固体元素中，黄磷（P4）原子数是4，硫（S8）原子数是8。所以，氩（Ar）是单原子，氧气（O2）是双原子的，臭氧（O3）则是三原子的。
钠原子结构示意图，表示原子（离子）的核外电子在各电子层上排布的图示。其中圆圈表示原子核，圈内“+”号表示质子带正电，圈内带“+”号的数字表示核内的质子数，圆外孤线表示电子层，弧线上的数字表示该电子层上所排布的电子数。
在化学变化中，中性的原子经常会得到或者失去电子而成为带电荷的微粒，这种带电的原子叫做离子。
当原子得到一个或几个电子时，核外电子数多于核电荷数，从而带负电荷，称为阴离子。
当原子失去一个或几个电子时，核外电子数少于核电荷数，从而带正电荷，称为阳离子。
由离子组成的物质叫离子化合物，是由阴阳离子的电性吸引而成，即静电作用。
它们之间是由离子键作用而形成物质。酸、碱、盐都属于离子化合物。
2.认识化学元素
化学元素主要分为三类：金属元素、非金属元素和稀有气体元素。
金属元素是具有金属通性的元素，其原子容易失去电子，而本身常以阳离子形态存在于化合物中。它们的氧化物和氢氧化物一般呈碱性。
非金属元素是核外电子数超过4的且不为8的元素的总称。
稀有气体元素又称为零族元素或者惰性元素，包括氦、氖、氩、氪、氙、氡6种元素。
化学元素的种类有这么多，但是常见的主要就有氧、氮、氢、碳等几种元素。
氧元素在上一章我们已经简单介绍过，下面介绍一下氮元素、氢元素和碳元素。
（1）氮（N）在地壳中的含量约为0.0046％，自然界中绝大部分的氮是以单质分子——氮气（N2）的形式存在于大气中，氮气占空气体积的78％。氮的最重要的矿物是硝酸盐。
氮分子是由两个氮原子组成，特别稳定，它对许多反应试剂是惰性的。在高温、高压并有催化剂存在的情况下，氮和氢可以相互作用生成氨。空气中的单质氮和氧在雷电的作用下，可生成氧化氮。锂和氮在常温下即可发生反应。
氮是动植物体内蛋白质的重要组成成分，但高等动物以及大多数植物不能直接吸收氮，只有少数豆科植物能利用空气中的氮。
氮主要用来制造氨，其次是制造氮化物、氰化物、硝酸及其盐类等。此外，氮还可用作保护性气体、泡沫塑料中的发泡剂，液氮可用于冷凝剂。
（2）氢(H)是宇宙间最丰富的元素。
可以说氢完全不是以单质形态存在于地球上，但是太阳和其他一些星球则全部是由纯氢所构成。这种星球上发生的氢热核反应的热光普照四方，温暖了整个宇宙。
在所有元素中，氢具有最简单的原子结构，它由一个带+1电荷的核和一个轨道电子组成。
氢有三种同位素：氕(符号H)、氘（符号D)和氚（符号T)。
在它们的核中分别含有0、1和2个中子，它们的质量数分别为1、2和3。自然界中，普通氢内H同位素的丰富度最大，原子百分比占99.98％，氢气可用作填充气体又可以做高端燃料，放热高且无污染物产生，氢的燃烧产物是水。
（3）碳(C)可以说是人类接触到的最早的元素之一，也是人类利用得最早的元素之一。碳在地壳中的质量分数约为0.027%，在自然界中分布很广。以化合物形式存在的碳有煤、石油、天然气、动植物体、石灰石、白云石、二氧化碳等。
碳在自然界中存在有三种同素异形体──金刚石、石墨、C60。
注：同一种元素的原子具有不同的质量数，这些原子就叫同位素。自然界中众多元素都有同位素。同位素有的是天然存在的，有的是人工制造的。有的有放射性，有的没有放射性。大多数的天然元素都是由几种同位素组成的混合物，稳定同位素约有300多种，而放射性同位素竟达约1500种以上。
金刚石和石墨早已被人们所知，拉瓦锡做了燃烧金刚石和石墨的实验后，确定这两种物质燃烧都产生了CO2。因而得出结论，即金刚石和石墨中含有相同的“基础”，称为碳。
C60是1985年由美国休斯顿赖斯大学的化学家史沬莱等人发现的，它是由60个碳原子组成的一种球状的稳定的碳分子，是金刚石和石墨之后的碳的第三种同素异形体。其分子结构非常像一个足球。
