रासायनिक तत्व

एक रासायनिक तत्व (chemical element) परमाणु की एक ऐसी प्रजाति है जिसे उसके प्रोटॉनों की संख्या से परिभाषित किया जाता है। प्रोटॉन की संख्या को उस तत्व की परमाणु संख्या (atomic number) कहा जाता है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन की परमाणु संख्या 8 है: प्रत्येक ऑक्सीजन परमाणु के नाभिक में 8 प्रोटॉन होते हैं। एक ही तत्व के परमाणुओं के नाभिक में न्यूट्रॉनों की संख्या अलग-अलग हो सकती है, जिन्हें उस तत्व का समस्थानिक (isotope) कहा जाता है। एक तत्व के परमाणुओं को नाभिकीय अभिक्रियाओं (nuclear reactions) में दूसरे तत्व के परमाणुओं में बदला जा सकता है, जो परमाणु की परमाणु संख्या को बदल देती हैं। ब्रह्मांड में लगभग सभी बेरियोनिक पदार्थ तत्वों से बने होते हैं (दुर्लभ अपवादों में न्यूट्रॉन तारे शामिल हैं)।

"रासायनिक तत्व" शब्द का व्यापक रूप से उपयोग एक शुद्ध रासायनिक पदार्थ के अर्थ में भी किया जाता है जिसमें केवल एक ही तत्व होता है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन गैस केवल ऑक्सीजन के परमाणुओं से बनी होती है।

ऐतिहासिक रूप से, "रासायनिक तत्व" शब्द का अर्थ एक ऐसा पदार्थ था जिसे रासायनिक अभिक्रियाओं द्वारा घटक पदार्थों में नहीं तोड़ा जा सकता, और अधिकांश व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए यह परिभाषा अभी भी मान्य है। 1920 के दशक में इस बात पर कुछ विवाद था कि क्या समस्थानिकों को अलग तत्व माना जाना चाहिए यदि उन्हें रासायनिक साधनों द्वारा अलग किया जा सकता है।^[1] नवंबर 2016 तक, इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री (IUPAC) ने कुल 118 तत्वों को मान्यता दी थी। पहले 94 तत्व पृथ्वी पर प्राकृतिक रूप से पाए जाते हैं, और शेष 24 संश्लेषित तत्व (synthetic elements) हैं जो नाभिकीय अभिक्रियाओं में उत्पन्न होते हैं। अस्थिर रेडियोधर्मी तत्वों (रेडियोएलिमेंट्स) को छोड़कर जो जल्दी क्षय हो जाते हैं, लगभग सभी तत्व औद्योगिक रूप से अलग-अलग मात्रा में उपलब्ध हैं। नए तत्वों की खोज और संश्लेषण वैज्ञानिक अध्ययन का एक निरंतर क्षेत्र है।

तत्वों की खोज और उपयोग का इतिहास प्रारंभिक मानव समाजों के साथ शुरू हुआ जिन्होंने कार्बन, सल्फर, तांबा और सोना जैसे प्राकृतिक खनिजों की खोज की (हालाँकि तत्व की आधुनिक अवधारणा अभी तक समझ में नहीं आई थी)। इस तरह की सामग्रियों को वर्गीकृत करने के प्रयासों के परिणामस्वरूप इतिहास भर में शास्त्रीय तत्व, कीमिया (alchemy) और इसी तरह के सिद्धांतों की अवधारणाएं सामने आईं। तत्वों की आधुनिक समझ का अधिकांश विकास दिमित्री मेंडेलीव के काम से हुआ, जो एक रूसी रसायनज्ञ थे जिन्होंने 1869 में पहली पहचानने योग्य आवर्त सारणी प्रकाशित की थी। यह सारणी तत्वों को बढ़ती परमाणु संख्या के अनुसार पंक्तियों ("आवर्त") में व्यवस्थित करती है, जिसमें कॉलम ("समूह") आवर्ती ("periodic") भौतिक और रासायनिक गुण साझा करते हैं। आवर्त सारणी तत्वों के विभिन्न गुणों का सारांश प्रस्तुत करती है, जिससे रसायनज्ञों को उनके बीच संबंध प्राप्त करने और अभी तक नहीं देखे गए अत्यधिक क्षणिक न्यूक्लाइडों और इन अज्ञात तत्वों द्वारा बनाए जा सकने वाले संभावित यौगिकों के बारे में भविष्यवाणियां करने की अनुमति मिलती है।

विवरण

"(रासायनिक) तत्व" शब्द का उपयोग दो अलग-अलग लेकिन निकट से संबंधित अर्थों में किया जाता है:^[2] इसका अर्थ एक ही प्रकार के परमाणु से बना रासायनिक पदार्थ (एक मुक्त तत्व) हो सकता है, या इसका अर्थ विभिन्न रासायनिक पदार्थों के घटक के रूप में उस प्रकार का परमाणु हो सकता है। उदाहरण के लिए, पानी (H₂O) हाइड्रोजन (H) और ऑक्सीजन (O) तत्वों से बना है, भले ही इसमें रासायनिक पदार्थ (डाई)हाइड्रोजन (H₂) और (डाई)ऑक्सीजन (O₂) शामिल न हों, क्योंकि H₂O अणु H₂ और O₂ अणुओं से भिन्न होते हैं। "एक ही प्रकार के परमाणु से बना रासायनिक पदार्थ" अर्थ के लिए, "प्राथमिक पदार्थ" (elementary substance) और "सरल पदार्थ" (simple substance) शब्दों का सुझाव दिया गया है, लेकिन उन्हें अंग्रेजी रासायनिक साहित्य में अधिक स्वीकृति नहीं मिली है, जबकि कुछ अन्य भाषाओं में उनके समकक्ष का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, फ्रेंच में élément chimique (परमाणुओं का प्रकार) और corps simple (एक प्रकार के परमाणु से बना रासायनिक पदार्थ) के बीच अंतर किया जाता है; रूसी में химический элемент और простое вещество के बीच अंतर किया जाता है।

रासायनिक तत्वों को नाम, रासायनिक प्रतीक, और गुणों (परमाणुओं के रूप में या पदार्थों के रूप में) द्वारा व्यवस्थित किया जा सकता है। परमाणु के प्रकार के रूप में रासायनिक तत्वों के गुणों में परमाणु संख्या, परमाणु भार, समस्थानिक, प्रकृति में प्रचुरता, आयनीकरण ऊर्जा, इलेक्ट्रॉन बंधुता, ऑक्सीकरण अवस्था, और विद्युतऋणात्मकता शामिल हैं।^[3] रेडियोधर्मी न्यूक्लाइडों को अर्ध-आयु की लंबाई के अनुसार व्यवस्थित किया जा सकता है।^[4] पदार्थों के रूप में, रासायनिक तत्वों के गुणों में उनका घनत्व, गलनांक, क्वथनांक, विद्युत चालकता, तापीय चालकता शामिल हैं।^[5]

तत्वों की सबसे सुविधाजनक और निश्चित रूप से सबसे पारंपरिक प्रस्तुति आवर्त सारणी के रूप में है, जो समान रासायनिक गुणों (और आमतौर पर समान इलेक्ट्रॉनिक संरचनाओं) वाले तत्वों को एक साथ समूहित करती है।^[6] रासायनिक तत्वों को पृथ्वी पर उनकी उत्पत्ति के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है, जिसमें पहले 94 को प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला माना जाता है, जबकि 94 से अधिक परमाणु संख्या वाले तत्व केवल मानव-निर्मित नाभिकीय अभिक्रियाओं के माध्यम से कृत्रिम रूप से उत्पादित किए गए हैं।^[7]

उपस्थिति

मुख्य लेख: पृथ्वी की पपड़ी में तत्वों की प्रचुरता

सबसे हल्के तत्व हाइड्रोजन और हीलियम हैं, दोनों का निर्माण बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस द्वारा ब्रह्मांड के पहले 20 मिनट में^[8] द्रव्यमान के अनुसार लगभग 3:1 (या परमाणुओं की संख्या के अनुसार 12:1) के अनुपात में हुआ था,^[9]^[10] साथ ही अगले दो तत्वों, लिथियम और बेरिलियम के सूक्ष्म निशान भी थे। प्रकृति में पाए जाने वाले लगभग सभी अन्य तत्व न्यूक्लियोसिंथेसिस की विभिन्न प्राकृतिक विधियों द्वारा बनाए गए थे।^[11] पृथ्वी पर, नए परमाणुओं की थोड़ी मात्रा प्राकृतिक रूप से न्यूक्लियोजेनिक अभिक्रियाओं में,^[12] या कॉस्मोजेनिक प्रक्रियाओं में, जैसे कि कॉस्मिक रे स्पैलेशन में उत्पन्न होती है।^[13] नए परमाणु पृथ्वी पर प्राकृतिक रूप से रेडियोधर्मी क्षय प्रक्रियाओं जैसे कि अल्फा क्षय, बीटा क्षय, सहज विखंडन, क्लस्टर क्षय, और क्षय के अन्य दुर्लभ तरीकों के रेडियोजेनिक पुत्री समस्थानिकों के रूप में भी उत्पन्न होते हैं।^[14]

अब 118 ज्ञात तत्व हैं। यहाँ "ज्ञात" का अर्थ है कि उन्हें अन्य तत्वों से अलग करने के लिए पर्याप्त रूप से देखा गया है, भले ही केवल कुछ क्षय उत्पादों से ही क्यों न हो।^[15]^[16] हाल ही में, तत्व 118 (जिसे अब ओगानेसन नाम दिया गया है) का संश्लेषण अक्टूबर 2006 में रिपोर्ट किया गया था, और तत्व 117 (टेनेसीन) का संश्लेषण अप्रैल 2010 में रिपोर्ट किया गया था।^[17]^[18] इन 118 तत्वों में से, पहले 94 तत्वों का पता सीधे पृथ्वी पर आदिम न्यूक्लाइड के रूप में चला है जो सौर मंडल के गठन से मौजूद हैं, या यूरेनियम और थोरियम के प्राकृतिक रूप से होने वाले विखंडन या रूपांतरण उत्पादों के रूप में।^[19]^[7] इनमें से छह तत्व अत्यधिक सूक्ष्म मात्रा में होते हैं: टेक्नेटियम, परमाणु संख्या 43; प्रोमेथियम, संख्या 61; एस्टाटिन, संख्या 85; फ्रांसियम, संख्या 87; नेप्चूनियम, संख्या 93; और प्लूटोनियम, संख्या 94।^[20] इन छह तत्वों का पता ब्रह्मांड में व्यापक रूप से, तारों के स्पेक्ट्रा में, साथ ही न्यूट्रॉन तारे के विलय और सुपरनोवा में चला है, जहाँ अल्पकालिक रेडियोधर्मी तत्व नए सिरे से बनाए जा रहे हैं।^[21]^[22]

दो या दो से अधिक परमाणु मिलकर अणु बना सकते हैं। कुछ तत्व केवल उक्त तत्व के परमाणुओं के अणु बनाते हैं: उदाहरण के लिए हाइड्रोजन (H) के परमाणु द्विपरमाणुक अणु (H₂) बनाते हैं। रासायनिक यौगिक विभिन्न तत्वों के परमाणुओं से बने पदार्थ हैं; उनकी आणविक या गैर-आणविक संरचना हो सकती है। मिश्रण ऐसे पदार्थ हैं जिनमें विभिन्न रासायनिक पदार्थ होते हैं; इसका अर्थ है (आणविक पदार्थों के मामले में) कि उनमें विभिन्न प्रकार के अणु होते हैं। जब विभिन्न तत्व रासायनिक अभिक्रियाओं से गुजरते हैं, तो परमाणुओं को रासायनिक बंध द्वारा एक साथ रखे गए नए यौगिकों में पुनर्व्यवस्थित किया जाता है।^[23] बीस से कम तत्व, जिनमें सोना, प्लेटिनम समूह, आयरन समूह की धातुएं शामिल हैं, कभी-कभी अपेक्षाकृत शुद्ध प्राकृतिक तत्व खनिज के रूप में असंबद्ध पाए जा सकते हैं।^[24] लगभग सभी अन्य प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले तत्व पृथ्वी पर यौगिकों या मिश्रणों के रूप में मौजूद हैं।^[23] वायु मुख्य रूप से आणविक नाइट्रोजन और ऑक्सीजन का मिश्रण है, हालाँकि इसमें कार्बन डाइऑक्साइड और पानी सहित यौगिक शामिल हैं, साथ ही परमाणु आर्गन, एक उत्कृष्ट गैस जो रासायनिक रूप से निष्क्रिय है और इसलिए रासायनिक अभिक्रियाओं से नहीं गुजरती है।^[25]^:258

