Что определяет химическую сущность элемента. Химические элементы

Занимает всего один листок, но в этом листке заключено огромное количество информации. В каждой клетке таблицы расположены международный символ элемента, его название (в наших таблицах – на русском языке), его порядковый номер, относительная атомная масса (для нестабильных элементов – массовое число). Как правило, цветом выделена принадлежность элементов к тому или иному семейству, а также дано строение электронных оболочек атомов. Некоторые фирмы выпускают красочные таблицы, в которых в каждой клетке помещена фотография соответствующего простого вещества, дано строение наиболее устойчивой кристаллической решетки, даны сведения о применении данного элемента. Интересно решается оформление клеточек с радиоактивными элементами. Так, в одной таблице на месте радия помещена фотография рабочего журнала Марии Кюри , открытого на той странице, где впервые появилась запись об открытии нового элемента.

Оригинальную серию из пятнадцати цветных открыток выпустила ассоциация французских химиков. На ней помещены фотографии почтовых марок, выпущенных во многих странах мира. Каждая марка посвящена очередному химическому элементу. И, конечно, почетное место занимает портрет создателя периодической системы элементов – Д.И.Менделеева и фотография первого рукописного наброска его таблицы. На марках – портреты ученых, открывших элементы, минералы, из которых эти элементы добывают, их кристаллические решетки, структурные формулы соединений... А когда владельцу этой филателистической коллекции профессору химии из университета Дижона Жану Тируфле не удавалось найти подходящую марку, он остроумно выходил из положения, прибегая к иносказанию. Так, на месте галлия помещена французская марка с поющим петушком. И это неспроста. Элемент галлий был предсказан Менделеевым (как эка-алюминий) и открыт в 1875 французским химиком Полем Эмилем Лекок де Буабодраном (P.E. Lecoq de Boisbaudran), который назвал его в честь своей родины (Gallia – латинское название Франции). Символ Франции – петух (по-французски – le coq), так что в названии элемента его первооткрыватель неявно увековечил и свою фамилию!

Еще Менделеев говорил, что таблица элементов – плод не только его собственного труда, но и усилий многих химиков, среди которых он особо отмечал «укрепителей периодического закона», открывших предсказанные им элементы. Для создания современной таблицы потребовалась напряженная многолетняя работа тысяч и тысяч химиков и физиков. Если бы Менделеев был сейчас жив, он, глядя на современную таблицу элементов, вполне мог бы повторить слова английского химика Дж.У.Меллора, автора классической 16-томной энциклопедии по неорганической и теоретической химии. Закончив в 1937, после 15-летней работы, свой труд, он написал с признательностью на титульном листе: «Посвящается рядовым огромной армии химиков. Их имена забыты, их работы остались»...

Сейчас мало кому известны имена тех, кто предложил современную шкалу атомных масс, впервые разделил мифический элемент «дидим» на празеодим и неодим, синтезировал технеций и нашел его следы в земной коре, – словом, всех, кто своим трудом внес хотя бы небольшой вклад в таблицу элементов. Но таблица – перед нами, и количество информации, которое она содержит – огромно. Начало же ее простирается вглубь веков, в античные времена, когда греческим философом Левкиппом и его знаменитым учеником Демокритом были сформулированы первые идеи об атомах.

Латинское слово элемент (elementum ) использовалось еще античными авторами (Цицерон , Овидий , Гораций), причем во многом в том же смысле, что и современное его значение – как часть чего-то (элемент речи, элемент образования и т.п.). Интересно происхождение названия этого слова. В древности было распространено изречение «Как слова состоят из букв, так и тела – из элементов». Отсюда – вероятное происхождение этого слова: по названию ряда согласных букв в латинском алфавите: l, m, n, t («el» – «em» – «en» – «tum»).

Близким по смыслу было у римлян слово principium в значении «составная часть», «начало». Древнеримский философ Тит Лукреций Кар в своей поэме О природе вещей часто употреблял термин principium (в переводе – «первоначало»). В этом смысле он очень близок современному «химическому» понятию элемента:

Что же до первоначал, то они еще больше имеют
Средств для того, чтоб из них возникали различные вещи,
Нет ни одной из вещей, доступных для нашего взора,
Чтоб она из начал состояла вполне однородных...
Первоначала вещей уносятся собственным весом
Или толчками других...

(О природе вещей. Тит Лукреций Кар)

Учение о том, что все вещества состоят из мельчайших частиц, получило название атомистической теории. Догадки древних, основанные лишь на размышлении, не так уж далеки, в принципе, от современных представлений: существует ограниченное число различных типов атомов (т.е. элементов), которые могут по-разному соединяться друг с другом, давая огромное разнообразие веществ с разными свойствами. А процесс перестройки взаимного расположения атомов составляет сущность химической реакции. Понятие об атомах, элементах – величайшее достижение человеческого разума. Очень образно об этом сказал лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман : «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это – атомная гипотеза (можно называть ее не гипотезой, а фактом, но это ничего не меняет): все тела состоят из атомов – маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В одной этой фразе... содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения».

