元素化學

在古代把元素看作是物質的一種具體形式的這種近代觀念並不存在。無論在我國古代的哲學中還是在印度或西方的古代哲學中，都把元素看作是抽象的、原始精神的一種表現形式，或是物質所具有的基本性質。這樣的例子是很多的。

大約在公元前900年前後，我國西周時代的《易經》中有這樣幾句話："易有太極，是生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦。"這是一個以"太極"為中心的世界創造說。

到公元前403一公元前221年，我國戰國時代又出現一些萬物本源的論說，如《道德經》中寫道："道生一，一生二，二生三，三生萬物。"又如《管子·水地》中說："水者，何也？萬物之本原也。"

我國的五行學說是具有實物意義的，但有時又表現為基本性質。我國的五行學說最早出現在戰國末年的《尚書》中，原文是："五行：一曰水，二日火，三曰木，四曰金，五曰土。水曰潤下，火曰炎上，木曰曲直，金日從革，土愛（曰）稼穡。"譯成今天的語言是："五行：一是水，二是火，三是木，四是金，五是土。水的性質潤物而向下，火的性質燃燒而向上。木的性質可曲可直，金的性質可以熔鑄改造，土的性質可以耕種收穫。"在稍後的《國語》中，五行較明顯地表示了萬物原始的概念。原文是："夫和實生物，同則不繼。以他平他謂之和，故能豐長而物生之。若以同稗同，盡乃棄矣。故先王以土與金、木、水、火雜以成百物。"譯文是："和諧才是創造事物的原則，同一是不能連續不斷永遠長有的。把許多不同的東西結合在一起而使它們得到平衡，這叫做和諧，所以能夠使物質豐盛而成長起來。如果以相同的東西加合在一起，便會被拋棄了。所以，過去的帝王用土和金、木、水、火相互結合造成萬物。"

在古印度哲學家的思想中也有和我國五行相似的所謂五大。這就是公元前7世紀一公元前6世紀古印度學者卡皮拉（Kapila）提出來的地、水、火、風、空氣。

西方自然哲學來自希臘。被尊為希臘七賢之一的唯物哲學家塔萊斯認為水是萬物之母。希臘最早的思想家阿那克西米尼認為組成萬物的是氣。被稱為辯證法奠基人之一的赫拉克利特（Heraclito，公元前535一公元前475）認為萬物由火而生。古希臘的自然科學家、醫生恩培多克勒（EmpedOCles，公元前490一公元前430）綜合了以前的哲學家們的見解，在他們所指的水、氣和火之外，又加上土，稱為四元素。古希臘哲學家亞里士多德（Aristotle，公元前384一公元前322）綜合了但也歪曲了這些樸素的唯物主義的看法，提出"原性學說"。他認為自然界中是由4種相互對立的"基本性質"--熱和冷、乾和濕組成的。它們的不同組合，構成了火（熱和干）、氣（熱和濕）、水（冷和濕）、土（冷和干）4種元素。"基本性質"可以從原始物質中取出或放進，從而引起物質之間的相互轉化。這樣，宇宙的本源、世界的基礎便不是物質實體，而且可以離開實物而獨立存在的"性質"了，這就導向唯心主義了。

13－14世紀，西方的鍊金術士們對亞里士多德提出的元素又作了補充，增加了3種元素：水銀、硫磺和鹽。這就是鍊金術士們所稱的三本原。但是，他們所說的水銀、硫磺、鹽只是表現著物質的性質：水銀--金屬性質的體現物，硫磺--可燃性和非金屬性質的體現物，鹽--溶解性的體現物。

到16世紀，瑞士醫生帕拉塞爾士把鍊金術士們的三本原應用到他的醫學中。他提出物質是由3種元素--鹽（肉體）、水銀（靈魂）和硫磺（精神）按不同比例組成的，疾病產生的原因是有機體中缺少了上述3種元素之一。為了醫病，就要在人體中注人所缺少的元素。

無論是古代的自然哲學家還是鍊金術士們，或是古代的醫藥學家們，他們對元素的理解都是通過對客觀事物的觀察或者是臆測的方式解決的。只是到了17世紀中葉，由於科學實驗的興起，積累了一些物質變化的實驗資料，才初步從化學分析的結果去解決關於元素的概念。

1661年英國科學家玻意耳對亞里士多德的四元素和鍊金術士們的三本原表示懷疑，出版了一本《懷疑派的化學家》小冊子。書中寫道："現在我把元素理解為那些原始的和簡單的或者完全未混合的物質。這些物質不是由其他物質所構成，也不是相互形成的，而是直接構成物體的組成成分，而它們進入物體后最終也會分解。"這樣，元素的概念就表現為組成物體的原始的和簡單的物質。

