由题意可知，最外层电子数与元素的化学性质关系最密切．因为物质参加化学反应时发生作用（得失电子）的一般只是最外层电子，所以与元素化学性质的关系最密切的是原子核外的最外层电子数，与元素的相对原子质量、原子核内的中子数、原子核内的质子数无关．

故选D．