परमाणु नाभिक के गुण

परमाणु का मानक मॉडल आवेशित प्रोटॉन और विद्युत रूप से तटस्थ न्यूट्रॉन के एक घने नाभिक का है, जो कम द्रव्यमान वाले, नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों के विद्युत रूप से बंधे बादल से घिरा होता है। प्रोटॉन के बीच आपसी प्रतिकर्षण के बल के बावजूद, नाभिक कणों के बीच कम दूरी के प्रबल नाभिकीय बल द्वारा एक साथ बंधा रहता है। न्यूट्रॉन-प्रोटॉन अनुपात नाभिक की स्थिरता निर्धारित करता है, क्योंकि न्यूट्रॉन का उचित संतुलन प्रोटॉन के आपसी प्रतिकर्षण का प्रतिकार करता है।^[26]

न्यूक्लाइड

मुख्य लेख: न्यूक्लाइड, परमाणु संख्या, समस्थानिक, स्थिर समस्थानिक अनुपात, न्यूक्लाइडों की सूची

एक न्यूक्लाइड, या परमाणु प्रजाति, परमाणुओं का एक वर्ग है जो उनके प्रोटॉनों की संख्या, Z, उनके न्यूट्रॉनों की संख्या, N, और उनकी परमाणु ऊर्जा अवस्था द्वारा विशेषता है।^[27] 1, एक अकेले प्रोटॉन के अलावा अन्य परमाणु नाभिक, अवशिष्ट प्रबल बल द्वारा एक साथ बंधे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने होते हैं, जो प्रोटॉन के बीच विद्युत प्रतिकर्षण पर काबू पाते हैं। उस कारण से, प्रोटॉन को एक साथ बांधने के लिए न्यूट्रॉन की आवश्यकता होती है; जैसे-जैसे प्रोटॉन की संख्या बढ़ती है, वैसे-वैसे स्थिरता के लिए आवश्यक न्यूट्रॉन-प्रोटॉन अनुपात भी बढ़ता है।^[28] उदाहरण के लिए, हालाँकि ऑक्सीजन तक के हल्के तत्वों में प्रोटॉन के समान संख्या में न्यूट्रॉन वाले स्थिर न्यूक्लाइड होते हैं, लेड (सीसा) को 2 प्रोटॉन के लिए लगभग 3 न्यूट्रॉन की आवश्यकता होती है।^[29]

किसी तत्व की परमाणु संख्या प्रत्येक परमाणु में प्रोटॉन की संख्या के बराबर होती है, और यह तत्व को परिभाषित करती है।^[30] उदाहरण के लिए, सभी कार्बन परमाणुओं में उनके परमाणु नाभिक में 6 प्रोटॉन होते हैं; इसलिए कार्बन की परमाणु संख्या 6 है।^[31] नाभिक में प्रोटॉन की संख्या इसके विद्युत आवेश को निर्धारित करती है, जो बदले में अपने गैर-आयनीकृत अवस्था में परमाणु के बंधे इलेक्ट्रॉनों की संख्या को निर्धारित करती है। इलेक्ट्रॉन परमाणु कक्षकों (atomic orbitals) पर कब्जा करते हैं जो परमाणु के रासायनिक गुणों को निर्धारित करते हैं।^[32]

समस्थानिक (Isotopes) एक ही तत्व के परमाणु होते हैं (अर्थात, उनके नाभिक में प्रोटॉनों की समान संख्या के साथ), लेकिन उनमें न्यूट्रॉनों की अलग-अलग संख्या होती है।^[33] इस प्रकार, उदाहरण के लिए, कार्बन के तीन मुख्य समस्थानिक हैं। सभी कार्बन परमाणुओं में 6 प्रोटॉन होते हैं, लेकिन उनमें 6, 7, या 8 न्यूट्रॉन हो सकते हैं। चूंकि इनके द्रव्यमान संख्या 12, 13 और 14 हैं, इसलिए उक्त तीन समस्थानिकों को कार्बन-12, कार्बन-13, और कार्बन-14 (¹²C, ¹³C, और ¹⁴C) के रूप में जाना जाता है। प्राकृतिक कार्बन ¹²C (लगभग 98.9%), ¹³C (लगभग 1.1%) और ¹⁴C के प्रति ट्रिलियन लगभग 1 परमाणु का मिश्रण है। नाभिक में न्यूट्रॉन की संख्या का आमतौर पर किसी तत्व के रासायनिक गुणों पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है।^[32] एक अपवाद हाइड्रोजन है, जिसके लिए गतिज समस्थानिक प्रभाव महत्वपूर्ण है।^[34] इस प्रकार, सभी कार्बन समस्थानिकों के रासायनिक गुण लगभग समान होते हैं क्योंकि उन सभी में छह इलेक्ट्रॉन होते हैं, भले ही उनमें 6 से 8 न्यूट्रॉन हो सकते हैं। यही कारण है कि द्रव्यमान संख्या या परमाणु भार के बजाय परमाणु संख्या को एक तत्व की पहचान करने वाली विशेषता माना जाता है।^[32]

स्थिरता

मुख्य लेख: स्थिर न्यूक्लाइड, रेडियोन्यूक्लाइड, रेडियोजेनिक न्यूक्लाइड

सभी तत्वों के रेडियोधर्मी समस्थानिक (रेडियोआइसोटोप) होते हैं,^[35] लेकिन इनमें से कई रेडियोआइसोटोप कम अर्ध-आयु के कारण प्रकृति में नहीं पाए जाते हैं। रेडियोआइसोटोप आमतौर पर अल्फा क्षय, बीटा क्षय, या व्युत्क्रम बीटा क्षय के माध्यम से अन्य तत्वों में क्षय हो जाते हैं; सबसे भारी तत्वों के कुछ समस्थानिक सहज विखंडन से भी गुजरते हैं। जो समस्थानिक रेडियोधर्मी नहीं होते, उन्हें "स्थिर" समस्थानिक कहा जाता है। प्रोटॉन की सम संख्या, न्यूट्रॉन की सम संख्या, या दोनों वाले समस्थानिक अधिक स्थिर होते हैं क्योंकि समान कण समान के साथ जुड़ सकते हैं।^[36]^[37] यह युग्मन प्रभाव (pairing effect) समान कणों को विपरीत स्पिन के साथ संरेखित करने की अनुमति देता है, जिससे बंधन ऊर्जा बढ़ जाती है।^[38]

अधिकांश (94 में से 54) प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले तत्वों में एक से अधिक स्थिर समस्थानिक होते हैं। केवल 26 तत्व मोनोआइसोटोपिक तत्व हैं, जिनमें बिल्कुल एक स्थिर समस्थानिक होता है; इनमें प्रोटॉन की विषम परमाणु संख्या होती है, बेरिलियम-9 के अपवाद के साथ जिसमें न्यूट्रॉन की विषम संख्या होती है।^[39]^[40] 80 स्थिर तत्वों के लिए स्थिर समस्थानिकों की औसत संख्या 3.1 प्रति तत्व है। एक एकल तत्व के लिए स्थिर समस्थानिकों की सबसे बड़ी संख्या 10 है (टिन, तत्व 50 के लिए)।^[37]

परमाणु क्रमांक 1 से 82 तक के प्रत्येक तत्व का कम से कम एक स्थिर समस्थानिक (stable isotope) होता है (केवल टेक्नेटियम, तत्व 43 और प्रोमेथियम, तत्व 61 को छोड़कर, जिनके कोई स्थिर समस्थानिक नहीं हैं)। हालाँकि, कुछ तत्वों के अवलोकनात्मक रूप से स्थिर समस्थानिकों (जैसे टंगस्टन^[41] और सीसा) के बारे में अनुमान है कि वे बहुत लंबी अर्ध-आयु (half-lives) के साथ थोड़े रेडियोधर्मी हैं:ref उदाहरण के लिए, अवलोकनात्मक रूप से स्थिर सीसा समस्थानिकों के लिए अनुमानित अर्ध-आयु 10³⁵ से 10¹⁸⁹ वर्ष तक है।^[42] समस्थानिक तब अवलोकनात्मक रूप से स्थिर (observationally stable) होते हैं जब वे सैद्धांतिक रूप से अस्थिर होते हैं लेकिन अभी तक कोई रेडियोधर्मी क्षय नहीं देखा गया है। 250 से अधिक न्यूक्लाइड जिन्हें स्थिर कहा जाता है,^[43] उनमें से केवल 90 को सैद्धांतिक रूप से स्थिर माना जाता है, जिसका अर्थ है कि उनमें किसी ज्ञात क्षय विधा (decay mode) का अभाव है।^[44]

परमाणु क्रमांक 83 से 94 तक के तत्व इतने अस्थिर होते हैं कि सभी समस्थानिकों का रेडियोधर्मी क्षय पता लगाया जा सकता है।^[45] इनमें से कुछ तत्व, विशेष रूप से बिस्मथ (परमाणु क्रमांक 83), थोरियम (परमाणु क्रमांक 90), और यूरेनियम (परमाणु क्रमांक 92), में एक या अधिक ऐसे समस्थानिक होते हैं जिनकी अर्ध-आयु इतनी लंबी होती है कि वे सौर मंडल के बनने से पहले से अस्तित्व में हैं।^[46] शेष सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाले समस्थानिकों की अर्ध-आयु इतनी कम है कि वे सौर मंडल की शुरुआत में मौजूद नहीं हो सकते थे, और इसलिए ये "क्षणिक तत्व" (transient elements) हैं। इन 11 क्षणिक तत्वों में से पांच (पोलोनियम, रेडॉन, रेडियम, एक्टिनियम, और प्रोटैक्टीनियम) थोरियम और यूरेनियम के अपेक्षाकृत सामान्य क्षय उत्पाद (decay products) हैं।^[47] शेष छह क्षणिक तत्व (टेक्नेटियम, प्रोमेथियम, एस्टाटीन, फ्रांसियम, नेप्चूनियम, और प्लूटोनियम) केवल दुर्लभ रूप से पाए जाते हैं,^[48] जो यूरेनियम या अन्य भारी तत्वों से जुड़ी दुर्लभ क्षय विधाओं या परमाणु प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं के उत्पाद हैं।

शेष 24 सबसे भारी तत्व (प्लूटोनियम से परे के तत्व, तत्व 94) रेडियोधर्मी हैं, जिनकी अर्ध-आयु इतनी कम है कि वे पृथ्वी पर नहीं पाए जाते हैं और उन्हें संश्लेषित (synthesized) किया जाना चाहिए।^[49] पांच तत्वों की खोज प्रिज़ीबिल्स्की के तारे (Przybylski's star) के स्पेक्ट्रम में की गई है, जो तत्व 95 (अमेरिसियम) से 99 (आइंस्टीनियम) तक हैं। माना जाता है कि ये यूरेनियम और थोरियम के न्यूट्रॉन कैप्चर उत्पाद हैं।^[50] सभी 24 भारी तत्व रेडियोधर्मी हैं, जिनकी अर्ध-आयु कम है; यदि इनमें से कोई भी तत्व पृथ्वी के निर्माण के समय मौजूद था, तो निश्चित रूप से उनका पूरी तरह से क्षय हो चुका है, और यदि वे नोवा (novae) में मौजूद हैं, तो उनकी मात्रा इतनी कम है कि उन पर ध्यान नहीं दिया गया है। टेक्नेटियम 1937 में संश्लेषित पहला कथित रूप से गैर-प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला तत्व था, हालाँकि तब से प्रकृति में टेक्नेटियम के अंश पाए गए हैं (और यह भी संभव है कि तत्व की खोज 1925 में प्राकृतिक रूप से हुई हो)।^[51] कृत्रिम उत्पादन और बाद में प्राकृतिक खोज का यह पैटर्न कई अन्य रेडियोधर्मी प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले दुर्लभ तत्वों के साथ दोहराया गया है।^[52]

