一本中文书中有许多汉字，这些汉字按一定的规则排列，组成一个个句子、段落，构成文章。任何一个汉字都是由点、横、竖、勾等八种基本笔画及其派生的笔画构成的（图2-1）。同样地，一本英文书有许多英文单词，这些英文单词都是由26个英文字母拼写而成的。

与此相似，自然界中存在的千千万万种物质都是由90余种元素组成的。不同的物质组成的元素可能不同，也可能相同。如，水是由氢元素和氧元素组成的；二氧化碳气体、有毒性的一氧化碳气体都是由氧元素和碳元素组成的；氧气只由氧元素组成；葡萄糖和淀粉都是由碳、氢、氧三种元素组成的；人体的血红蛋白由碳、氢、氧、氮、铁等元素组成。由不同元素组成的物质一定是不同的物质。例如，水由氢、氧元素组成，汽油由碳、氢、氧元素组成，虽然它们在常温下都是无色液体，但是是完全不同的物质。

元素是组成世间万物的最基本要素。元素的最小单位是原子，碳元素是许许多多碳原子的总称，氢元素是许许多多氢原子的总称。现在人们已经发现了118种元素，其中二十余种是自然界中不存在的，是科学家们在实验室中合成的。国际上给每种元素起了一个统一的名称，并用一个或两个英文字母组成的符号（元素符号）来表示。例如，碳、氢、氧、氮、铁元素的元素符号分别是C、H、O、N、Fe。

2.1.1　元素的存在

物质由元素组成，元素蕴含在各种各样的物质里。人们只能看见物质，却看不到构成物质的元素。例如，人人都看得见、摸得到水，都喝过它，但不是所有的人都知道水是氧元素（O）、氢元素（H）组成的，因为凭感觉器官感觉不到其中的氢元素、氧元素。科学家发现水通电可以分解成氢气、氧气，又发现氢气、氧气分别是由氢元素、氧元素组成的，才弄清楚了水是由氢、氧两种元素组成。氢气在氧气中燃烧能生成水，也证明水是氢、氧元素组成的。

自然界中的物质都是由元素组成的。地球的地壳是由砂石、黏土、水等组成的，它们是由氧（O）、硅（Si）、铝（Al）、铁（Fe）、钙（Ca）等元素组成的。地球表面，71%是海洋。海水中的元素有氧（O）、氢（H）、氯（Cl）、钠（Na）、镁（Mg）等。

人体中含有多种元素。人的身体大约由60余种自然界中存在的元素组成，其中主要的有27种，如碳（18%）、氧（65%）、氢（10%）、氮（3%）、钙（2%）、磷（1%）、氯（0.15%）、硫（0.25%）、钠（0.15%）、钾（0.35%）、镁（0.05%）（彩图1）。这些数据，在不同文献中的记载有差异。所有这些元素都是组成人体各种组织、器官、体液所不可缺少的。碳、氧、氢、氮是构成人体中的水分、糖类、脂肪和蛋白质所必不可少的元素。人体缺钙容易得佝偻病，缺铁常常导致贫血，缺碘容易患甲状腺病。

自然界中存在的氧气、氮气，填充氢气球的氢气，在空气存在的极少量的稀有气体氖气（可填充霓虹灯，通电时能发红光）、氦气、氩气，都是由一种元素组成的气态物质，组成它们的元素分别称为氧元素（O）、氮元素（N）、氢元素（H）、氖元素（Ne）、氦元素（He）、氩元素（Ar）。我们熟悉的金属材料，如镁（Mg）、铝（Al）、铁（Fe）、铜（Cu）、金（Au）、银（Ag）等，也是由一种元素组成的；组成它们的元素也依次称为镁元素、铝元素、铁元素、铜元素、金元素、银元素。由一种元素组成的物质称为单质。氧气、氮气是非金属单质；镁、铝、铁、铜是金属单质。

自然界中存在的物质大多数是由两种或两种以上元素结合形成的，单质的种类不多。例如，水是由氢（H）、氧（O）两种元素结合而成；金属镁在氧气中燃烧生成的白色粉末（称为氧化镁）是镁元素（Mg）和氧（O）元素组成的；葡萄糖由碳（C）、氢（H）、氧（O）三种元素结合形成。水、葡萄糖、氧化镁不同于单质，由两种或两种以上元素组成，称为化合物。在生产、生活中需要的单质，大多是以化合物为原料来制备的。例如，电解水可以制得氢气。

