引言

要了解“元素”是什么，你需要了解化学。那么，什么是化学呢？化学是研究物质及其变化的学科。不幸的是，这并不能告诉你太多关于化学的信息，而且离告诉你关于化学的“一切”还差得很远。

地球上的一切，我们太阳系中的所有东西，我们银河系中的所有东西，以及宇宙中的所有东西都是由物质构成的。物质是科学家用来称呼所有你能触摸、看到、感觉到或闻到的东西的名称。物质占据空间，物质有重量。为了更准确地说，我们应该说物质有体积和质量。换句话说，物质有实质，而“元素”（大约118种）赋予物质实质，甚至让其存在。

你周围的大部分物质都包含不止一种元素。但是，你肯定见过和摸过由一种元素组成的物质。例如，如果你曾经握过一颗钻石，它就是由一种元素——碳元素形成的。令人惊讶的是，你用来绘画或书写的铅笔中的石墨也是碳，只是排列方式不同。

你可能见过的一些其他仅含有一种元素的物质有：铝制饮料罐；24克拉金饰品；气球中向上漂浮的氦气；铸铁花园栏杆；建筑商在房屋屋顶上使用的铅板；药店里出售的一种叫做“硫磺花”的粉末。

实际上，这些并不是元素的完美例子，因为像金或铝这样的元素，总会有少量的其他元素作为杂质存在。

没有多少元素是“自然存在”的；也就是说，作为你可以从地面上捡起的几乎纯净的物质块。金和硫磺元素在自然界中存在，当碳是钻石时也是如此。

为了提纯它们，大多数元素必须被从彼此分离，因为在大多数物质中，它们通过强烈的“化学键”结合在一起。有时，这可以通过使用热量或电力来轻松完成。

古代人知道如何制造铁元素。他们通过用从地下开采的铁矿石与从燃烧木材中获得的木炭一起加热来完成。最初含有铁的物质是两种元素的“化合物”，铁和氧气；通过用木炭加热，氧气以二氧化碳气体的形式被去除，留下铁。

钠和氯元素可以通过将电流通过在极高温度下熔化的普通盐来分离。我们最初使用的盐被称为钠和氯的“化合物”。它的学名为氯化钠。

元素的一个有趣的来源是我们周围的空气。它包含各种元素的混合物，这些元素都是气体，比如你已经听说过的氧气，以及许多不是元素而是化合物的其他气体——有点像盐，只是不同！。

为了从空气中提取元素，我们需要将空气冷却到非常低的温度，远低于西伯利亚冬季的温度！在大约-190°C时，它会形成液体。这有点像将蒸汽冷却成水。之后，通过沸腾这种液体，气体会一个接一个地释放出来。除了氧气和氮气元素外，我们还可以获得所谓的“惰性气体”元素氩、氙和氪。另外两种惰性气体，氦和氖，也存在于空气中，可以通过冷却到更低的温度将其提取出来。

你可能想知道，我们为什么会在不使用一些你可能听说过的词的情况下走到这一步，而这些词是化学学科中非常重要的部分：原子、分子、电子、核等等。事实上，直到大约150年前，化学家对这些东西都不太了解，尽管他们确实理解了元素和化合物之间的区别。

今天，我们可以使用特殊的电子显微镜“看到”原子，这种显微镜将物体放大到比我们用普通显微镜观察到的物体小数百万倍。在扫描电子显微镜下，它以3D方式显示物体，原子看起来像模糊的球体。

原子是描述为什么存在不同的元素以及为什么这些元素形成特定的化合物的关键。

原子也解释了元素周期表为什么是现在的样子，尽管其中大部分是由像多贝雷纳和门捷列夫（见第4章）这样的老化学家制定的。了解原子可以解释，例如，为什么只有81种元素的原子可以永远存在。