सबसे हल्का रेडियोधर्मी समस्थानिक ट्रिटियम है, जो 12.3 वर्षों की अर्ध-आयु के साथ बीटा क्षय (Beta decay) से गुजरता है।^[53] 219 वर्षों की अर्ध-आयु के साथ, जो ब्रह्मांड की अनुमानित आयु से 10⁹ गुना अधिक है, बिस्मथ-209 की अल्फा क्षय अर्ध-आयु किसी भी न्यूक्लाइड में सबसे लंबी ज्ञात है, और इसे लगभग हमेशा 80 स्थिर तत्वों के बराबर माना जाता है।^[54]^[55] समस्थानिक टेल्यूरियम-128 2.2524 वर्षों की अर्ध-आयु के साथ डबल बीटा क्षय (double beta decay) के माध्यम से रूपांतरित होता है, जो बिस्मथ-209 से 100,000 गुना अधिक है।^[56] मानव शरीर में समस्थानिक क्षय से विकिरण जोखिम का प्राथमिक स्रोत कार्बन-14 और पोटेशियम-40 का सेवन है, जो 0.17 mSv की वार्षिक प्रभावी खुराक उत्पन्न करते हैं।^[57]

समस्थानिक द्रव्यमान और परमाणु द्रव्यमान

मुख्य लेख: Atomic mass, Relative atomic mass

किसी तत्व की द्रव्यमान संख्या (mass number), 'A', परमाणु नाभिक में न्यूक्लियॉन (प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) की संख्या है। किसी दिए गए तत्व के विभिन्न समस्थानिक उनकी द्रव्यमान संख्या द्वारा पहचाने जाते हैं, जिसे रासायनिक प्रतीक के बाईं ओर सुपरस्क्रिप्ट के रूप में लिखा जाता है (उदाहरण के लिए, ²³⁸U)। द्रव्यमान संख्या हमेशा एक पूर्णांक होती है और इसकी इकाइयाँ "न्यूक्लियॉन" होती हैं।^[58] इस प्रकार, मैग्नीशियम-24 (24 द्रव्यमान संख्या है) एक ऐसा परमाणु है जिसमें 24 न्यूक्लियॉन (12 प्रोटॉन और 12 न्यूट्रॉन) होते हैं।

जबकि द्रव्यमान संख्या केवल न्यूट्रॉन और प्रोटॉन की कुल संख्या की गणना करती है और इसलिए एक पूर्णांक है, तत्व के किसी विशेष समस्थानिक (या "न्यूक्लाइड") का परमाणु द्रव्यमान उस समस्थानिक के एक परमाणु का द्रव्यमान होता है, और इसे आमतौर पर डाल्टन (प्रतीक: Da) में व्यक्त किया जाता है, जिसे सार्वभौमिक परमाणु द्रव्यमान इकाई (प्रतीक: u) भी कहा जाता है। इसका सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान एक आयामहीन संख्या है जो परमाणु द्रव्यमान को परमाणु द्रव्यमान स्थिरांक से विभाजित करने के बराबर है, जो 1 Da के बराबर है।^[60] सामान्य तौर पर, किसी दिए गए न्यूक्लाइड की द्रव्यमान संख्या का मान उसके सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान से थोड़ा भिन्न होता है। यह द्रव्यमान घाटा (mass deficit) मुख्य रूप से नाभिकीय बंधन ऊर्जा के कारण होता है।^[58] उदाहरण के लिए, क्लोरीन-35 का परमाणु द्रव्यमान पांच सार्थक अंकों तक 34.969 Da है और क्लोरीन-37 का 36.966 Da है।^[61] हालाँकि, प्रत्येक समस्थानिक का सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान उसकी द्रव्यमान संख्या के काफी करीब होता है (हमेशा 1% के भीतर)। एकमात्र समस्थानिक जिसका परमाणु द्रव्यमान बिल्कुल एक प्राकृतिक संख्या है, वह ¹²C है, जिसका द्रव्यमान 12 Da है; क्योंकि डाल्टन को जमीनी अवस्था में एक मुक्त तटस्थ कार्बन-12 परमाणु के द्रव्यमान के 1/12 के रूप में परिभाषित किया गया है।^[62]

हाइड्रोजन जैसे कम द्रव्यमान वाले परमाणुओं के नाभिकीय संलयन के दौरान, द्रव्यमान घाटे में शुद्ध परिवर्तन ऊर्जा के रूप में जारी होता है, जैसा कि द्रव्यमान-ऊर्जा तुल्यता संबंध द्वारा निर्धारित किया जाता है। हाइड्रोजन परमाणुओं को हीलियम में संलयित करने की यह प्रक्रिया ही सूर्य के ऊर्जा उत्पादन को संचालित करती है। समय के साथ, परिणाम तारकीय कोर में हीलियम की बढ़ती सांद्रता है। सूर्य से बहुत अधिक विशाल तारों के विकास के दौरान, अल्फा प्रक्रिया नामक संलयन के एक प्रकार के माध्यम से तेजी से विशाल नाभिक बनते हैं, जब तक कि लोहा-52 तक नहीं पहुँच जाते।^[63] एक नाभिक की बंधन ऊर्जा लोहे और निकल के समस्थानिकों के लिए अपने चरम मान तक पहुँच जाती है। इसलिए, उस बिंदु से आगे, आगे के संलयन के परिणामस्वरूप कम बंधन ऊर्जा होती है, इसलिए ऊर्जा जारी होने के बजाय अवशोषित होती है। परिणामस्वरूप, एक अक्रिय लोहे का कोर बनता है जो तारे के ऊर्जा उत्पादन में योगदान नहीं देता है।^[63]

नाभिकीय विखंडन प्रक्रिया में, परिणामी कणों में उच्च शुद्ध बंधन ऊर्जा होती है। शुद्ध द्रव्यमान घाटे में यह परिवर्तन फिर से ऊर्जा की रिहाई का परिणाम देता है। इसलिए, यूरेनियम-235 जैसे अत्यधिक रेडियोधर्मी तत्व ऊर्जा उत्पादन के उपयोगी स्रोत हो सकते हैं।^[64]

किसी तत्व का मानक परमाणु भार (जिसे आमतौर पर "परमाणु भार" कहा जाता है) किसी विशेष वातावरण में पाए जाने वाले सभी रासायनिक तत्वों के समस्थानिकों के परमाणु द्रव्यमान का 'औसत' है, जिसे समस्थानिक प्रचुरता द्वारा भारित किया जाता है, जो परमाणु द्रव्यमान इकाई के सापेक्ष होता है।^[60] यह संख्या एक भिन्न हो सकती है जो पूर्ण संख्या के करीब 'नहीं' है। उदाहरण के लिए, क्लोरीन का सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान 35.453 u है, जो एक पूर्ण संख्या से बहुत भिन्न है क्योंकि यह लगभग 76% क्लोरीन-35 और 24% क्लोरीन-37 का औसत है।^[61] जब भी सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान का मान एक पूर्ण संख्या से ≈1% से अधिक भिन्न होता है, तो यह इस औसत प्रभाव के कारण होता है, क्योंकि उस तत्व के नमूने में प्राकृतिक रूप से एक से अधिक समस्थानिक की महत्वपूर्ण मात्रा मौजूद होती है।

रासायनिक रूप से शुद्ध और समस्थानिक रूप से शुद्ध

रसायनज्ञों और परमाणु वैज्ञानिकों के पास 'शुद्ध तत्व' की अलग-अलग परिभाषाएँ हैं। रसायन विज्ञान में, एक शुद्ध तत्व का अर्थ है एक ऐसा पदार्थ जिसके सभी (या व्यवहार में लगभग सभी) परमाणुओं की परमाणु संख्या, या प्रोटॉन की संख्या समान हो। हालाँकि, परमाणु वैज्ञानिक एक शुद्ध तत्व को ऐसे तत्व के रूप में परिभाषित करते हैं जिसमें केवल एक समस्थानिक होता है।^[65]

उदाहरण के लिए, एक तांबा (copper) का तार 99.99% रासायनिक रूप से शुद्ध है यदि इसके 99.99% परमाणु तांबे के हैं, जिनमें से प्रत्येक में 29 प्रोटॉन हैं। हालाँकि, यह समस्थानिक रूप से शुद्ध नहीं है क्योंकि प्राकृतिक तांबे में दो स्थिर समस्थानिक होते हैं, 69% ⁶³Cu और 31% ⁶⁵Cu, जिनमें न्यूट्रॉन की संख्या अलग-अलग होती है^[66] (देखें: तांबे के समस्थानिक)। हालाँकि, शुद्ध सोना रासायनिक और समस्थानिक दोनों रूप से शुद्ध होगा, क्योंकि साधारण सोने में केवल एक समस्थानिक, ¹⁹⁷Au होता है।^[65]

रासायनिक और भौतिक गुण

क्वांटम यांत्रिकी के कारण बाध्य इलेक्ट्रॉन परतों के एक समूह में व्यवस्थित होते हैं जिन्हें इलेक्ट्रॉन कोश (Electron shell) कहा जाता है। प्रत्येक कोश में केवल युग्मित कक्षकों (orbitals) पर कब्जा करने वाले इलेक्ट्रॉनों की एक निश्चित संख्या हो सकती है। इन कोशों के इलेक्ट्रॉन विन्यास (electron configurations) पड़ोसी परमाणुओं के साथ बातचीत को नियंत्रित करते हैं और परमाणुओं के रासायनिक गुणों को निर्धारित करते हैं। कोश विन्यास आवर्त सारणी की संरचना को निर्धारित करता है।

कोश

मुख्य लेख: Electron shell, Electron configuration

परमाणु तक सीमित इलेक्ट्रॉनों को केवल कुछ निश्चित ऊर्जा स्तरों (energy levels) को ग्रहण करने की अनुमति है। यह प्रतिबंध, जिसे क्वांटाइजेशन के रूप में जाना जाता है, क्वांटम यांत्रिकी सिद्धांत का एक मूलभूत पहलू है जो सबसे छोटे पैमाने पर कणों और ऊर्जा के तरंग-जैसे व्यवहार की भविष्यवाणी करता है। परमाणुओं के लिए, इन ऊर्जा स्तरों को इलेक्ट्रॉन उपकोशों (electron subshells) द्वारा दर्शाया जाता है, जहाँ एक इलेक्ट्रॉन का तरंग रूप एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के साथ स्थिर तरंग (standing wave) के एक प्रकार में आयोजित होता है। तरंग दैर्ध्य की प्रत्येक पूर्ण संख्या एक या अधिक परमाणु कक्षक (atomic orbitals) उत्पन्न करती है, जो उस ऊर्जा स्तर पर इलेक्ट्रॉन के आवेश वितरण (charge distribution) का वर्णन करते हैं। प्रत्येक कक्षक में इलेक्ट्रॉनों का एक जोड़ा हो सकता है। परमाणु के कक्षकों में इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था को इलेक्ट्रॉन विन्यास कहा जाता है।

ये कक्षक और उनके उप-कोश इलेक्ट्रॉन कोश (Electron shells) में एक साथ समूहित होते हैं, प्रत्येक कोश में एक मुख्य क्वांटम संख्या (principal quantum number) होती है जो ऊर्जा स्तर को इंगित करती है। प्रत्येक कोश में केवल इलेक्ट्रॉनों की एक निश्चित संख्या हो सकती है, जो $2 n^{2}$ सूत्र द्वारा दी जाती है, जहाँ $n$ 1, 2, 3, 4, आदि है। इसलिए, प्रत्येक कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या 2, 8, 18, 32, आदि है। एक कोश को आवर्त सारणी पर एक पंक्ति द्वारा दर्शाया जाता है।^[67]

