定的原子序数。

这样，如果把同位素看作是几种不同的单独的元素，这显然是不合理的。因为决定元素的原子的特征不是原子量，而是它的核电荷数。

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。

当然，直到今天，人们对化学元素的认识过程也没有完结。当前化学中关于分子结构的研究，物理学中关于核粒子的研究等都在深人开展，可以预料它将带来对化学元素的新认识。

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