引言

要了解“元素”是什麼，你需要了解化學。那麼，什麼是化學呢？化學是研究物質及其變化的學科。不幸的是，這並不能告訴你太多關於化學的資訊，而且離告訴你關於化學的“一切”還差得很遠。

地球上的一切，我們太陽系中的所有東西，我們銀河系中的所有東西，以及宇宙中的所有東西都是由物質構成的。物質是科學家用來稱呼所有你能觸控、看到、感覺到或聞到的東西的名稱。物質佔據空間，物質有重量。為了更準確地說，我們應該說物質有體積和質量。換句話說，物質有實質，而“元素”（大約118種）賦予物質實質，甚至讓其存在。

你周圍的大部分物質都包含不止一種元素。但是，你肯定見過和摸過由一種元素組成的物質。例如，如果你曾經握過一顆鑽石，它就是由一種元素——碳元素形成的。令人驚訝的是，你用來繪畫或書寫的鉛筆中的石墨也是碳，只是排列方式不同。

你可能見過的一些其他僅含有一種元素的物質有：鋁製飲料罐；24克拉金飾品；氣球中向上漂浮的氦氣；鑄鐵花園欄杆；建築商在房屋屋頂上使用的鉛板；藥店裡出售的一種叫做“硫磺花”的粉末。

實際上，這些並不是元素的完美例子，因為像金或鋁這樣的元素，總會有少量的其他元素作為雜質存在。

沒有多少元素是“自然存在”的；也就是說，作為你可以從地面上撿起的幾乎純淨的物質塊。金和硫磺元素在自然界中存在，當碳是鑽石時也是如此。

為了提純它們，大多數元素必須被從彼此分離，因為在大多數物質中，它們透過強烈的“化學鍵”結合在一起。有時，這可以透過使用熱量或電力來輕鬆完成。

古代人知道如何製造鐵元素。他們透過用從地下開採的鐵礦石與從燃燒木材中獲得的木炭一起加熱來完成。最初含有鐵的物質是兩種元素的“化合物”，鐵和氧氣；透過用木炭加熱，氧氣以二氧化碳氣體的形式被去除，留下鐵。

鈉和氯元素可以透過將電流透過在極高溫度下熔化的普通鹽來分離。我們最初使用的鹽被稱為鈉和氯的“化合物”。它的學名為氯化鈉。

元素的一個有趣的來源是我們周圍的空氣。它包含各種元素的混合物，這些元素都是氣體，比如你已經聽說過的氧氣，以及許多不是元素而是化合物的其他氣體——有點像鹽，只是不同！。

為了從空氣中提取元素，我們需要將空氣冷卻到非常低的溫度，遠低於西伯利亞冬季的溫度！在大約-190°C時，它會形成液體。這有點像將蒸汽冷卻成水。之後，透過沸騰這種液體，氣體會一個接一個地釋放出來。除了氧氣和氮氣元素外，我們還可以獲得所謂的“惰性氣體”元素氬、氙和氪。另外兩種惰性氣體，氦和氖，也存在於空氣中，可以透過冷卻到更低的溫度將其提取出來。

你可能想知道，我們為什麼會在不使用一些你可能聽說過的詞的情況下走到這一步，而這些詞是化學學科中非常重要的部分：原子、分子、電子、核等等。事實上，直到大約150年前，化學家對這些東西都不太瞭解，儘管他們確實理解了元素和化合物之間的區別。

今天，我們可以使用特殊的電子顯微鏡“看到”原子，這種顯微鏡將物體放大到比我們用普通顯微鏡觀察到的物體小數百萬倍。在掃描電子顯微鏡下，它以3D方式顯示物體，原子看起來像模糊的球體。

原子是描述為什麼存在不同的元素以及為什麼這些元素形成特定的化合物的關鍵。

原子也解釋了元素週期表為什麼是現在的樣子，儘管其中大部分是由像多貝雷納和門捷列夫（見第4章）這樣的老化學家制定的。瞭解原子可以解釋，例如，為什麼只有81種元素的原子可以永遠存在。