सबसे सरल परमाणु साधारण हाइड्रोजन है, जिसमें एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन होता है। अपनी न्यूनतम ऊर्जा मूल अवस्था (ground state) में, इलेक्ट्रॉन पहले कोश में रहता है, जिसे 'K' नामित किया गया है। इस कोश में 1s नामित एक उपकोश है। दूसरे तत्व, हीलियम में दो प्रोटॉन, दो इलेक्ट्रॉन और आमतौर पर दो न्यूट्रॉन होते हैं। दूसरा इलेक्ट्रॉन पहले वाले के समान कक्षक पर कब्जा कर लेता है, जो स्पिन-युग्मित इलेक्ट्रॉनों के साथ कोश को पूरा करता है। लिथियम के लिए तीन इलेक्ट्रॉन होते हैं, इसलिए एक को दूसरे कोश में एक कक्षक पर कब्जा करने की आवश्यकता होती है, जिसे 'L' नामित किया गया है। आफबाऊ सिद्धांत (Aufbau principle) के अनुसार, तीसरा इलेक्ट्रॉन अगले सबसे निचले उपलब्ध ऊर्जा उपकोश पर कब्जा कर लेता है, जो 2s है। यह प्रक्रिया जारी रहती है, जिसमें क्रमिक इलेक्ट्रॉनों को अगले उपलब्ध सबसे कम ऊर्जा वाले कक्षक में रखा जाता है।^[68]

आवर्ती प्रवृत्तियाँ

मुख्य लेख: Periodic trends, Periodic table

रासायनिक तत्वों के सामान्य भौतिक और रासायनिक गुणों को चिह्नित करने के लिए कई शब्दों का सामान्यतः उपयोग किया जाता है। पहला अंतर धातुओं के बीच है, जो आसानी से बिजली का संचालन करते हैं, अधातुओं के बीच, जो नहीं करते हैं, और एक छोटा समूह, उपधातु (metalloids), जिनके गुण मध्यवर्ती होते हैं और अक्सर अर्धचालक (semiconductors) के रूप में व्यवहार करते हैं।^[69]

पदार्थों के रूप में भौतिक गुणों से अलग होने के अलावा, धात्विक और अधात्विक तत्वों के परमाणुओं के प्रकार के रूप में अलग-अलग रासायनिक गुण होते हैं: धात्विक तत्व सरल धनायन (cations) बनाते हैं, जबकि अधात्विक तत्व (और कमजोर धातु) सरल ऋणायन (anions) और ऑक्सोआयन (oxoanions) बनाते हैं।^[70] एक अपवाद अक्रिय गैसें हैं, जो 'सरल' ऋणायन नहीं बनाती हैं, जबकि ज़ेनॉन के लिए ऑक्सोआयन ज्ञात हैं।^[71] हालाँकि, उच्च ऑक्सीकरण अवस्थाओं में कुछ धात्विक तत्व भी ऑक्सोआयन बनाते हैं। अधात्विक तत्वों के परमाणु सहसंयोजक बंधन (covalent bonds) के साथ यौगिक भी बनाते हैं।^[72]

धातुओं और अधातुओं के व्यापक रूप से देखे जाने वाले कुछ समूहों के लिए अलग-अलग शब्दों का उपयोग किया जाता है। इन समूहों में शामिल हैं: एक्टिनाइड, क्षार धातु, क्षारीय मृदा धातु, हैलोजन, लैंथेनाइड, संक्रमण धातु, पोस्ट-ट्रांजिशन धातु, उपधातु, प्रतिक्रियाशील अधातु, और अक्रिय गैसें। इस प्रणाली में, क्षार धातु, क्षारीय मृदा धातु, और संक्रमण धातु, साथ ही लैंथेनाइड और एक्टिनाइड, व्यापक अर्थ में देखी जाने वाली धातुओं के विशेष समूह हैं। इसी तरह, प्रतिक्रियाशील अधातु और अक्रिय गैसें व्यापक अर्थ में देखी जाने वाली अधातु हैं।^[69] कुछ प्रस्तुतियों में, हैलोजन को अलग नहीं किया जाता है, जिसमें एस्टाटीन को उपधातु के रूप में और अन्य को अधातु के रूप में पहचाना जाता है।

एक अधिक परिष्कृत वर्गीकरण अक्सर आवर्त सारणी की रंगीन प्रस्तुतियों में दिखाया जाता है। तत्वों के गुणों को इस रूप में संक्षेपित किया जा सकता है, जो भौतिक और रासायनिक गुणों के आधार पर तत्वों को शक्तिशाली और सुरुचिपूर्ण ढंग से व्यवस्थित करता है। प्रत्येक पंक्ति तत्वों की एक आवर्त (period) बनाती है जिसमें इलेक्ट्रॉन कोशों की संख्या समान होती है। 18 क्रमांकित समूह (groups) हैं, जिनमें से प्रत्येक तत्वों का अपना स्तंभ बनाता है जिनके रासायनिक गुण सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन के कक्षक स्थान द्वारा हावी होते हैं। एक ब्लॉक (block) उन तत्वों का समूह है जो उन परमाणु कक्षकों को साझा करते हैं जिन पर उनके संयोजकता इलेक्ट्रॉन (valence electrons) या रिक्त स्थान कब्जा करते हैं।^[73]

आवर्त सारणी का उपयोग अब रसायन विज्ञान में सर्वव्यापी है, जो रासायनिक व्यवहार के कई अलग-अलग रूपों को वर्गीकृत, व्यवस्थित और तुलना करने के लिए एक अत्यंत उपयोगी ढांचा प्रदान करता है। सारणी ने भौतिकी,^[6] भूविज्ञान,^[74] जीव विज्ञान,^[75] सामग्री विज्ञान, इंजीनियरिंग, कृषि, चिकित्सा,^[76] पोषण,^[77] पर्यावरण स्वास्थ्य, और खगोल विज्ञान में व्यापक अनुप्रयोग पाया है।^[78] इसके सिद्धांत रासायनिक इंजीनियरिंग में विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं।

प्रावस्था संक्रमण

मुख्य लेख: State of matter, Phase transition

तत्वों के बीच एक सामान्य बुनियादी अंतर उनकी पदार्थ की अवस्था (प्रावस्था) है, कि वे मानक तापमान और दबाव (STP) पर ठोस, द्रव या गैस में से क्या हैं। अधिकांश तत्व STP पर ठोस होते हैं, जबकि कई गैसें हैं। केवल ब्रोमीन और पारा 0 डिग्री सेल्सियस (32 डिग्री फ़ारेनहाइट) और 1 वायुमंडल दबाव पर द्रव होते हैं;^[80] सीज़ियम और गैलियम उस तापमान पर ठोस होते हैं, लेकिन क्रमशः 28.4 C और 29.8 C पर पिघल जाते हैं।^[81]

गलनांक और क्वथनांक, जिन्हें आमतौर पर एक वायुमंडल के दबाव पर सेल्सियस डिग्री में व्यक्त किया जाता है, का उपयोग विभिन्न तत्वों को वर्गीकृत करने में किया जाता है। जिन तत्वों के क्वथनांक 2000 C से ऊपर होते हैं, उन्हें दुर्दम (refractory) कहा जाता है,^[82] जबकि जो आसानी से वाष्पित हो जाते हैं, वे वाष्पशील (volatiles) होते हैं। गलनांक और क्वथनांक के बीच सबसे व्यापक अंतर वाला तत्व गैलियम है, जो 2204 C पर उबलता है।^[83] हालांकि अधिकांश तत्वों के लिए ये ज्ञात हैं, फिर भी कुछ रेडियोधर्मी तत्वों के लिए, जो केवल बहुत कम मात्रा में उपलब्ध हैं, इनमें से एक या दोनों माप अभी भी अनिर्धारित हैं।^[84] चूंकि हीलियम वायुमंडलीय दबाव पर परम शून्य (absolute zero) पर भी द्रव बना रहता है, इसलिए पारंपरिक प्रस्तुतियों में इसका केवल क्वथनांक होता है, गलनांक नहीं।^[85]

अपरूप (Allotropes)

मुख्य लेख: Allotropy

एक ही तत्व के परमाणु रासायनिक रूप से एक से अधिक तरीकों से एक-दूसरे से बंध सकते हैं, जिससे शुद्ध तत्व कई रासायनिक संरचनाओं (परमाणुओं की स्थानिक व्यवस्था) में मौजूद रह सकता है जो अपने गुणों में भिन्न होते हैं। किसी तत्व की कई संरचनात्मक रूपों में बहुरूपता (polymorph) प्रदर्शित करने की क्षमता को 'अपरूपता' (allotropy) कहा जाता है।^[86] बहुरूपता के लिए जाने जाने वाले अधात्विक तत्वों में कार्बन, सल्फर, फास्फोरस, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन शामिल हैं।^[87]

उदाहरण के लिए, कार्बन को हीरा के रूप में पाया जा सकता है, जिसकी प्रत्येक कार्बन परमाणु के चारों ओर चतुष्फलकीय संरचना होती है; ग्रेफाइट, जिसमें एक-दूसरे के ऊपर स्थित षट्कोणीय संरचना वाली कार्बन परमाणुओं की परतें होती हैं; ग्राफीन, जो ग्रेफाइट की एक एकल परत है और बहुत मजबूत होती है; फुलेरीन, जिनका आकार लगभग गोलाकार होता है; और कार्बन नैनोट्यूब, जो षट्कोणीय संरचना वाली नलिकाएं होती हैं (ये भी विद्युत गुणों में एक-दूसरे से भिन्न हो सकते हैं)।^[88]

किसी तत्व की मानक अवस्था (reference state) परंपरा द्वारा परिभाषित की जाती है, आमतौर पर 1 बार के दबाव और एक निश्चित तापमान (आमतौर पर 298.15 K) पर ऊष्मागतिक रूप से सबसे स्थिर अपरूप और भौतिक अवस्था के रूप में। हालांकि, फास्फोरस के लिए, संदर्भ अवस्था श्वेत फास्फोरस है, भले ही यह सबसे स्थिर अपरूप न हो, और कार्बन के लिए संदर्भ अवस्था ग्रेफाइट है, क्योंकि ग्रेफाइट की संरचना अन्य अपरूपों की तुलना में अधिक स्थिर होती है। ऊष्मारसायन (thermochemistry) में, एक तत्व को उसकी संदर्भ अवस्था में शून्य की संभवन की मानक एन्थैल्पी (Standard enthalpy of formation) रखने के रूप में परिभाषित किया गया है।^[89]

क्रिस्टल संरचनाएं

मुख्य लेख: Crystal structure

स्थिर संतुलन की स्थितियों के तहत, ठोस तत्व एक क्रिस्टलीय रूप में संरचित होते हैं, जिसमें प्रत्येक तत्व की अपनी संरचना होती है।^[86] ये क्रिस्टल संरचना के सात परिवारों से संबंधित हैं: घनीय (जिसमें काय-केंद्रित और फलक-केंद्रित शामिल हैं), त्रिनताक्ष (triclinic), षट्कोणीय, एकनताक्ष, विषमलंबक्ष, त्रिसमनताक्ष (rhombohedral), और चतुष्कोणीय।^[90] 30 से अधिक तत्व घनीय रूप में क्रिस्टलीकृत होते हैं। 40% तत्व सघन-पैक (close-packed) क्रिस्टल बनाते हैं: या तो फलक-केंद्रित घनीय या षट्कोणीय सघन-पैक।^[91] कृत्रिम रूप से उत्पादित कुछ ट्रांसयूरेनिक तत्वों के लिए, उपलब्ध नमूने क्रिस्टल संरचनाओं को निर्धारित करने के लिए बहुत छोटे रहे हैं।

ग्रहीय आंतरिक भाग में पाई जाने वाली उच्च दबाव स्थितियों के तहत, तत्व नए क्रिस्टलीय रूपों में दिखाई दे सकते हैं, जिससे अपरूप बनते हैं।^[92] उदाहरण के लिए, कमरे के तापमान की स्थितियों में 1 MPa से 100 GPa तक के दबाव पर सिलिकॉन क्रिस्टल के सात सघन वर्ग दिखाई दे सकते हैं।^[93] कार्बन-समृद्ध श्वेत वामन (white dwarf) के अंदर पाई जाने वाली चरम स्थितियों में, हीरे जैसा अनाकार कांच बन सकता है।^[94]

