课题4.2 元素
知识点：
1．元素：具有相同核电荷数（即核内质子数）的一类原子的总称。
2．元素在地壳中、生物体中的分布是不均衡的。
3．元素符号，是用来表示元素的符号。
4．元素符号的意义。
5．元素周期表的基础知识。
课文详解：
一、元素
元素是具有相同核电荷数（即核内质子数）的一类原子的总称。
【概念诠释】
1．元素与原子的区别和联系
元素是原子的总称，因此，是宏观概念，同时又是抽象的概念。只能分种，不能论个数。
原子是构成元素的粒子，是微观概念，同时也是具体概念。既能分种，又能数个数。
在用于描述物质的组成或构成时，一定要注意概念的匹配。即宏观对宏观，微观对微观，“无数”对“无数”，“有数”对“有数”。
例如：二氧化碳是由碳元素和氧元素组成。（不能说成：二氧化碳是由碳原子和氧原子构成的。）
二氧化碳分子由（一个）碳原子和（二个）氧原子构成。（不能说成：二氧化碳分子由碳元素和氧元素构成。更不能说成：二氧化碳分子由一个碳元素和两个氧元素构成的。）
2．元素划分的依据：
决定元素种类的依据只有一个，那就是其原子的核电荷数（即核内质子数）。原子核内质子数相同的粒子就是同种元素的粒子，核内质子数不同，不论其它数据是否相同，都不属于同种元素的粒子。
如，只要是原子核内有8个质子的原子，都是氧元素的原子。
下表中有四种粒子：
|
序号 |
核内质子数 |
核内中子数 |
核外电子数 |
相对原子质量 |
|
⑴ |
19 |
20 |
19 |
39 |
|
⑵ |
20 |
20 |
18 |
40 |
|
⑶ |
18 |
22 |
18 |
40 |
|
⑷ |
20 |
20 |
20 |
40 |
上述粒子中，⑵和⑷是同种元素的粒子，因其核内质子数相同；而⑴和⑵核内中子数相同，⑵和⑶核外电子数相同，⑵、⑶和⑷和相对原子质量都相同，但都不属于同种元素，因其核内质子数不相同。
二、元素的分布
各种元素在自然界中的分布是均衡的。
在地壳中，含量最多的元素是氧（O），占地壳总质量的48.6%，约占地壳一半；其次是硅（Si），再其次是铝（Al），第四位是铁（Fe）……。
在生物细胞（人体）中，含量最多的是氧元素，其次是碳元素，第三位的是氢元素，第四位的是氮元素，另有钙元素和磷元素的含量也比较高，均超过1%。
在人体中，含量超过0.01%的元素叫常量元素，有氢，碳，氮，氧，钠，镁，磷，硫，氯，钾，钙。含量低于0.01的元素叫微量元素，如硼，氟，硅，钒，铬，锰，铁，钴，镍，铜，锌，硒，溴，钼，锡，碘等。
在海水中，含量最多的元素是氧元素，其次是氢元素，第三位的是氯元素，第四位的是钠元素。
三、元素符号
用来表示元素的符号。以拉丁文名称的第一个字母大写表示，若第一个字母相同时，用第二个字母小写区别。故元素符号的第一个字母必须大写，第二个字母必须小写。如氮元素的符号为N，铁元素的符号为Fe等。
元素符号的意义
元素符号可以表示一种元素，同时还可以表示该元素的一个原子。
如：Fe，既可以表示铁元素，也可以表示一个铁原子。N，既可以表示氮元素，也可以表示一个氮原子。
若元素符号前面有了数字，如2N，3Fe，nNa等。由于元素不可数，故元素符号前面有个数字之后，其第一种意义消失，只能表示若干个原子。
2N：表示“2”个氮原子；
3Fe：表示“3”个铁原子；
nNa：表示“n”个钠原子。
元素的分类
元素可以分为金属元素、非金属元素。
从汉字的造字规律可以知道它们属于哪种元素，有“钅”字旁的是金属元素，（“汞”比较特殊，不带“钅”字旁也是金属；其余是非金属，其中带“石”字旁的，其单质在常温下是固体；带“气”字头的，其单质在常温下是气体；还“氵”旁的，其单质在常温下是液体。
四、元素周期表基本知识
元素周期表（见附录）反映了元素性质递变的规律。元素周期表共有7行，每一行叫一个“周期”，18列，第一列叫一个“族”，其中第8、第9、第10列共为一族，叫Ⅷ族。
元素周期表中的元素是按元素的核电荷数递增顺序排列的。原子序数在数值上与原子的核电荷数相同。如氧元素的核电荷数为8，在元素周期表中排在第8位，即原子序数为8。
在元素周期表中，同一周期元素的核外电子层数相同，最外层电子数由1逐渐增加到8；同一主族（A族）元素的原子，最外层电子数相同，电子层数逐渐增加。
