miniaturadaimagem|upright=1.33|Os elementos químicos organizados na tabela periódica, no formato de 32 colunas. Em vermelho estão os metais alcalinos, em laranja-claro os alcalino-terrosos, em rosa-claro os metais de transição, em lilás os lantanídeos e em rosa os actinídeos. Os outros metais estão em cinza, os semimetais em verde-oliva, os não metais poliatômicos em verde-claro e os diatômicos em amarelo-esverdeado. Os gases nobres estão em azul-claro e os elementos com propriedades desconhecidas em cinza-claro.

Um elemento químico é uma espécie de átomo definida pelo número de prótons. Esse número é chamado de número atômico do elemento. O oxigênio, por exemplo, tem número atômico 8, pois cada átomo de oxigênio tem oito prótons no núcleo. Átomos de um mesmo elemento podem ter diferentes números de nêutrons no núcleo e são chamados de isótopos desse elemento. Átomos de um elemento podem se transformar em átomos de outro por meio de reações nucleares, que alteram seu número atômico. Quase toda a matéria bariônica do universo é composta de elementos, com raras exceções, como as estrelas de nêutrons.

O termo "elemento químico" também é muito usado para designar uma substância química pura constituída de um único elemento. O gás oxigênio, por exemplo, contém apenas átomos de oxigênio.

Originalmente, "elemento químico" designava uma substância que não podia ser decomposta em outras por reações químicas. Essa definição ainda é válida para a maioria das aplicações práticas. Na década de 1920, houve controvérsia sobre a possibilidade de reconhecer os isótopos como elementos distintos, caso pudessem ser separados por meios químicos. Até novembro de 2016, a União Internacional de Química Pura e Aplicada, ou IUPAC, havia reconhecido 118 elementos. Os primeiros 94 ocorrem naturalmente na Terra, e os outros 24 são elementos sintéticos, produzidos em reações nucleares. Com exceção dos elementos radioativos instáveis, ou radioelementos, que decaem rapidamente, quase todos estão disponíveis para uso industrial, em quantidades que variam de um elemento para outro. A descoberta e a síntese de novos elementos são objeto de pesquisa científica.

O uso e a descoberta dos elementos começaram nas primeiras sociedades humanas, com minerais nativos como carbono, enxofre, cobre e ouro, muito antes da formulação do conceito de elemento químico. As tentativas de classificar esses materiais deram origem aos elementos clássicos, à alquimia e a outras teorias. Boa parte da compreensão dos elementos se desenvolveu a partir do trabalho de Dmitri Mendeleiev, químico russo que publicou, em 1869, a primeira tabela com a organização que caracteriza a tabela periódica. Nela, os elementos são ordenados por número atômico crescente em linhas, chamadas de períodos. As colunas, chamadas de grupos, reúnem elementos cujas propriedades físicas e químicas se repetem de forma periódica. A tabela reúne propriedades dos elementos e permite aos químicos estabelecer relações entre eles, prever características de nuclídeos de existência muito breve ainda não observados e antecipar os compostos que esses elementos desconhecidos poderiam formar.

Definição O termo "elemento químico" tem dois sentidos distintos e próximos. Pode designar uma substância química formada por um único tipo de átomo, um elemento livre, ou esse tipo de átomo como constituinte de substâncias químicas. A água, H2O, por exemplo, contém os elementos hidrogênio, H, e oxigênio, O, mas não as substâncias di-hidrogênio, H2, e dioxigênio, O2. As moléculas de H2O são diferentes das moléculas de H2 e O2. Para o sentido de "substância química formada por um único tipo de átomo", foram propostos em inglês os termos elementary substance e simple substance, equivalentes a "substância elementar" e "substância simples". Eles tiveram pouca aceitação na literatura química em inglês, embora seus equivalentes sejam muito usados em outros idiomas. Em francês, por exemplo, designa o tipo de átomo, enquanto designa a substância formada por um único tipo de átomo. Em russo, a mesma distinção existe entre e .

Os elementos químicos podem ser organizados por nome, símbolo químico e propriedades, sejam elas dos átomos ou das substâncias. Como tipos de átomos, suas propriedades abrangem o número atômico, o peso atômico, os isótopos, a abundância na natureza, a energia de ionização, a afinidade eletrônica, os estados de oxidação e a eletronegatividade.Na terminologia química em russo, essas são propriedades dos elementos como tipos de átomo. Os nuclídeos radioativos podem ser ordenados pela duração de sua meia-vida. Como substâncias, os elementos têm propriedades como densidade, ponto de fusão, ponto de ebulição, condutância elétrica e condutividade térmica.Na terminologia química em russo, essas são propriedades das substâncias, entre elas as substâncias simples, formadas por um único elemento. Podem depender da temperatura, da pressão e do alótropo.

A tabela periódica é uma das formas mais práticas e tradicionais de apresentar os elementos. Ela reúne aqueles com propriedades químicas semelhantes, que em geral também têm estruturas eletrônicas semelhantes. Os elementos também podem ser classificados pela origem na Terra. Os primeiros 94 ocorrem naturalmente, enquanto aqueles com número atômico superior a 94 só foram produzidos artificialmente, por reações nucleares realizadas pelo ser humano.

Ocorrência

Os elementos mais leves são o hidrogênio e o hélio, formados pela nucleossíntese primordial nos primeiros 20 minutos do universo, em uma proporção de cerca de 3:1 em massa, ou de 12:1 em número de átomos. Também se formaram quantidades mínimas dos dois elementos seguintes, o lítio e o berílio. Quase todos os outros elementos encontrados na natureza foram produzidos por outros processos naturais de nucleossíntese. Na Terra, pequenas quantidades de novos átomos se formam naturalmente em reações nucleogênicas ou em processos cosmogênicos, como a espalação de raios cósmicos. Novos átomos também se formam como isótopos filhos radiogênicos, produtos de processos contínuos de decaimento radioativo, como o decaimento alfa, o decaimento beta, a fissão espontânea, o decaimento por emissão de aglomerados e outras modalidades mais raras.