द्रव्यमान घनत्व

मुख्य लेख: Mass density, Densities of the elements (data page)

चयनित मानक तापमान और दबाव (STP) पर घनत्व का उपयोग अक्सर तत्वों को वर्गीकृत करने में किया जाता है। किसी तत्व का द्रव्यमान घनत्व परमाणु नाभिक के द्रव्यमान और बद्ध इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्मित परमाणुओं के बीच की दूरी पर निर्भर करता है। घनत्व किलोग्राम प्रति घन मीटर (kg/m³) में दिया जाता है, लेकिन इसे ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर (g/cm³) में भी व्यक्त किया जा सकता है। चूंकि कई तत्व सामान्य तापमान पर गैसें होते हैं, इसलिए उनके घनत्व आमतौर पर उनके गैसीय रूपों के लिए बताए जाते हैं; जब द्रवीकृत या ठोस किया जाता है, तो गैसीय तत्वों का घनत्व अन्य तत्वों के समान होता है। सामान्य प्रवृत्ति यह है कि परमाणु संख्या बढ़ने के साथ घनत्व बढ़ता है। कम घनत्व वाले तत्व उत्कृष्ट गैसें (noble gases) और क्षार धातुएं हैं। उच्च घनत्व आवर्त सारणी के तत्वों की पंक्तियों के मध्य में पाए जाते हैं, क्योंकि वे अधिक सहसंयोजक बंध बना सकते हैं, जिससे परमाणु एक-दूसरे के करीब आ जाते हैं।^[95]

परमाणुओं की कोई निश्चित परमाणु त्रिज्या नहीं होती है, बल्कि उनका आयाम उनके इलेक्ट्रॉन बादल के आवेश वितरण द्वारा निर्धारित होता है। मापा गया आकार इस बादल की उस उपकरण के साथ परस्पर क्रिया पर निर्भर करता है जिसका उपयोग इसे मापने के लिए किया जाता है। इसलिए, विभिन्न विधियां समान, लेकिन थोड़े अलग परिणाम देंगी।^[96] आवर्त सारणी की प्रत्येक पंक्ति के साथ, त्रिज्या क्षार धातु स्तंभ से उत्कृष्ट गैसों तक घटने की प्रवृत्ति रखती है। यह नाभिकीय आवेश के बढ़ते आकर्षण के कारण होता है जो इलेक्ट्रॉनों के आपसी प्रतिकर्षण पर काबू पा लेता है क्योंकि एक कोश भर जाता है। छोटी त्रिज्या का अर्थ है कि परमाणु रासायनिक रूप से कम प्रतिक्रियाशील है, क्योंकि संयोजी इलेक्ट्रॉन नाभिक के करीब खींचे जाते हैं।^[97] रासायनिक बंध के प्रकार के आधार पर, परमाणु त्रिज्या क्रिस्टल में परमाणु पृथक्करण को निर्धारित करती है, और इस प्रकार द्रव्यमान घनत्व को निर्धारित करती है।^[98]

जब किसी तत्व के विभिन्न घनत्व वाले अपरूप होते हैं, तो सारांश प्रस्तुतियों में आमतौर पर एक प्रतिनिधि अपरूप चुना जाता है,^[99] जबकि जहां अधिक विवरण प्रदान किया जाता है वहां प्रत्येक अपरूप के लिए घनत्व बताया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कार्बन के तीन परिचित कार्बन के अपरूप (अनाकार कार्बन, ग्रेफाइट, और हीरा) के घनत्व क्रमशः 1.8–2.1, 2.267, और 3.515 g/cm³ हैं।^[100]

नामकरण और प्रतीक

विभिन्न रासायनिक तत्वों की पहचान औपचारिक रूप से उनकी अद्वितीय परमाणु संख्याओं, उनके स्वीकृत नामों और उनके रासायनिक प्रतीकों द्वारा की जाती है।

परमाणु संख्याएं

ज्ञात तत्वों की परमाणु संख्या 1 से 118 तक है, जिन्हें पारंपरिक रूप से अरबी अंकों के रूप में प्रस्तुत किया जाता है। चूंकि तत्वों को परमाणु संख्या द्वारा विशिष्ट रूप से अनुक्रमित किया जा सकता है, पारंपरिक रूप से निम्नतम से उच्चतम तक (जैसा कि आवर्त सारणी में होता है), तत्वों के समूहों को कभी-कभी "तक", "से परे", या "से ... तक" जैसे अंकन द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है, जैसे "आयरन तक", "यूरेनियम से परे", या "लैंथेनम से ल्यूटेटियम तक"। "हल्के" और "भारी" शब्दों का उपयोग कभी-कभी अनौपचारिक रूप से सापेक्ष परमाणु संख्याओं (घनत्व नहीं) को इंगित करने के लिए भी किया जाता है, जैसे "कार्बन से हल्के" या "लेड से भारी", हालांकि तत्वों के परमाणु भार हमेशा उनकी परमाणु संख्याओं के साथ एकदिष्ट (monotonically) रूप से नहीं बढ़ते हैं। उदाहरण के लिए, 18 परमाणु संख्या वाले आर्गन का परमाणु भार 39.95 है, जबकि 19 परमाणु संख्या वाले पोटेशियम का परमाणु भार 39.098 है।^[60]

तत्व के नाम

मुख्य लेख: Naming of chemical elements

पदार्थ के परमाणु सिद्धांत से पहले विभिन्न पदार्थों के नामकरण का प्रचलन था, क्योंकि विभिन्न संस्कृतियों द्वारा विभिन्न खनिजों, धातुओं, यौगिकों, मिश्र धातुओं, मिश्रणों और अन्य सामग्रियों को स्थानीय रूप से नाम दिए गए थे, हालांकि उस समय यह ज्ञात नहीं था कि कौन से रसायन तत्व हैं और कौन से यौगिक। जैसे-जैसे उनकी पहचान तत्वों के रूप में हुई, प्राचीन काल से ज्ञात तत्वों (जैसे, सोना, पारा, लोहा) के मौजूदा नाम अधिकांश देशों में रखे गए।

तत्वों के नामों को लेकर राष्ट्रीय अंतर या तो सुविधा, भाषाई बारीकियों या राष्ट्रवाद के कारण उभरे।^[101] उदाहरण के लिए, जर्मन भाषी "हाइड्रोजन" के लिए "Wasserstoff" (पानी वाली चीज), "ऑक्सीजन" के लिए "Sauerstoff" (अम्ल वाली चीज), और "नाइट्रोजन" के लिए "Stickstoff" (दम घोंटने वाली चीज) का उपयोग करते हैं; अंग्रेजी और कुछ अन्य भाषाएं "natrium" के लिए "sodium" और "kalium" के लिए "potassium" का उपयोग करती हैं; और फ्रांसीसी, इतालवी, यूनानी, पुर्तगाली और पोलिश लोग "नाइट्रोजन" के लिए "azote/azot/azoto" (जिसका अर्थ "कोई जीवन नहीं" है) को प्राथमिकता देते हैं।

अतीत में, नए तत्वों का नाम पारंपरिक रूप से उनके खोजकर्ताओं द्वारा तय किया जाता था।^[101] यह 1947 में बदल गया, जब इंटरनेशनल यूनियन ऑफ प्योर एंड एप्लाइड केमिस्ट्री (IUPAC) के एक सम्मेलन ने निर्णय लिया कि नए तत्वों के नाम और प्रतीक IUPAC द्वारा निर्धारित किए जाएंगे। एक नए तत्व के खोजकर्ता के पास नाम सुझाने का अधिकार था, लेकिन अंतरराष्ट्रीय संचार और व्यापार के उद्देश्यों के लिए, प्राचीन और हाल ही में मान्यता प्राप्त दोनों रासायनिक तत्वों के आधिकारिक नाम IUPAC द्वारा तय किए जाते हैं।^[102]

IUPAC संगठन ने अंतरराष्ट्रीय अंग्रेजी भाषा को एक लिंगुआ फ्रांका (संपर्क भाषा) के रूप में चुना है, जो पारंपरिक अंग्रेजी नामों का उपयोग करती है, भले ही किसी तत्व का रासायनिक प्रतीक लैटिन या किसी अन्य पारंपरिक शब्द पर आधारित हो। उदाहरण के लिए, 79वें तत्व (Au) के नाम के रूप में "aurum" के बजाय "gold" को अपनाना। IUPAC अमेरिकी वर्तनी "aluminum" और "cesium" के बजाय ब्रिटिश वर्तनी "aluminium" और "caesium" को, और ब्रिटिश "sulphur" के बजाय अमेरिकी "sulfur" को प्राथमिकता देता है।^[103] हालांकि, जिन तत्वों को कई देशों में थोक में बेचना व्यावहारिक है, उनके अक्सर अभी भी स्थानीय रूप से उपयोग किए जाने वाले राष्ट्रीय नाम हैं, और जिन देशों की राष्ट्रीय भाषा लैटिन वर्णमाला का उपयोग नहीं करती है, वे संभवतः IUPAC तत्व नामों का उपयोग करेंगे।

नए तत्वों का नाम उनके गुणों, उस खनिज के नाम पर जिससे उन्हें निकाला गया था, उनकी खोज के स्थान, एक पौराणिक विषय, एक खगोलीय वस्तु, या एक प्रमुख वैज्ञानिक के नाम पर रखा गया है।^[102]^[101] IUPAC के अनुसार, तत्व के नाम व्यक्तिवाचक संज्ञा (proper nouns) नहीं हैं; इसलिए, अंग्रेजी में किसी तत्व का पूरा नाम बड़े अक्षरों में नहीं लिखा जाता है, भले ही वह व्यक्तिवाचक संज्ञा से लिया गया हो, जैसे कैलिफोर्नियम और आइंस्टीनियम में। यदि आइसोटोप के नाम लिखे जाते हैं तो वे भी बड़े अक्षरों में नहीं होते हैं, उदाहरण के लिए, कार्बन-12 या यूरेनियम-235। रासायनिक तत्व के प्रतीक (जैसे कैलिफोर्नियम के लिए Cf और आइंस्टीनियम के लिए Es), हमेशा बड़े अक्षरों में होते हैं।

20वीं सदी के उत्तरार्ध में, भौतिकी प्रयोगशालाएं ऐसे तत्वों का उत्पादन करने में सक्षम हो गईं जिनकी अर्ध-आयु इतनी कम थी कि किसी भी समय उनकी कोई सराहनीय मात्रा मौजूद नहीं रह सकती थी। इनका नाम भी IUPAC द्वारा रखा जाता है, जो आमतौर पर खोजकर्ता द्वारा चुने गए नाम को अपनाता है। यह अभ्यास इस विवादास्पद प्रश्न की ओर ले जा सकता है कि वास्तव में किस शोध समूह ने एक तत्व की खोज की, एक ऐसा प्रश्न जिसने 104 और उससे अधिक परमाणु संख्या वाले तत्वों के नामकरण में काफी समय तक देरी की।^[104]

इस तरह के विवादों के पूर्ववर्ती 19वीं सदी के अंत में तत्वों के राष्ट्रवादी नामकरण से जुड़े थे। उदाहरण के लिए, ल्यूटेशियम का नाम पेरिस, फ्रांस के नाम पर रखा गया था। जर्मन फ्रांसीसियों को नामकरण का अधिकार देने के लिए अनिच्छुक थे, और अक्सर इसे cassiopeium कहते थे।^[105] इसी तरह, नायोबियम के ब्रिटिश खोजकर्ता ने मूल रूप से इसका नाम columbium रखा था, जो नई दुनिया (New World) के संदर्भ में था।^[101] अंतरराष्ट्रीय मानकीकरण (1950 में) से पहले अमेरिकी प्रकाशनों द्वारा इसका व्यापक रूप से उपयोग किया गया था।^[105]

