Gli elementi sono le più piccole unità di materia che non possono essere ulteriormente ripartite da processi chimici. Ci sono 118 elementi noti, ma non tutti sono presenti in natura, e meno ancora sono essenziali per la vita. La materia viva è composta principalmente da carbonio, azoto, idrogeno e ossigeno, con piccole quantità di altri elementi come calcio, fosforo, potassio e zolfo. Anche altri elementi sono necessari per la vita, ma solo in quantità di tracce.
La tavola periodica organizza gli elementi in base alle loro proprietà fisiche e chimiche. Il numero atomico di un elemento corrisponde al numero di protoni trovati nel suo nucleo, e ogni quadrato nella tabella periodica fornisce anche il nome completo, il simbolo chimico e il peso atomico di un elemento. Il numero di protoni fornisce informazioni sulle dimensioni di un elemento, ma non è l’unico principio organizzativo alla base della struttura della tavola periodica. Gli elementi sono organizzati in colonne (gruppi) e righe (periodi) in base ad altre proprietà fisiche e chimiche, come la reattività, la posizione dei loro elettroni più esterni e la capacità di fare determinati tipi di legami. Gli elementi dello stesso gruppo (cioè la colonna) variano di dimensioni ma hanno molte proprietà chimiche in comune tra loro. Al contrario, gli elementi dello stesso periodo (cioè la riga) hanno dimensioni più simili e hanno i loro elettroni situati in un livello simile, ma variano notevolmente nelle loro proprietà chimiche.
Ogni vita sulla Terra contiene gli elementi ossigeno, carbonio, idrogeno e azoto. Più precisamente, il 96% del corpo umano è costituito da questi quattro elementi. Il restante 4% è composto principalmente da calcio, fosforo, potassio, zolfo, sodio, cloro e magnesio, in ordine di relativa abbondanza. Inoltre, alcuni elementi sono essenziali per gli esseri umani, ma si trovano nel corpo in quantità inferiori allo 0.01%; questi sono chiamati “trace elements” (elementi traccia). Anche se sono presenti solo in piccole quantità, i trace elements sono critici per la salute. Il ferro, ad esempio, svolge un ruolo essenziale nei globuli rossi, contribuendo a legare l’ossigeno in modo che possa essere trasportato in tutto il sistema circolatorio. Troppo poco ferro può provocare anemia da carenza di ferro, che è caratterizzata da sintomi che derivano da una mancanza di ossigeno, tra cui affaticamento, mancanza di respiro, debolezza e ritmi cardiaci irregolari.
Alcuni elementi hanno effetti nocivi per la salute anche in piccole dosi. Il mercurio, ad esempio, è uno dei numerosi metalli pesanti che possono produrre una serie di sintomi in piccole dosi, a seconda del tessuto interessato, e provocare la morte in dosi più grandi. Può accumularsi nel tempo nei tessuti degli organismi multicellulari, quindi l’esposizione ripetuta è una preoccupante. Nuovi modi per rimuovere i contaminanti di metalli pesanti dall’ambiente utilizzando metodi biologici, la “biorimediazione”, richiede una ricerca per comprendere sia la chimica dei contaminanti che la biologia dei primi organismi che influenzano. I metalli pesanti spesso entrano nella rete alimentare a livello dei produttori primari prima di influenzare gli organismi a livelli trofici più elevati come gli esseri umani.
