你有沒有想過，我們的身體、呼吸的空氣、腳下的土地，本質(zhì)上都是由什么構(gòu)成的？
古人曾認(rèn)為，萬物由“風(fēng)火水土”四種基本元素組成，這個(gè)說法流傳了兩千多年。直到一位口吃卻極具批判精神的科學(xué)家出現(xiàn)，才徹底顛覆了人們對(duì)“元素”的認(rèn)知，為近代化學(xué)翻開了新的一頁。今天，我們就來聊聊“元素”這個(gè)撐起整個(gè)物質(zhì)世界的核心概念。
一、近代元素概念的誕生
在17世紀(jì)之前，“四元素說”和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的“硫汞鹽三元素理論”占據(jù)著絕對(duì)主導(dǎo)。人們相信，所有物質(zhì)都能拆解為這幾種基礎(chǔ)元素，而煉金術(shù)的核心，就是試圖通過改變?cè)乇壤�，將普通金屬變成黃金。
打破這個(gè)迷思的，是英國科學(xué)家羅伯特·波義耳——一位被稱為“近代化學(xué)第一人”的水瓶座學(xué)者。他自幼體弱，因醫(yī)生開錯(cuò)藥險(xiǎn)些喪命，卻也因此迷上了化學(xué)實(shí)驗(yàn)，立志用實(shí)驗(yàn)而非空想探索物質(zhì)本質(zhì)。
通過無數(shù)次對(duì)空氣、金屬的實(shí)驗(yàn)，波義耳發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)學(xué)說中的“元素”并非不可分割的本質(zhì)。比如水可以電解成氫氣和氧氣，空氣也能分離出不同成分，這些所謂的“元素”其實(shí)是化合物或混合物。
1661年，波義耳在《懷疑派化學(xué)家》中給出了第一個(gè)科學(xué)的元素定義：元素是不能被化學(xué)方法分解為更簡(jiǎn)單物質(zhì)的純凈物。他還大膽提出，元素并非只有三種或四種，而是有很多種。這個(gè)超前的觀點(diǎn)，直到三百年后道爾頓提出原子論，才被徹底證實(shí)。
二、元素研究的兩大里程碑
波義耳奠定了元素的核心定義，但真正讓元素研究系統(tǒng)化的，是兩位后來者的貢獻(xiàn)。
第一位是“近代化學(xué)之父”拉瓦錫。在波義耳之后，科學(xué)家們?nèi)员弧叭妓卣f”困擾——認(rèn)為燃燒是物質(zhì)釋放“燃素”的過程。但拉瓦錫通過定量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，金屬燃燒后重量增加，并非釋放了“負(fù)質(zhì)量燃素”，而是吸收了空氣中的某種成分。
他重復(fù)了前人的實(shí)驗(yàn)，命名了氧氣和氫氣，還推翻了“水是元素”的認(rèn)知，證實(shí)水是氫和氧的化合物。1789年，拉瓦錫發(fā)布了包含33種元素的列表，將元素分為氣體、金屬、非金屬和土質(zhì)四類，還制定了規(guī)范的化學(xué)命名法，讓元素研究有了統(tǒng)一的“語言”。
第二位里程碑式人物，是門捷列夫。19世紀(jì)中葉，科學(xué)家們已發(fā)現(xiàn)60多種元素，卻對(duì)它們的規(guī)律一無所知。門捷列夫?qū)⒃匕丛恿颗帕�，發(fā)現(xiàn)每隔一定數(shù)量，元素的化學(xué)性質(zhì)就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)——這就是元素周期律。
他不僅排出了第一張?jiān)刂芷诒�，還大膽在表中留下空位，預(yù)言了未被發(fā)現(xiàn)的元素特性。后來這些預(yù)言逐一應(yīng)驗(yàn)，證明了周期表的科學(xué)性。而1913年亨利·莫塞萊進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，元素的排序依據(jù)不應(yīng)是原子量，而是原子序數(shù)，讓周期表的邏輯更嚴(yán)謹(jǐn)。