रासायनिक प्रतीक

विशिष्ट तत्व

रसायन विज्ञान के एक विज्ञान बनने से पहले, कीमियागरों (alchemists) ने धातुओं और सामान्य यौगिकों दोनों के लिए गुप्त प्रतीक तैयार किए थे। हालांकि, इनका उपयोग आरेखों या प्रक्रियाओं में संक्षिप्त रूप में किया जाता था;^[106] परमाणुओं के जुड़कर अणु बनाने की कोई अवधारणा नहीं थी। पदार्थ के परमाणु सिद्धांत में अपनी प्रगति के साथ, जॉन डाल्टन ने परमाणुओं और अणुओं को चित्रित करने के लिए वृत्तों पर आधारित अपने स्वयं के सरल प्रतीक तैयार किए।^[107]

रासायनिक संकेतन की वर्तमान प्रणाली का आविष्कार 1814 में जोंस जैकब बर्ज़ेलियस ने किया था। इस प्रणाली में, रासायनिक प्रतीक केवल संक्षिप्त नाम नहीं हैं—हालांकि प्रत्येक लैटिन वर्णमाला के अक्षरों से बना है। वे सभी भाषाओं और वर्णमालाओं के लोगों के लिए सार्वभौमिक प्रतीकों के रूप में अभिप्रेत हैं।^[107]

चूंकि लैटिन बर्ज़ेलियस के समय में विज्ञान की सामान्य भाषा थी, इसलिए उनके प्रतीक तत्वों के लैटिन नामों पर आधारित संक्षिप्त नाम थे (वे प्राचीन काल से ज्ञात तत्वों के शास्त्रीय लैटिन नाम या बाद के तत्वों के लिए नव-लैटिन (Neo-Latin) शब्द हो सकते हैं)। प्रतीकों के बाद संक्षिप्त नामों की तरह पूर्ण विराम (full stop) नहीं लगाया जाता है। अधिकांश मामलों में, बर्ज़ेलियस द्वारा उपयोग किए गए तत्वों के लैटिन नामों की जड़ें आधुनिक अंग्रेजी नाम के समान ही हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन का प्रतीक नव-लैटिन hydrogenium से "H" है, जिसकी ग्रीक जड़ें अंग्रेजी hydrogen के समान हैं। हालांकि, ग्यारह मामलों में लैटिन (जैसा कि बर्ज़ेलियस द्वारा उपयोग किया गया था) और तत्वों के अंग्रेजी नामों की जड़ें अलग-अलग हैं। उनमें से आठ प्राचीन काल की धातुएं और एक उपधातु हैं जो प्राचीन काल से ज्ञात हैं: लोहा के लिए "Fe" (लैटिन ferrum), पारा के लिए "Hg" (लैटिन hydrargyrum), टिन के लिए "Sn" (लैटिन stannum), सोना के लिए "Au" (लैटिन aurum), चांदी के लिए "Ag" (लैटिन argentum), लेड के लिए "Pb" (लैटिन plumbum), तांबा के लिए "Cu" (लैटिन cuprum), और एंटीमनी के लिए "Sb" (लैटिन stibium)। नव-लैटिन (जैसा कि बर्ज़ेलियस द्वारा उपयोग किया गया था) और अंग्रेजी नामों के बीच तीन अन्य बेमेल "Na" (नव-लैटिन natrium) सोडियम के लिए, "K" (नव-लैटिन kalium) पोटेशियम के लिए, और "W" (नव-लैटिन wolframium) टंगस्टन के लिए हैं।^[108] ये बेमेल आधुनिक युग में तत्वों के नामकरण के विभिन्न सुझावों से आए थे। शुरू में बर्ज़ेलियस ने सोडियम और पोटेशियम के लिए "So" और "Po" का सुझाव दिया था, लेकिन उसी वर्ष बाद में उन्होंने प्रतीकों को बदलकर "Na" और "K" कर दिया।

1814 के बाद खोजे गए तत्वों को भी तत्व के नाम के आधार पर अद्वितीय रासायनिक प्रतीक सौंपे गए। विज्ञान की सार्वभौमिक भाषा के रूप में लैटिन का उपयोग फीका पड़ रहा था, लेकिन नए खोजे गए तत्वों के रासायनिक नाम बिना किसी बदलाव या बहुत कम बदलाव के एक भाषा से दूसरी भाषा में उधार लिए जाने लगे। 1814 के बाद खोजे गए तत्वों के प्रतीक अंग्रेजी, फ्रेंच (⟨é⟩ पर तीव्र उच्चारण (acute accent) को अनदेखा करते हुए), और जर्मन में उनके नामों से मेल खाते हैं (हालांकि जर्मन अक्सर ⟨c⟩ के बजाय ⟨k⟩ या ⟨z⟩ के साथ वैकल्पिक वर्तनी की अनुमति देता है: उदाहरण के लिए, कैल्शियम का नाम जर्मन में Calcium या Kalzium लिखा जा सकता है, लेकिन इसका प्रतीक हमेशा "Ca" होता है)। अन्य भाषाएं कभी-कभी तत्व के नाम की वर्तनी को संशोधित करती हैं: स्पेनिश iterbio (ytterbium), इतालवी afnio (hafnium), स्वीडिश moskovium (moscovium); लेकिन वे संशोधन रासायनिक प्रतीकों को प्रभावित नहीं करते हैं: Yb, Hf, Mc।

रासायनिक प्रतीकों को अंतरराष्ट्रीय स्तर पर समझा जाता है जब तत्व के नामों का अनुवाद करने की आवश्यकता हो सकती है। अतीत में कुछ अंतर रहे हैं। उदाहरण के लिए, जर्मन अतीत में आयोडीन के लिए "J" (नाम Jod के लिए) का उपयोग करते थे, लेकिन अब "I" और Iod का उपयोग करते हैं।

रासायनिक प्रतीक का पहला अक्षर हमेशा बड़े अक्षरों में होता है, और बाद के अक्षर, यदि कोई हों, तो हमेशा छोटे अक्षरों में होते हैं; पिछले उदाहरण देखें।

सामान्य रासायनिक प्रतीक

रासायनिक समीकरणों में तत्वों के समूहों के लिए भी प्रतीक होते हैं, उदाहरण के लिए तुलनात्मक सूत्रों में। ये अक्सर एक एकल बड़ा अक्षर होते हैं, और अक्षर आरक्षित होते हैं और विशिष्ट तत्वों के नामों के लिए उपयोग नहीं किए जाते हैं। उदाहरण के लिए, "X" यौगिकों के एक वर्ग में एक परिवर्तनीय समूह (आमतौर पर एक हैलोजन) को इंगित करता है, जबकि "R" एक मूलक (radical) है, जिसका अर्थ है एक यौगिक संरचना जैसे कि हाइड्रोकार्बन श्रृंखला। अक्षर "Q" को रासायनिक प्रतिक्रिया में "ऊष्मा" के लिए आरक्षित किया गया है।^[109] "Y" का उपयोग भी अक्सर एक सामान्य रासायनिक प्रतीक के रूप में किया जाता है, हालांकि यह यिट्रियम और टायरोसिन का प्रतीक भी है।^[109] "Z" का उपयोग भी अक्सर एक सामान्य परिवर्तनीय समूह के रूप में किया जाता है। "E" का उपयोग कार्बनिक रसायन विज्ञान में इलेक्ट्रॉन-आकर्षक समूह या इलेक्ट्रोफाइल को दर्शाने के लिए किया जाता है; इसी तरह "Nu" एक न्यूक्लियोफाइल को दर्शाता है।^[109] "L" का उपयोग अकार्बनिक और ऑर्गेनोमेटेलिक रसायन विज्ञान में एक सामान्य लिगैंड का प्रतिनिधित्व करने के लिए किया जाता है। "M" का उपयोग अक्सर एक सामान्य धातु के स्थान पर किया जाता है।

कम से कम दो अन्य, दो-अक्षरीय सामान्य रासायनिक प्रतीक भी अनौपचारिक उपयोग में हैं, किसी भी लैंथेनाइड के लिए "Ln" और किसी भी एक्टिनाइड के लिए "An"। "Rg" का उपयोग पहले किसी भी दुर्लभ गैस तत्व के लिए किया जाता था, लेकिन दुर्लभ गैसों के समूह का नाम बदलकर अब उत्कृष्ट गैस (noble gases) कर दिया गया है और "Rg" अब रोएंटजेनियम को संदर्भित करता है।

समस्थानिक प्रतीक

किसी तत्व के समस्थानिकों को द्रव्यमान संख्या (कुल प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) द्वारा पहचाना जाता है, और इस संख्या को तत्व के प्रतीक के साथ जोड़ा जाता है। IUPAC यह प्राथमिकता देता है कि समस्थानिक प्रतीकों को व्यावहारिक होने पर सुपरस्क्रिप्ट (अधिलेख) अंकन में लिखा जाए, उदाहरण के लिए ¹²C और ²³⁵U।^[110] हालाँकि, अन्य अंकन, जैसे कार्बन-12 और यूरेनियम-235, या C-12 और U-235 का भी उपयोग किया जाता है।^[111]

एक विशेष मामले के रूप में, हाइड्रोजन के तीन प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले समस्थानिकों को अक्सर H को ¹H (प्रोटियम), D को ²H (ड्यूटेरियम), और T को ³H (ट्रिटियम) के रूप में निर्दिष्ट किया जाता है।^[110] यह परंपरा रासायनिक समीकरणों में उपयोग करने के लिए आसान है, क्योंकि इससे हर बार द्रव्यमान संख्या लिखने की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। इस प्रकार, भारी जल के सूत्र को ²H₂O के बजाय D₂O लिखा जा सकता है।

तत्वों की उत्पत्ति

मुख्य लेख: Nucleosynthesis

ब्रह्मांड के कुल द्रव्यमान का केवल लगभग 4.6% हिस्सा सामान्य पदार्थ से बना है, जिसमें तत्वों द्वारा दर्शाए गए परमाणु या आयन, साथ ही न्यूट्रिनो और फोटॉन शामिल हैं। शेष द्रव्यमान (63%) एक अज्ञात डार्क मैटर है जो तत्वों के परमाणुओं से नहीं बना है क्योंकि इसमें कोई प्रोटॉन, न्यूट्रॉन या इलेक्ट्रॉन नहीं होते हैं। ब्रह्मांड के द्रव्यमान का शेष गैर-पदार्थ हिस्सा और भी कम समझी जाने वाली डार्क एनर्जी से बना है।^[112]

प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले 94 तत्व कम से कम चार प्रकार की खगोलीय प्रक्रियाओं द्वारा निर्मित हुए थे। अधिकांश हाइड्रोजन, हीलियम और लिथियम की बहुत कम मात्रा बिग बैंग के पहले कुछ मिनटों में उत्पन्न हुई थी। यह बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस केवल एक बार हुआ; अन्य प्रक्रियाएं निरंतर जारी हैं।^[113] तारों के भीतर नाभिकीय संलयन (Nuclear fusion) तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस के माध्यम से तत्वों का उत्पादन करता है, जिसमें परमाणु क्रमांक में कार्बन से लेकर लोहा तक के सभी तत्व शामिल हैं। लोहे से उच्च परमाणु क्रमांक वाले तत्व, जिनमें यूरेनियम और प्लूटोनियम जैसे भारी तत्व शामिल हैं, सुपरनोवा और न्यूट्रॉन स्टार विलय में विस्फोटक न्यूक्लियोसिंथेसिस के विभिन्न रूपों द्वारा निर्मित होते हैं। हल्के तत्व लिथियम, बेरिलियम और बोरोन मुख्य रूप से कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के कॉस्मिक रे स्पैलेशन (कॉस्मिक किरणों द्वारा प्रेरित विखंडन) के माध्यम से उत्पन्न होते हैं।^[114]