其组成已被X射线分析实验所证明。
3.碳循环与氧循环
其实，地球上存在着碳循环与氧循环两种循环方式，下面就简单来介绍一下。
（1）氧循环
动植物的呼吸作用及人类活动中的燃烧都需要消耗氧气，产生二氧化碳。但植物的光合作用却大量吸收二氧化碳，释放氧气，如此构成了生物圈的氧循环。
氧在各圈层中的浓度并不相同，在整个地球当中约为28.5％，在地壳中约46.6％，在海洋中约占总量的85.8％，在大气中约23.2％。所有元素中，只有氧是同时在地壳、大气、水圈和生物圈中都有着极大丰富程度的元素。
在地壳中，形成岩石的矿物质大多含有氧元素，例如硅酸盐。
当硅酸盐在岩石发生风化碎裂时，通常仍能以不变的原形进入地球化学循环，即随水流迁移到海洋，进入海底沉积物，甚至重新返回陆地。
大气中的氧主要以双原子分子的形态存在，并且表现出很强的化学活性。这种化学活性足以影响能与氧生成各种化合物的其他元素（如碳、氢、氮、硫、铁等）的地球化学循环。大气中的氧气多数来源于光合作用。在紫外光作用下，大气中氧能转变为三原子分子的臭氧。
在组成水圈的大量水中，氧是主要组成元素。在水体中，存在各种形式的大量含氧阴离子以及相当数量的溶解氧，它们对水圈或整个生物圈中的生物有着极为重要的意义。
（2）碳循环
地球上最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，含碳量约占地球上碳总量的99.9％。这两个库中的碳活动缓慢，实际上起着贮存库的作用。
地球上还有三个碳库：大气圈库、水圈库和生物库。这三个库中的碳在生物和无机环境之间交换迅速，容量小而活跃，实际上起着交换库的作用。
碳的存在形式多种多样。碳在岩石圈中主要以碳酸盐的形式存在，在大气圈中以二氧化碳和一氧化碳的形式存在，在水圈中则以多种形式存在，在生物圈中则存在着几百种被生物合成的有机物。
在大气中，二氧化碳是含碳的主要气体，也是碳参与物质循环的主要形式。在生物圈中，森林是碳的主要吸收者，它固定的碳相当于其他植被类型的两倍。森林又是生物圈中碳的主要贮存者，贮存量相当于目前大气含碳量的三分之二。
植物通过光合作用从大气中吸收碳的速率，与通过动植物的呼吸和微生物的分解作用，将碳释放到大气中的速率大体相等。
因此，大气中二氧化碳的含量在受到人类活动干扰以前是相当稳定的。
自然界碳循环的基本过程是：大气中的二氧化碳（CO2）被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。
第三节物质组成的表示
1.化合价
一种元素一定数目的原子跟其他元素一定数目的原子化合的性质，叫做这种元素的化合价。
元素的“化合价”是元素的一种重要性质，这种性质只有跟其他元素相化合时才表现出来。就是说，当元素以游离态存在时，即没有跟其他元素相互结合成化合物时，该元素是不表现其化合价的，因此单质中元素的化合价为“0”。例如Zn、C、H2等。元素与元素之间在形成化合物时，必须通过一定的作用力，金属原子核外电子较少且容易失去，失去后形成阳离子，且带上几个单位的正电荷，我们说它的化合价为正；相反，非金属核外电子较多，为形成稳定结果易得到电子，从而呈负价。
化合价有正价和负价之分。氧元素通常显-2价，氢元素通常显+1价。金属元素跟非金属元素化合时，金属元素显正价，非金属元素显负价。
另外，一些元素在不同物质中可显示不同的化合价。
化合价的表示方法：正负化合价用+1，+2，+3，-1，-2……0等表示，并且要标在元素符号的正上方。
判断元素化合价的依据是：化合物中正负化合价代数和为零。
根据元素化合价写化学分子式的步骤：（1）按元素化合价正左负右写出元素符号，并标出化合价；（2）看元素化合价是否有约数，并约成最简比；（3）交叉对调，把已约成最简比的化合价写在元素符号的右下角。
2.化学分子式