自然界中，元素总是隐含在单质或化合物中。也就是说，元素在自然界里，或者以单质状态存在或者以化合物状态存在。元素以单质状态存在时，处于游离态；以化合物状态存在时，称为化合态。氧元素可以形成氧气、臭氧，它们都是氧单质，是游离态的氧元素；氧元素还可以和氢元素结合组成水，和碳元素组成二氧化碳气体，和碳、氢元素结合形成葡萄糖、淀粉、纤维素，和氢、氧、氮元素结合组成各种蛋白质，这些化合物中的氧元素都是化合态的。

碳元素能形成许多种单质和化合物。无论是自然界中存在的化合物还是人工制造出来的化合物，很大一部分是含碳元素的化合物。葡萄糖、淀粉、纤维素、蛋白质、脂肪、天然气、汽油都是含碳元素的化合物，除了二氧化碳、一氧化碳、碳酸钙等少数几种含碳化合物外，化学家把含碳化合物称为有机化合物。有机化合物都含碳元素，因此，许多有机化合物在不完全燃烧时会生成炭黑，完全燃烧会生成二氧化碳气体。

自然界中由氧元素和另一种元素组成的化合物很多，人们将这一类化合物称为氧化物。氧化物都由两种元素组成，其中一种一定是氧。水、二氧化碳都是氧化物。

常见的化合物还有酸、碱、盐等类别。食醋中含有的醋酸、人的胃酸中含有的盐酸属于酸类，建筑用的熟石灰属于碱类，食盐（氯化钠）、石灰石的主要成分碳酸钙、石膏中的主要成分硫酸钙等属于盐类。

2.1.2　海水是元素的宝藏

我们生活的地球表面71%被水覆盖，这些水有96.5%在海洋中。海水中存在各种各样的物质，这些物质都是由元素组成的（彩图2）。

已发现的118种元素，在海水中存在的有80多种。据统计，每千克海水中，965.3g是水，剩余的34.7g都是溶解在海水中的各种化合物。组成这些化合物的元素主要是氯（Cl）、钠（Na）、氧（O）、硫（S）、镁（Mg）、钙（Ca）、钾（K），碳（C）、锶（Sr）、溴（Br）、硼（B）、氟（F）、锂（Li）、碘（I）、铀（U）等。这些元素大多以化合态存在，组成了可以溶解在海水的各种盐。海水加热蒸干，水完全蒸发了，溶解在海水中的各种盐就会成为晶体析出。其中主要的成分之一，就是我们使用的调味剂食盐。食盐是氯元素和钠元素组成的化合物——氯化钠（NaCl）。

海洋中存在的各种元素构成了人类生存发展所需要的许多物质资源。目前，全世界每年从海洋中提取淡水20多亿吨、食盐5000万吨、镁及氧化镁260多万吨、溴20万吨，总产值达6亿多美元。人们利用从海水中提取的食盐（图2-2），生产出上万种不同用途的产品，例如烧碱、氯气、氢气和金属钠等。地球上99%以上的溴元素（Br）都蕴藏在大海中，从海水中提取的溴，可以作为贵重的药品原料，生产许多消毒药品、熏蒸剂、杀虫剂、抗爆剂等。镁元素（Mg）在海水中的含量仅次于氯和钠，主要以氯化镁和硫酸镁的形式存在。从海水中可以提取镁，镁可大量用于火箭、导弹和飞机制造业，还可以用于钢铁工业。镁还可作为新型无机阻燃剂，用于多种热塑性树脂和橡胶制品的提取加工。作为铀元素（U）主要来源的铀矿在陆地上的分布极不均匀，而海水中含有丰富的铀矿资源，相当于陆地总储量的2000倍。铀是高能量的核燃料，1000g铀所产生的能量相当于2250t优质煤。海洋中每升海水含锂（Li）15～20mg，锂是制造氢弹的重要原料，还是理想的电池原料，含锂的铝镍合金（Al-Ni）在航天工业中占有重要位置，锂在化工、玻璃、电子、陶瓷等领域的应用在迅速发展。海水中还蕴藏着大量的重水，重水是原子能反应堆的减速剂和传热介质，也是制造氢弹的原料。一旦实现了从海水中提取重水，海洋就能为人类提供取之不尽、用之不竭的能源。