बिग बैंग के शुरुआती चरणों में, हाइड्रोजन के न्यूक्लियोसिंथेसिस के परिणामस्वरूप हाइड्रोजन-1 (प्रोटियम, ¹H) और हीलियम-4 (⁴He) का उत्पादन हुआ, साथ ही ड्यूटेरियम (²H) की कम मात्रा और लिथियम तथा बेरिलियम की बहुत कम मात्रा (10⁻¹⁰ के क्रम में) उत्पन्न हुई। बिग बैंग में बोरोन की और भी कम मात्रा उत्पन्न हुई हो सकती है, क्योंकि इसे कुछ बहुत पुराने तारों में देखा गया है, जबकि कार्बन को नहीं।^[115] बिग बैंग में बोरोन से भारी कोई तत्व उत्पन्न नहीं हुआ था। परिणामस्वरूप, परमाणुओं (या आयनों) की प्रारंभिक प्रचुरता में ~75% ¹H, 25% ⁴He, और 0.01% ड्यूटेरियम शामिल था, जिसमें लिथियम, बेरिलियम और शायद बोरोन के केवल बहुत सूक्ष्म निशान थे।^[116] बाद में गैलेक्टिक हेलो का संवर्धन तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस और सुपरनोवा न्यूक्लियोसिंथेसिस के कारण हुआ।^[117] हालाँकि, अंतरतारकीय अंतरिक्ष (intergalactic space) में तत्वों की प्रचुरता अभी भी प्रारंभिक स्थितियों के समान हो सकती है, जब तक कि इसे गैलेक्टिक सुपरविंड या किसी अन्य माध्यम से समृद्ध न किया गया हो।^[118]

पृथ्वी (और अन्य स्थानों) पर, विभिन्न तत्वों की सूक्ष्म मात्रा अन्य तत्वों से नाभिकीय रूपांतरण (nuclear transmutation) प्रक्रियाओं के उत्पादों के रूप में उत्पन्न होती रहती है। इनमें कॉस्मिक किरणों या अन्य परमाणु प्रतिक्रियाओं द्वारा उत्पादित कुछ तत्व (देखें कॉस्मोजेनिक और न्यूक्लियोजेनिक न्यूक्लाइड्स), और लंबे समय तक जीवित रहने वाले आदिम न्यूक्लाइड्स के क्षय उत्पाद (decay products) के रूप में उत्पादित अन्य तत्व शामिल हैं।^[119] उदाहरण के लिए, कार्बन-14 (¹⁴C) की सूक्ष्म (लेकिन पता लगाने योग्य) मात्रा नाइट्रोजन परमाणुओं से टकराने वाली कॉस्मिक किरणों द्वारा हवा में लगातार उत्पन्न होती है,^[120] और आर्गन-40 (⁴⁰Ar) अस्थिर पोटेशियम-40 (⁴⁰K) के क्षय द्वारा लगातार उत्पन्न होता है।^[121]

तीन आदिम रूप से पाए जाने वाले लेकिन रेडियोधर्मी एक्टिनाइड्स, थोरियम, यूरेनियम और प्लूटोनियम, रेडियम और रेडॉन जैसे बार-बार उत्पादित होने वाले लेकिन अस्थिर तत्वों की एक श्रृंखला के माध्यम से क्षय होते हैं, जो इन धातुओं वाले किसी भी नमूने में क्षणिक रूप से मौजूद होते हैं।^[122] तीन अन्य रेडियोधर्मी तत्व, टेक्नेटियम, प्रोमेथियम और नेप्च्यूनियम, प्राकृतिक पदार्थों में केवल संयोगवश होते हैं, जो विभिन्न भारी तत्वों के नाभिक के नाभिकीय विखंडन (nuclear fission) द्वारा या अन्य दुर्लभ परमाणु प्रक्रियाओं में व्यक्तिगत परमाणुओं के रूप में उत्पादित होते हैं।^[123]^[124]

94 प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले तत्वों के अलावा, नाभिकीय भौतिकी तकनीक द्वारा कई कृत्रिम तत्व (artificial elements) उत्पादित किए गए हैं। 2016 तक, इन प्रयोगों ने परमाणु क्रमांक 118 तक के सभी तत्व तैयार कर लिए थे। 2021 तक, नाभिकीय रूपांतरण के माध्यम से एक हजार से अधिक विभिन्न समस्थानिक बनाए जा चुके हैं, जिनमें से 900 प्राकृतिक रूप से नहीं पाए जाते हैं।^[125]

प्रचुरता

मुख्य लेख: Abundance of the chemical elements

सौर मंडल में तत्वों की प्रचुरता उनकी उत्पत्ति बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस और कई जनक सुपरनोवा तारों के अनुरूप है। बहुत प्रचुर हाइड्रोजन और हीलियम बिग बैंग के उत्पाद हैं, लेकिन अगले तीन तत्व दुर्लभ हैं क्योंकि बिग बैंग में उनके बनने का समय बहुत कम था और वे तारों में नहीं बनते हैं। हालाँकि, वे अंतरतारकीय धूल में भारी तत्वों के टूटने से, कॉस्मिक किरणों के प्रभाव के परिणामस्वरूप, कम मात्रा में उत्पादित होते हैं।^[113]

कार्बन से शुरू होकर, तत्व तारों में अल्फा कणों (हीलियम नाभिक) के संचय से बनते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सम परमाणु क्रमांक वाले तत्वों की प्रचुरता अधिक होती है, क्योंकि वे अधिक स्थिर होते हैं। सामान्य तौर पर, लोहा शिखर (iron peak) तक के ऐसे तत्व विशाल तारों में सुपरनोवा बनने की प्रक्रिया में बनते हैं।^[114] लोहा-56 विशेष रूप से सामान्य है, क्योंकि यह सबसे स्थिर न्यूक्लाइड है जिसे अल्फा कणों से आसानी से बनाया जा सकता है, जो रेडियोधर्मी निकल-56 के क्षय का उत्पाद है, जिसे अंततः 14 हीलियम नाभिकों से बनाया जाता है।^[127] लोहे से भारी और बिस्मथ तक के तत्व कम द्रव्यमान वाले तारों में न्यूट्रॉन कैप्चर प्रक्रियाओं में बनते हैं,^[114] और ब्रह्मांड में (तथा पृथ्वी पर) उनकी प्रचुरता आम तौर पर उनके परमाणु क्रमांक के साथ घटती जाती है।

मिल्की वे की शीर्ष प्रचुरताएँ^[128]
तत्व	द्रव्यमान के अनुसार प्रति मिलियन भाग
हाइड्रोजन	739,000
हीलियम	240,000
ऑक्सीजन	10,400
कार्बन	4,600
नियॉन	1,340
लोहा	1,090
नाइट्रोजन	960
सिलिकॉन	650
मैग्नीशियम	580
सल्फर	440
पोटेशियम	210
निकल	100

मिल्की वे के समान विकसित होने वाली निकटवर्ती आकाशगंगाओं में हाइड्रोजन और हीलियम से भारी तत्वों का संबंधित संवर्धन होता है। अधिक दूर की आकाशगंगाओं को वैसे देखा जा रहा है जैसे वे अतीत में दिखाई देती थीं, इसलिए उनके तत्वों की प्रचुरता प्रारंभिक मिश्रण के करीब दिखाई देती है।^[129] हालाँकि, चूंकि भौतिक नियम और प्रक्रियाएं दृश्य ब्रह्मांड में सामान्य प्रतीत होती हैं,^[130] वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि इन आकाशगंगाओं ने समान प्रचुरता में तत्वों का विकास किया।

पृथ्वी पर रासायनिक तत्वों की प्रचुरता हवा से लेकर पपड़ी (crust) तक और महासागरों में, तथा जीवन के विभिन्न रूपों में भिन्न होती है। पृथ्वी की पपड़ी में तत्वों की प्रचुरता सौर मंडल (जैसा कि सूर्य और बृहस्पति जैसे विशाल ग्रहों में देखा जाता है) की तुलना में मुख्य रूप से सबसे हल्के तत्वों (हाइड्रोजन और हीलियम) और वाष्पशील नियॉन, कार्बन (हाइड्रोकार्बन के रूप में), नाइट्रोजन और सल्फर के चयनात्मक नुकसान के कारण भिन्न है, जो सौर मंडल के प्रारंभिक गठन में सौर ताप के परिणामस्वरूप हुआ था।^[131] ऑक्सीजन, जो पूरी पृथ्वी में द्रव्यमान के अनुसार सबसे प्रचुर तत्व है,^[132] सिलिकॉन, मैग्नीशियम और लोहे के साथ संयोजन द्वारा पृथ्वी पर बनी हुई है।^[131] एल्युमीनियम द्रव्यमान के अनुसार 8% पर पृथ्वी की पपड़ी में सौर प्रचुरता की तुलना में अधिक सामान्य है, लेकिन यह मेंटल में द्रव्यमान के अनुसार केवल 2% है, जिसमें एल्युमीनियम के स्थान पर मैग्नीशियम और लोहा होता है। लोहे की सतह पर प्रचुरता कम है क्योंकि यह ग्रहीय विभेदन (planetary differentiation) की प्रक्रिया के दौरान पृथ्वी के कोर में स्थानांतरित हो गया है।^[133]

इसके विपरीत, मानव शरीर की संरचना, समुद्री जल की संरचना का अधिक निकटता से अनुसरण करती है—सिवाय इसके कि मानव शरीर में प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड बनाने के लिए आवश्यक कार्बन और नाइट्रोजन का अतिरिक्त भंडार होता है, साथ ही न्यूक्लिक एसिड और ऊर्जा हस्तांतरण अणु एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (ATP) में फास्फोरस होता है जो सभी जीवित जीवों की कोशिकाओं में होता है। पृथ्वी पर सभी जीवन रूपों का अधिकांश हिस्सा केवल छह तत्वों से बना है, जिन्हें संक्षिप्त नाम CHNOPS द्वारा वर्णित किया गया है: कार्बन, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, फास्फोरस और सल्फर।^[77] कुछ प्रकार के जीवों को विशेष अतिरिक्त तत्वों की आवश्यकता होती है, उदाहरण के लिए हरे पौधों में क्लोरोफिल में मैग्नीशियम, मोलस्क के खोल में कैल्शियम, या कशेरुकी जीवों की लाल रक्त कोशिकाओं में हीमोग्लोबिन में लोहा।^[134]

इतिहास

एक अविभाज्य पदार्थ के रूप में "तत्व" की अवधारणा तीन प्रमुख ऐतिहासिक चरणों के माध्यम से विकसित हुई है: शास्त्रीय परिभाषाएँ (जैसे प्राचीन यूनानियों की), रासायनिक परिभाषाएँ, और परमाणु परिभाषाएँ।

शास्त्रीय परिभाषाएँ

मुख्य लेख: Classical element#Hellenistic philosophy

प्राचीन दर्शन ने प्रकृति में देखे गए पैटर्न को समझाने के लिए शास्त्रीय तत्वों (classical elements) के एक समूह को प्रतिपादित किया। ये तत्व मूल रूप से आधुनिक विज्ञान के रासायनिक तत्वों के बजाय पृथ्वी, जल, वायु और अग्नि को संदर्भित करते थे।^[135]

'तत्व' (stoicheia) शब्द का प्रयोग सबसे पहले यूनानी दार्शनिक प्लेटो ने लगभग 360 ईसा पूर्व अपने संवाद टाइमियस में किया था, जिसमें अकार्बनिक और कार्बनिक निकायों की संरचना पर चर्चा शामिल है और यह रसायन विज्ञान पर एक सट्टा ग्रंथ है। प्लेटो का मानना था कि एम्पेडोकल्स द्वारा एक सदी पहले पेश किए गए तत्व छोटे बहुफलकीय रूपों से बने थे: चतुष्फलक (अग्नि), अष्टफलक (वायु), विंशतिफलक (जल), और घन (पृथ्वी)।^[136]^[137]

अरस्तू, 350 ईसा पूर्व, ने भी stoicheia शब्द का उपयोग किया और एक पांचवां तत्व जोड़ा, ईथर, जिसने स्वर्ग का निर्माण किया। अरस्तू ने एक तत्व को इस प्रकार परिभाषित किया:

तत्व - उन निकायों में से एक जिसमें अन्य निकाय विघटित हो सकते हैं, और जो स्वयं अन्य में विभाजित होने में सक्षम नहीं है।^[138]