拉瓦錫在肯定和說明究竟哪些物質是原始的和簡單的時候，強調實驗是十分重要的。他把那些無法再分解的物質稱為簡單物質，也就是元素。

此後在很長的一段時期里，元素被認為是用化學方法不能再分的簡單物質。這就把元素和單質兩個概念混淆或等同起來了。

而且，在後來的一段時期里，由於缺乏精確的實驗材料，究竟哪些物質應當歸屬於化學元素，或者說究竟哪些物質是不能再分的簡單物質，這個問題也未能獲得解決。

拉瓦錫在1789年發表的《化學基礎論說》一書中列出了他製作的化學元素表，一共列舉了33種化學元素，分為4類：

1．屬於氣態的簡單物質，可以認為是元素：光、熱、氧氣、氮氣、氫氣。

2．能氧化和成酸的簡單非金屬物質：硫、磷、碳、鹽酸基、氫氟酸基、硼酸基。

3．能氧化和成鹽的簡單金屬物質：銻、砷、銀、認鑽、銅、錫、鐵、錳、汞、鉬、金、鉑、鉛、鎢、鋅。

4．能成鹽的簡單土質：石灰、苦土、重土、礬土、硅土。

從這個化學元素表可以看出，拉瓦錫不僅把一些非單質列為元素，而且把光和熱也當作元素了。

拉瓦錫所以把鹽酸基、氫氟酸基以及硼酸基列為元素，是根據他自己創立的學說--一切酸中皆含有氧。鹽酸，他認為是鹽酸基和氧的化合物，也就是說，是一種簡單物質和氧的化合物，因此鹽酸基就被他認為是一種化學元素了。氫氟酸基和硼酸基也是如此。他之所以在"簡單非金屬物質"前加上"能氧化和成酸的"的道理也在於此。在他認為，既然能氧化，當然能成酸。

至於拉瓦錫元素表中的"土質"，在19世紀以前，它們被當時的化學研究者們認為是元素，是不能再分的簡單物質。"土質"在當時表示具有這樣一些共同性質的簡單物質，如具有鹼性，加熱時不易熔化，也不發生化學變化，幾乎不溶解於水，與酸相遇不產生氣泡。這樣，石灰（氧化鈣）就是一種土質，重土--氧化鋇，苦土--氧化鎂，硅土--氧化硅，礬土--氧化鋁。在今天它們是屬於鹼土族元素或土族元素的氧化物。這個"土"字也就由此而來。

19世紀初，道爾頓創立了化學中的原子學說，並著手測定原子量，化學元素的概念開始和物質組成的原子量聯繫起來，使每一種元素成為具有一定（質）量的同類原子。

1841年，貝齊里烏斯根據已經發現的一些元素，如硫、磷能以不同的形式存在的事實，硫有菱形硫、單斜硫，磷有白磷和紅磷，創立了同（元）素異形體的概念，即相同的元素能形成不同的單質。這就表明元素和單質的概念是有區別的，不相同的。

19世紀後半葉，在門捷列夫建立化學元素周期系的時間裡，明確指出元素的基本屬性是原子量。他認為元素之間的差別集中表現在不同的原子量上。他提出應當區分單質和元素兩個不同概念，指出在紅色氧化汞（H滬）中並不存在金屬汞和氣體氧，只是元素汞和元素氧，它們以單質存在時才表現為金屬和氣體。

不過，隨著社會生產力的發展和科學技術的進步，在19世紀末，電子、X射線和放射性相繼被發現，導致科學家們對原子的結構進行了研究。1913年英國化學家索迪（F．Soddy，1877-1956）提出同位素的概念。同位素是具有相同核電荷數而原子量不同的同一元素的異體，它們位於化學元素周期表中同一方格位置上。

其後，英國物理學家阿斯頓在1921年證明大多數化學元素都有不同的同位素。元素的原子量是同位素質量按同位素在自然界中存在的質量分數求得的平均值。

在這同一時期里英國物理學家莫塞萊（H．G．J．Moseley，1887一1915）在1913年系統地研究了由各種元素製成的陰極所得的X射線的波長，指出元素的特徵是這個元素的原子的核電荷數，也就是後來確定的原子序數。

這樣，如果把同位素看作是幾種不同的單獨的元素，這顯然是不合理的。因為決定元素的原子的特徵不是原子量，而是它的核電荷數。

1923年，國際原子量委員會作出決定：化學元素是根據原子核電荷的多少對原子進行分類的一種方法，把核電荷數相同的一類原子稱為一種元素。

當然，直到今天，人們對化學元素的認識過程也沒有完結。當前化學中關於分子結構的研究，物理學中關於核粒子的研究等都在深入開展，可以預料它將帶來對化學元素的新認識。