什么是化学元素
世界上房子的形状、式样、颜色各式各样。有圆的、方的、尖的;有水泥房、茅草房、板屋、窑洞;有白的、灰的、红的、黄的……但是,世界上并没有成千上万种建筑材料。各式各样的房子,无非都是由木头、砖头、石灰、水泥、黄沙、玻璃、钢材、塑料等若干建筑材料建成的。
同样的,尽管我们周围有成千上万种物质。但是,从本质上讲,它们都只不过是由90种化学元素①构成的。如氧、氢、金、银、铜、铁等,都是化学元素,简称元素。
正如26个汉语拼音字母可以拼出上千万个文字;7个音符可以谱写成千歌万曲;红、黄、蓝三色可以组成万紫千红各种颜色;127种化学元素,也可以形成千千万万种化合物。据统计,现在已发现的天然存在的化合物和人工合成的化合物,大约有300万种。这些化合物,有的是由两种化学元素组成的,例如水就是由氧和氢两种元素组成的,食盐则是由氯和钠两种元素组成的。有的化合物是由三种化学元素组成的,例如硫酸是由氧、硫、氢三种元素组成的,葡萄糖是由氧、碳、氢三种元素组成的。也有的化合物是由四种化学元素组成的,例如小苏打(碳酸氢钠)便是由碳、氢、氧、钠四种元素组成。还有的化合物更加复杂,是由五种、六种甚至更多的化学元素组成的。至于单由一种化学元素组成的物质,就不叫化合物了,而叫作单质。例如,纯净的金刚石(碳)、氢气、氧气、金、银等,都是单质。
自然界中纯净的单质和化合物是不多的,绝大部分都是由各种化合物混合组成“大杂拌”。例如,海水的主要成分是水,占96%左右,却含有3%左右的食盐(氯化钠)以及少量的氯化镁、硫酸镁、硫酸钾、碳酸氢钙、溴化镁,还有微量的铁、金、铝、碘、硅、锌的化合物等。据分析,海水中就包含有58种元素。其他像植物体、动物体、空气、泥土等,也都是“杂货铺”。就拿人体来说,65%是氧,18.2%是碳,10%是氢,2.7%是氮,1.4%是钙,此外还含有少量的磷、钾、钠、氯、硫、镁、铁以及微量的锌、硅、溴、铜、氟、碘、铝、锰、砷、铅、硼、钛等化学元素。
尽管如此,世界上任何物质——哪怕是化学成分非常复杂,都是由127种化学元素组成。若是天然的物质,则都是由90种化学元素所组成。
我们再深入一步,从现代化学理论的基础——原子—分子论的观点,来剖析化学元素的实质。
先从分子谈起。高楼大厦,是由一块块砖头砌成的。分子,就是构成物质的*小的“砖头”。物质是可分的。打开一瓶香水,整个房间便香气氤氲,这便是香水挥发了无数个香料的分子,扩散到空气中去,使得房间的每个角落都馨香扑鼻,沁人心脾。同样,在水中放一块糖,整杯水都甜了,也是因为糖块——糖的“大厦”在水中被拆散了,变成一块块“砖头”——糖的分子,遍布于水的各个部分。
分子又轻又小,根据人们测定,水分子只有0.00000000000000000000000003克重。水分子很小,一滴水里的分子个数,当然就非常惊人了。有一个有趣的估算:如果一个人每秒钟数一个水分子,一秒钟也不停地数下去,数一千年,也只不过才数了一滴水里全部分子的二十亿分之一!
一切纯净的单质和化合物,都是由同样的分子组成的。就拿食盐来说,不论是海盐、井盐,也不论是岩盐和湖盐,只要是纯净的食盐,都是由同样的氯化钠分子组成的。因此,现在世界上有300多万种化合物,从原子—分子论的观点来看,世界上无非只是存在着300多万种分子而已。
分子是能够独立存在的物质的*小微粒,它保持原物质的成分和一切化学性质。
分子,是不是*小的微粒了呢?不,人们发现,分子是由更小的微粒——原子组成的。组成1个分子的原子数目并不一样。拿铁分子、金分子、银分子、氦气分子来说,都只是由1个原子组成的,也就是说,1个铁分子就是1个铁原子。也有的分子是由2个原子组成的,如1个食盐分子是由1个氯原子和1个钠原子组成的。有的分子是由3个原子组成的,如1个水分子是由1个氧原子和两个氢原子组成的。有的分子是由4个原子组成的,如一个三氧化硫分子,是由1个硫原子和3个氧原子组成的。还有的分子是由5个、6个以至几十个原子组成的,如一个硫酸分子便是由6个原子组成。*大的分子,要算是蛋白质、淀粉、塑料、纤维、橡胶这些高分子的化合物,它们是分子中的巨人,一个高分子化合物常常是由上千上万个原子组成的。