在元素周期表中，性质相同的元素排列在一起，金属元素一般排在元素周期表的左侧，非金属元素一般排在元素周期表的右侧，金属元素与非金属元素之间有一条明显的斜线将其隔开；稀有气体元素都排在元素周期表的最右侧。
元素周期表是学习和研究化学的重要工具，其内涵十分丰富，以后将继续学习。
【说明】为便于以后的学习，我们最好记住元素周期表中前二十号元素的排列顺序，即“氢氦锂铍硼，碳氮氧氟氖，钠镁铝硅磷，硫氯氩钾钙”。
课外阅读：
元素周期律的发现
道尔顿提出了科学的原子论后，许多化学家都把测定各种元素的相对原子质量当作一项重要工作，这样就使元素相对原子质量与性质之间存在的联系逐渐展露出来。德国化学家德贝莱纳，法国化学家尚古多德国化学家迈尔，英国化学家纽兰兹等都进行了相关的研究。
在这些前人工作的基础，门捷列夫通过顽强的努力，于1869年2月先后发表了关于元素周期律的图表和论文。在论文中，他指出：
(1)按照相对原子质量大小排列起来的元素，在性质上呈现明显的周期性。
(2)化学性质相似的元素，或者是相对原子质量相近（Pt，Ir，Os），或者是依次递增相同的数量（K，Rb，Cs）。
(3)各元素及各族按相对原子质量大小排列的对比与各元素的所谓的原子价相一致。
(4)分布在自然界的元素都具有数值不大的相对原子质量值，具有这样的相对原子质量值的一切元素都表现出特有的性质，因此可以称它们是典型的元素。
(5)相对原子质量的大小决定元素的特征。
(6)应该预料到许多未知元素的发现，例如类似铝和硅的，相对原子质量位于65～75之间的元素。
(7)当我们知道了某些元素的同类元素后，有时可以修正该元素的相对原子质量。
(8)一些类似的元素能根据其相对原子质量的大小被发现出来。
正如门捷列夫所指出的，周期律的全部规律性都表述在这些原理中。其中最主要的是元素的物理和化学性质随着相对原子质量做周期性的变化。
门捷列夫深信自己的工作很重要，经过继续努力，1871年他发表了关于周期律的新的论文。文中他果断地修正了前一个元素周期表。例如在前一表中，性质类似的各族是横排，周期是竖排；而在新表中，族是竖排，周期是横排，这样各族元素化学性质的周期性变化就更为清晰。同时他将那些当时性质尚不够明确的元素集中在表格的右边，形成了各族元素的副族。在前表中，为尚未发现的元素留下4个空格，而新表中则留下了6个空格。
1875年法国化学家布瓦博德朗在分析比里牛斯山的闪锌矿时发现一种新元素，他命名为镓，并把测得的关于镓的主要性质公布了。不久他收到了门捷列夫的来信，门捷列夫在信中指出：关于镓的比重不应该是4.7，而是5.9-6.0。当时布瓦博德朗很疑惑，他是唯一手里掌握金属镓的人，门捷列夫是怎样知道镓的比重的呢？1876年9月，布瓦博德朗重作了实验，将金属镓提纯，重新测定，结果稼的比重确实为5.94（现代值为5.91），这结果使他大为惊奇。他认真地阅读了门捷列大的周期律论文后，感慨他说：“我没有什么可说的了，事实证明了门捷列夫这一理论的巨大意义。”
下表是个最有力的说明。
|
类铝（1871年门捷列夫的预言） |
镓（1875年布瓦博德朗发现镓后测定） |
|
相对原子质量约为69 比重约为5.9－6.0 熔点应很低 不受空气的侵蚀 灼热时能分解水汽 能生成类似明矾的矾类 可用分光镜发现其存在 |
相对原子质量为69.72 比重等于5.94 熔点为30.1 灼热时略起氧化 灼热时确能分解水汽 能生成结晶较好的镓矾 镓是用分光镜发现的 |
镓的发现是化学史上第一个事先预言的新元素的发现，它雄辩地证明了门捷列夫元素周期律的科学性。1880年瑞典的尼尔森发现了钪，1885年德国的文克勒发现了锗。这两种新元素与门捷列夫预言的类硼、类硅也完全吻合，门捷列夫的元素周期律再次经受了实践的检验。
事实证明门捷列夫发现的化学元素周期律是自然界的一条客观规律。它揭示了物质世界的一个秘密，即这些似乎互不相关的元素间存在相互依存的关系，它们组成了一个完整的自然体系。从此新元素的寻找，新物质、新材料的探索有了一条可遵循的规律。元素周期律作为描述元素及其性质的基本理论有力地促进了现代化学和物理学的发展。
评论