地球的元素
要了解“元素”是什么，你需要了解化学。那么，什么是化学呢？
石墨。化学是研究物质及其变化的学科。不幸的是，这个定义并不能给你提供很多关于化学的信息，而且它离告诉你一切关于化学的知识还差得很远。
地球上的一切、我们太阳系中的一切、银河中的一切以及宇宙中的一切都是由物质构成的。物质是科学家给所有可以触摸、看到、感觉到或闻到的东西起的名字。物质占据空间，并且具有重量。更准确地说，我们应该说物质具有体积和质量。换句话说，物质具有实质性，而“元素”（大约118种）就是赋予物质实质性，甚至使物质得以存在的原因。
你周围的大多数物质都包含多种元素。但也有一些物质，你肯定见过并触摸过，它们仅由一种元素组成。例如，如果你曾经拿过一颗钻石，它是由一种元素——碳元素（Carbon）——形成的。令人惊讶的是，你在铅笔里用来写字或画画的石墨也是碳，只是它的排列方式不同。
一些你可能见过的单一元素的物质例子包括：铝制饮料罐；24K黄金首饰；漂浮上升的气球中的氦气；铸铁的花园护栏；建筑工人在房屋屋顶使用的铅板；你可以在药店买到的叫做“硫磺花”的粉末。
实际上，这些例子并不是完全准确的元素示例，因为像黄金或铝这样的元素通常会含有少量的其他元素作为杂质。
并不是所有元素都能“自然”存在；也就是说，并非所有元素都能作为几乎纯净的物质从地面上采集到。黄金和硫磺是可以自然存在的，而碳元素也可以作为钻石自然存在。
为了净化这些元素，大多数元素必须相互分离，因为在大多数物质中，元素是通过强大的“化学键”相互结合的。有时，通过使用热量或电力，这些元素的分离可以非常容易地实现。
古代人类知道如何提取铁元素。他们通过加热从地下开采的铁矿石，并用从燃烧木材中得到的木炭加热，来提取铁。含铁的物质最初是由铁和氧组成的“化合物”；通过加热与木炭反应，氧气被作为二氧化碳气体移除，留下了铁。
钠和氯元素可以通过将高温熔化的盐中通电来分离。我们开始时的盐被称为钠氯化物（sodium chloride）这一“化合物”。
一个有趣的元素来源是我们周围的空气。它包含了许多气体的混合物，其中包括你已经听说过的氧气，还有许多不是元素而是化合物的气体——它们有点像盐，但又不同！
要从空气中提取这些元素，我们需要将空气冷却到非常低的温度，甚至比西伯利亚冬天的温度还低！在大约-190°C时，空气变成液体。这有点像将蒸汽冷却成水。之后，通过将液体加热，气体会一个接一个地释放出来。除了氧气和氮气之外，我们还可以获得被称为“贵气体”的元素，如氩气（Argon）、氙气（Xenon）和氪气（Krypton）。另外，两个其他的贵气体——氦气（Helium）和氖气（Neon）也存在于空气中，可以通过进一步降低温度提取出来。
你可能会好奇，在这之前我们怎么能不使用一些你可能已经听过的、化学学科中非常重要的词汇，比如原子、分子、电子、核等。事实上，直到大约150年前，化学家们对这些概念的了解并不深入，尽管他们已经理解了元素和化合物之间的区别。
今天，我们可以通过使用特殊的电子显微镜“看到”原子，它能放大比我们用普通显微镜看到的物体小百万倍的物体。在扫描电子显微镜下（可以显示三维图像），原子看起来像是模糊的球体。
原子是描述为什么会存在不同元素以及这些元素为什么只形成它们特定化合物的关键。
原子也能解释为什么元素周期表是现在这个样子，尽管其中的很多内容是由像多贝雷纳（Dobereiner）和门捷列夫（Mendeleev）这样的早期化学家工作出来的（见第四章）。了解原子能够解释，例如，为什么只有81种元素的原子能够永远存在。