रासायनिक परिभाषाएँ

रॉबर्ट बॉयल

1661 में, द स्केप्टिकल केमिस्ट में, रॉबर्ट बॉयल ने अपने कॉर्पसकुलरिज्म (कणवाद) के सिद्धांत का प्रस्ताव रखा, जिसने पदार्थ के विश्लेषण को पदार्थ की अपरिवर्तनीय इकाइयों (परमाणुओं) से गठित होने के रूप में समर्थन दिया। बॉयल ने तत्वों की पूर्व-निर्धारित संख्या तय करने के खिलाफ तर्क दिया। यह चार शास्त्रीय तत्वों के अरस्तू के दृष्टिकोण और सल्फर, पारा और नमक के तीन रासायनिक सिद्धांतों के पैरासेलसस के दृष्टिकोण के विपरीत था।

बॉयल ने चार प्रस्तावों में अपना दृष्टिकोण बताया। पहले और दूसरे में, वह सुझाव देते हैं कि पदार्थ कणों से बना है, लेकिन इन कणों को अलग करना मुश्किल हो सकता है। बॉयल ने "कॉर्पसकल्स" (कणों)—या "परमाणुओं",(Boyle, 1661, p. 38) जैसा कि उन्होंने उन्हें भी कहा—की अवधारणा का उपयोग यह समझाने के लिए किया कि कैसे तत्वों की एक सीमित संख्या यौगिकों की एक विशाल संख्या में संयोजित हो सकती है।

बॉयल ने समझाया कि सोना एक्वा रेजिया के साथ प्रतिक्रिया करता है, और पारा नाइट्रिक एसिड, सल्फ्यूरिक एसिड और सल्फर के साथ विभिन्न "यौगिक" बनाने के लिए प्रतिक्रिया करता है, और उन्हें उन यौगिकों से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है, जैसा कि तत्वों से अपेक्षित होगा। फिर भी, बॉयल ने सोने,(Boyle, 1661, p. 29) पारे,(Boyle, 1661, p. 41) या सीसे(Boyle, 1661, p. 29) को तत्व नहीं माना, बल्कि—वाइन(Boyle, 1661, p. 145) के साथ—"पूरी तरह से मिश्रित निकाय" माना।

भले ही बॉयल को मुख्य रूप से पहले आधुनिक रसायनज्ञ के रूप में माना जाता है, द स्केप्टिकल केमिस्ट में अभी भी तत्वों के बारे में पुराने विचार शामिल हैं, जो समकालीन दृष्टिकोण से अलग हैं। उदाहरण के लिए, सल्फर न केवल परिचित पीला अधातु है बल्कि एक ज्वलनशील "आत्मा" भी है।(Boyle, 1661, p. 145)

इसाक वाट्स

1724 में, अपनी पुस्तक लॉजिक में, अंग्रेजी मंत्री और तर्कशास्त्री इसाक वाट्स ने उन तत्वों को गिना जिन्हें तब रसायनज्ञों द्वारा मान्यता प्राप्त थी। वाट्स की तत्वों की सूची में पैरासेलसस के दो सिद्धांत (सल्फर और नमक) और दो शास्त्रीय तत्व (पृथ्वी और जल) के साथ-साथ "आत्मा" भी शामिल थी। हालाँकि, वाट्स ने रसायनज्ञों के बीच आम सहमति की कमी को नोट किया।^[139]

सारणीकरण

तत्वों की पहली आधुनिक सूची एंटोनी लेवोज़िए की 1789 की एलिमेंट्स ऑफ केमिस्ट्री में दी गई थी, जिसमें 33 तत्व शामिल थे, जिनमें प्रकाश और कैलोरिक भी शामिल थे।^[140]^[141] 1818 तक, जोंस जैकब बर्ज़ेलियस ने उस समय स्वीकृत 49 तत्वों में से 45 के परमाणु भार निर्धारित कर लिए थे।^[142] रूसी रसायनज्ञ दिमित्री मेंडलीव की 1869 की आवर्त सारणी में 63 तत्व थे। यद्यपि इस प्रस्तुति के पूर्ववर्ती मौजूद थे, लेकिन इसका आविष्कार आम तौर पर मेंडलीव को जाता है, जिनका उद्देश्य सारणी के माध्यम से तत्वों के गुणों में आवर्ती प्रवृत्तियों को दर्शाना था।^[143] समय के साथ सारणी के लेआउट को परिष्कृत और विस्तारित किया गया है क्योंकि नए तत्वों की खोज हुई है और रासायनिक व्यवहार को समझाने के लिए नए सैद्धांतिक मॉडल विकसित किए गए हैं।

बॉयल से लेकर 20वीं सदी की शुरुआत तक, एक तत्व को एक ऐसे शुद्ध पदार्थ के रूप में परिभाषित किया गया था जिसे किसी सरल पदार्थ में विघटित नहीं किया जा सकता और जिसे रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा अन्य तत्वों में परिवर्तित नहीं किया जा सकता। उस समय तत्वों को आम तौर पर उनके परमाणु भार द्वारा पहचाना जाता था, जो उपलब्ध विश्लेषणात्मक तकनीकों द्वारा काफी सटीकता के साथ मापने योग्य गुण था।

परमाणु परिभाषाएँ

अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी हेनरी मोसले द्वारा 1913 में की गई यह खोज कि परमाणु क्रमांक के लिए नाभिकीय आवेश भौतिक आधार है, जिसे प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की प्रकृति को समझने के बाद और अधिक परिष्कृत किया गया, अंततः परमाणु क्रमांक (प्रोटॉन की संख्या) पर आधारित तत्व की वर्तमान परिभाषा की ओर ले गई।^[144] तत्वों को अलग करने के लिए परमाणु भार के बजाय परमाणु क्रमांक का उपयोग करने का अधिक भविष्य कहनेवाला मूल्य है (क्योंकि ये संख्याएँ पूर्णांक होती हैं) और यह एक ही तत्व के भीतर समस्थानिकों (isotopes) और अपरूपों (allotropes) के अलग-अलग गुणों के कारण रसायन विज्ञान-आधारित दृष्टिकोण में कुछ अस्पष्टताओं को भी हल करता है। वर्तमान में, IUPAC एक तत्व को तब अस्तित्व में मानता है यदि उसके समस्थानिकों का जीवनकाल उस 10⁻¹⁴ सेकंड से अधिक हो जो नाभिक को एक इलेक्ट्रॉनिक क्लाउड बनाने में लगता है।^[145]

1914 तक, सत्तासी तत्व ज्ञात थे, जो सभी प्राकृतिक रूप से पाए जाते थे (देखें Discovery of chemical elements)। शेष प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले तत्वों की खोज या उन्हें अलग करने का कार्य बाद के दशकों में हुआ, और विभिन्न अतिरिक्त तत्व कृत्रिम रूप से भी उत्पादित किए गए हैं, जिसमें से अधिकांश कार्य ग्लेन टी. सीबोर्ग द्वारा अग्रणी थे।^[146] अंतिम प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले रेडियोधर्मी तत्व, फ्रांसियम, की खोज 1939 में मार्गुराइट पेरे द्वारा की गई थी।^[147] 1955 में, तत्व 101 की खोज की गई और इसे दिमित्री मेंडलीव के सम्मान में मेंडेलेवियम नाम दिया गया, जो तत्वों को आवधिक रूप से व्यवस्थित करने वाले पहले व्यक्ति थे।^[148]

विभिन्न तत्वों की खोज और मान्यता

Discovery of chemical elements

विभिन्न प्रागैतिहासिक संस्कृतियों के लिए परिचित ग्यारह पदार्थ अब तत्व माने जाते हैं: एंटीमनी, कार्बन, तांबा, सोना, लोहा, सीसा, पारा, चांदी, सल्फर, टिन, और जस्ता।^[149] दो अतिरिक्त पदार्थ जिन्हें अब तत्व के रूप में स्वीकार किया जाता है, आर्सेनिक और बिस्मथ, को 1500 ईस्वी से पहले अलग पदार्थों के रूप में पहचाना गया था।^[150] प्लेटिनम पूर्व-कोलंबियाई अमेरिका में ज्ञात था। एक नए तत्व की पहली दर्ज खोज 1669 में जर्मन कीमियागर हेनिंग ब्रांड द्वारा फास्फोरस की थी।^[151] 1896 में हेनरी बेकरेल ने संयोगवश यूरेनियम से रेडियोधर्मिता की खोज की।^[152]

1900 तक शेष प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले अधिकांश तत्वों की पहचान और विशेषता निर्धारित कर ली गई थी, जिनमें शामिल हैं:^[105]

अब परिचित औद्योगिक पदार्थ जैसे एल्युमीनियम, सिलिकॉन, क्रोमियम, कोबाल्ट, निकेल, मैग्नीशियम और टंगस्टन
प्रतिक्रियाशील धातुएं जैसे लिथियम, सोडियम, पोटेशियम और कैल्शियम
हैलोजन जैसे फ्लोरीन, क्लोरीन, ब्रोमीन और आयोडीन
गैसें जैसे हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, हीलियम, आर्गन और नियॉन
अधिकांश दुर्लभ-मृदा तत्व, जिनमें सीरियम, लैंथेनम, गैडोलीनियम और नियोडिमियम शामिल हैं
अधिक सामान्य रेडियोधर्मी तत्व, जिनमें यूरेनियम, थोरियम और रेडियम शामिल हैं

1900 के बाद अलग किए गए या उत्पादित किए गए तत्वों में शामिल हैं:^[105]

तीन शेष अज्ञात स्थिर तत्व: हाफनियम, लुटेटियम और रेनियम
प्लूटोनियम, जिसे पहली बार 1940 में ग्लेन टी. सीबोर्ग द्वारा कृत्रिम रूप से उत्पादित किया गया था, लेकिन अब यह कुछ लंबे समय तक बने रहने वाले प्राकृतिक उदाहरणों से भी जाना जाता है
तीन आकस्मिक रूप से पाए जाने वाले प्राकृतिक तत्व (नेप्चूनियम, प्रोमेथियम और टेक्नेटियम), जिन्हें पहले कृत्रिम रूप से उत्पादित किया गया था लेकिन बाद में भूवैज्ञानिक नमूनों में ट्रेस मात्रा में खोजा गया^[123]^[124]
यूरेनियम या थोरियम के चार दुर्लभ क्षय उत्पाद (एस्टाटिन, फ्रांसियम, एक्टिनियम और प्रोटैक्टीनियम),^[153] और
सभी ज्ञात कृत्रिम ट्रांसयूरानिक तत्व, जिनकी शुरुआत अमेरिसियम और क्यूरियम से हुई

हाल ही में खोजे गए तत्व

खोजा गया पहला ट्रांसयूरानियम तत्व (92 से अधिक परमाणु क्रमांक वाला तत्व) 1940 में नेप्चूनियम था। 1999 से, IUPAC/IUPAP संयुक्त कार्य समूह नए तत्वों की खोज के दावों पर विचार कर रहा है। जनवरी 2016 तक, सभी 118 तत्वों की खोज की पुष्टि IUPAC द्वारा की जा चुकी है। तत्व 112 की खोज को 2009 में मान्यता दी गई थी, और इसके लिए कोपरनिसियम नाम और Cn रासायनिक प्रतीक का सुझाव दिया गया था।^[154] नाम और प्रतीक को 19 फरवरी 2010 को IUPAC द्वारा आधिकारिक रूप से अनुमोदित किया गया था।^[155] अब तक संश्लेषित किया गया सबसे भारी तत्व तत्व 118, ओगानेसन माना जाता है, जिसे 9 अक्टूबर 2006 को दुबना, रूस में फ्लेरोव प्रयोगशाला द्वारा खोजा गया था।^[16]^[156] टेनेसीन, तत्व 117, 2009 में खोजा गया नवीनतम तत्व था।^[157] 28 नवंबर 2016 को, IUPAC के वैज्ञानिकों ने आधिकारिक तौर पर 113, 115, 117 और 118 परमाणु क्रमांक वाले चार सबसे नए तत्वों के नामों को मान्यता दी।^[158]^[159]

देखें भी

संदर्भ

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