São conhecidos 118 elementos. Nesse caso, "conhecido" significa que o elemento foi observado de forma suficiente para distingui-lo dos demais, mesmo que por apenas alguns produtos de decaimento. Entre as descobertas mais recentes, a síntese do elemento 118, que recebeu o nome de oganessônio, foi anunciada em outubro de 2006, e a do elemento 117, o tenessino, em abril de 2010. Os primeiros 94 foram detectados diretamente na Terra como nuclídeos primordiais, presentes desde a formação do Sistema Solar, ou como produtos naturais de fissão ou transmutação do urânio e do tório. Seis deles ocorrem em quantidades extremamente pequenas, o tecnécio, de número atômico 43, o promécio, de número 61, o astato, de número 85, o frâncio, de número 87, o netúnio, de número 93, e o plutônio, de número 94. Esses seis elementos também foram detectados no universo, em espectros de estrelas, fusões de estrelas de nêutrons e supernovas, onde se formam elementos radioativos de vida curta.

Dois ou mais átomos podem se unir e formar moléculas. Alguns elementos formam moléculas constituídas apenas por átomos do próprio elemento. Os átomos de hidrogênio, H, por exemplo, formam moléculas diatômicas, H2. Compostos químicos são substâncias feitas de átomos de elementos diferentes e podem ter estrutura molecular ou não molecular. Misturas são materiais que contêm substâncias químicas diferentes. No caso das substâncias moleculares, isso significa que contêm tipos diferentes de moléculas. Quando elementos diferentes participam de reações químicas, seus átomos se reorganizam em novos compostos, unidos por ligações químicas. Menos de vinte elementos, entre eles metais do grupo do ouro, do grupo da platina e do grupo do ferro, podem ser encontrados sem combinação com outros elementos, como minerais nativos relativamente puros. Quase todos os demais elementos naturais ocorrem na Terra em compostos ou misturas. O ar é sobretudo uma mistura de nitrogênio e oxigênio moleculares, mas também contém compostos como dióxido de carbono e água, além de argônio atômico. O argônio é um gás nobre quimicamente inerte, que não participa de reações químicas nas condições usuais.

Propriedades do núcleo atômico No modelo usual do átomo, um núcleo denso de prótons com carga elétrica e nêutrons eletricamente neutros fica envolto por uma nuvem de elétrons, partículas de pequena massa e carga negativa presas ao átomo pela atração elétrica. Apesar da repulsão mútua dos prótons, o núcleo se mantém unido pela força nuclear forte, que atua entre as partículas a curtas distâncias. A razão entre nêutrons e prótons determina a estabilidade do núcleo, pois uma quantidade adequada de nêutrons compensa a repulsão entre os prótons.

Nuclídeos

direita|miniaturadaimagem|Tabela de nuclídeos com o número de prótons, Z, em função do número de nêutrons, N, de cada isótopo. As cores correspondem às meias-vidas.

Um nuclídeo, ou espécie nuclear, é uma classe de átomos caracterizada pelo número de prótons, Z, pelo número de nêutrons, N, e pelo estado de energia do núcleo. Com exceção do 1H, cujo núcleo tem apenas um próton, os núcleos atômicos contêm prótons e nêutrons unidos pela força forte residual, que supera a repulsão elétrica entre os prótons. Por isso, os nêutrons são necessários para manter os prótons unidos. Quanto maior o número de prótons, maior é a proporção de nêutrons necessária para que o núcleo seja estável. Os elementos leves, até o oxigênio, têm nuclídeos estáveis com o mesmo número de nêutrons e prótons. O chumbo, por sua vez, precisa de cerca de três nêutrons para cada dois prótons.

O número atômico de um elemento é igual ao número de prótons de cada átomo e define o elemento. Todos os átomos de carbono, por exemplo, têm seis prótons no núcleo, de modo que o número atômico do carbono é 6. O número de prótons determina a carga elétrica do núcleo, que por sua vez determina o número de elétrons de um átomo em seu estado não ionizado. Os elétrons ocupam orbitais atômicos que determinam as propriedades químicas do átomo.

Isótopos são átomos do mesmo elemento, com o mesmo número de prótons no núcleo, mas números diferentes de nêutrons. Há, por exemplo, três isótopos principais do carbono. Todos têm seis prótons, mas podem ter seis, sete ou oito nêutrons. Seus números de massa são, respectivamente, 12, 13 e 14, e por isso recebem os nomes carbono-12, carbono-13 e carbono-14, escritos como 12C, 13C e 14C. O carbono natural é uma mistura de aproximadamente 98,9% de 12C, 1,1% de 13C e cerca de um átomo de 14C a cada trilhão de átomos. Em geral, o número de nêutrons no núcleo altera muito pouco as propriedades químicas de um elemento. O hidrogênio é uma exceção, pois nele o efeito isotópico cinético é acentuado. Todos os isótopos do carbono têm propriedades químicas quase idênticas porque têm seis elétrons, apesar da diferença no número de nêutrons. Por esse motivo, a característica que define um elemento é seu número atômico, e não seu número de massa ou peso atômico.

Estabilidade

direita|miniaturadaimagem|upright=1.4|Tabela periódica pelo número de isótopos estáveis, de zero, em vermelho, a sete ou mais, em azul