化学分子式是用元素符号表示物质组成的式子。
化学分子式的意义：
（1）宏观意义，表示一种物质和组成该物质的元素；（2）微观意义，表示该物质的一个分子和该物质的分子构成；（3）量的意义，表示物质的一个分子中各原子个数比和组成物质的各元素质量比。
单质化学分子式的读写：
（1）直接用元素符号表示的：金属单质，钾K、铜Cu、银Ag等；固态非金属，碳C、硫S、磷P等；稀有气体，氦(气)He、氖(气)Ne、氩(气)Ar等。
（2）多原子构成分子的单质：其分子由几个同种原子构成的就在元素符号右下角写几。如：每个氧气分子是由两个氧原子构成，则氧气的化学分子式为O2。
其他的如N2（氮气）、H2（氢气）、F2（氟气）、Cl2（氯气）、Br2（液态溴）、臭氧O3等。
化合物化学分子式的读写：先读的后写，后写的先读。
（1）两种元素组成的化合物：读成“某化某”，如：MgO（氧化镁）、NaCl（氯化钠）。
（2）酸根与金属元素组成的化合物：读成“某酸某”，如：KMnO4（高锰酸钾）、K2MnO4（锰酸钾）、MgSO4（硫酸镁）、CaCO3（碳酸钙）。
常见的化学分子式还有：二氧化碳CO2、氯化氢HCl、氢氧化钠NaOH、碳酸钙CaCO3、硫酸铜CuSO4、硝酸银AgNO3、氯化钠NaCl、氯化铝AlCl3、碳酸氢钠NaHCO3、碳酸氢铵NH4HCO3、二氧化锰MnO2、甲烷CH4、乙醇(酒精)C2H5OH、水H2O、葡萄糖C6H12O6、双氧水（过氧化氢溶液）H2O2、铜Cu、钨W、铁Fe，等等。
3.化学方程式
化学方程式就是指用化学分子式表示化学反应的式子（化学反应方程式简称化方）。
化学方程式表示什么物质参加反应，生成什么物质；表示反应物、生成物各物质之间的质量比。
化学方程式的书写方法：要遵循质量守恒定律和化学反应的客观事实。
反应物化学分子式写在左边，生成物化学分子式写在右边，中间用“=”相连接。化学方程式的配平即在反应物、生成物的化学分子式前边配上必要的系数使反应物与生成物中各元素的原子个数相等。
要注明反应所需要条件，如需要加热、使用催化剂等均需在等号上边写出。如需要两个以上条件时，一般把加热条件写在等号下边（或用Δ表示）。
注明生成物状态，用“↑”表示有气体生成（反应物中不含气体），“↓”表示有难溶物产生或有固体生成（反应物中不含固体）。
例如：
铁和硫酸铜溶液反应：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu（置换反应）
氢氧化钠与硫酸铜反应：2NaOH+CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4（复分解反应）
镁和稀硫酸反应：Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑（置换反应）
4.元素周期表
现代化学的元素周期律是1869年俄国科学家得米特里·门捷列夫首创的，他将当时已知的63种元素依原子量大小并以表的形式排列，把有相似化学性质的元素放在同一行，这就是元素周期表的雏形。
利用周期表，门捷列夫成功地预测当时尚未发现的元素的特性(镓、钪、锗)。1913年，英国科学家莫色勒利用阴极射线撞击金属产生X射线，发现原子序越大，X射线的频率就越高。因此他认为核的正电荷决定了元素的化学性质，并把元素依照核内正电荷(即质子数或原子序)排列，经过多年修订后才成为当代的周期表。
在周期表中，元素是以元素的原子序排列，最小的排在最前面。表中一横行称为一个周期，一列称为一个族。
元素周期表中一共有七个周期，其中一、二、三为短周期，四、五、六为长周期，第七周期为不完全周期，纵向共有十六个族，有七个主族、八个副族和一个零族，其中八、九、十副族统称为第八副族，主族以大写字母A表示，副族以大写字母B表示。