Атомы одного сорта составляют химический элемент. Еще в 17 в. Роберт Бойль , а в следующем веке – М.В.Ломоносов и А.Л.Лавуазье ясно сформулировали понятие «элемент» как простое вещество, которое невозможно разложить на составные части химическими методами. Современное определение химического элемента очень лаконичное: элемент – это совокупность атомов с определенным зарядом ядра Z . Заряд ядра равен числу протонов в нем; именно оно определяет сущность химического элемента, его индивидуальность и отличие от всех других элементов. Поэтому следует признать, что и бесцветный легкий газ, состоящий из молекул Н 2 и положительно заряженные катионы H + в водных растворах кислот, и анионы H – в расплавах гидрида лития LiH, и протоны в физических ускорителях или в глубинах Солнца, и «холодные» нейтральные атомы Н в межзвездных пространствах – все это элемент водород (Z = 1). Более того, тяжелые разновидности водорода – дейтерий (D) и тритий (T), содержащие, помимо одного протона один или два нейтрона, а также искусственно полученные сверхтяжелые атомы 4 H и 5 H также относятся к элементу водороду.

Всего в природе найдено 90 различных элементов, и еще более 20 получено искусственно. В природе химические элементы входят в состав простых и сложных веществ. Простые вещества образованы атомами одного и того же химического элемента, тогда как сложные вещества содержат атомы двух и более элементов.

Очень образно о различии понятий элемента и простого вещества написал американский химик Александр Смит, автор одного из лучших учебников неорганический химии начала 20 в.: «Правильно будет, если мы будем говорить об элементе железе и об элементе сере в сернистом железе; но никогда химик не скажет, что это соединение содержит простые вещества: железо и серу. Если бы он это сказал, то мы бы поняли его так, что данный материал представляет собой не соединение, а смесь; мы стали бы ожидать, что одни части этого материала магнитны, подобно железу, а другие части имеют желтый цвет и растворяются в сероуглероде – чего в действительности нет».

Но и простые вещества, оказывается, не так «просты»: большинство элементов могут образовать несколько простых тел. По определению, данному в Химической энциклопедии, простое вещество – это форма существования химического элемента, отличающаяся числом атомов в молекулах (например, кислород О 2 и озон О 3), типом кристаллической решетки (например, модификации углерода – графит, алмаз, карбин) или другими свойствами. Так что в газообразном водороде при комнатной температуре содержатся два простых вещества – две разновидности водорода (ортоводород и параводород); они отличаются взаимным расположением спинов ядер (см . МОМЕНТЫ АТОМОВ И ЯДЕР) и водород можно разделить на два простых вещества, отличающиеся по своим физическим свойствам (например, теплоемкостями). И даже такие газы, как H 2 , D 2 , T 2 , HD, HT, DT, следует считать разными простыми веществами, поскольку каждый газ содержит атомы только одного элемента – водорода, а свойства их сильно различаются. Несколько простых веществ образуют молекулы О 2: две разновидности газообразного кислорода (их называют синглетным и триплетным, они различаются электронным строением и реакционной способностью), и по меньшей мере четыре (!) разновидности твердого кислорода (вообще, наличие нескольких кристаллических модификаций для одного элемента – скорее правило, чем исключение). А еще существует озон... Не удивительно, что число известных простых веществ во много раз превышает число известных элементов.

В русском языке для обозначения как элементов, так и простых веществ, как правило, используются одни и те же термины. Химиков это не очень затрудняет, так как по контексту почти всегда ясно, о чем идет речь. Так, говоря «медная монета», «выплавка меди из руд», «высокая электропроводность меди», всегда подразумевают металлическую медь – простое вещество. Говоря же о малом распространении меди в природе, имеют в виду вовсе не металл (самородная медь – исключительно редкий минерал), а элемент медь, атомы которого могут входить в различные минералы. Утверждая, что «медь занимает в периодической таблице место между никелем и цинком», химик также имеет в виду не кусочки металла в клетках таблицы, а элемент медь как совокупность ее атомов с зарядом ядра Z = 29.

Разные термины для элемента и образуемых им простых веществ встречаются редко. Кроме дейтерия и трития, следует упомянуть углерод. Углерод – «рождающий уголь», но это не сам уголь, а химический элемент. Углерод содержится в океанской воде и атмосфере, в теле человека и животных, во многих минералах. Стержень же карандаша и украшение на перстне изготовлены из простых веществ – графита и алмаза. Сейчас известны и другие простые вещества, образованные элементом углеродом – лонсдейлит, карбин, различные фуллерены , нанотрубки (фуллерены и нанотрубки часто объединяют под одним названием «фуллерит»).

Понятие простого вещества, как и многие другие основные понятия химии, отчасти условно. Ведь «железный» гвоздь сделан вовсе не из железа, а из низкоуглеродистой стали, содержащей небольшое количество углерода. Золотая монета содержит не менее 10% меди или серебра (чистое золото очень мягкое). И даже чистейший полупроводниковый кремний содержит ничтожные количества атомов других элементов. Число окружающих нас в быту относительно чистых простых веществ невелико: это алюминий и медь в проводах, вольфрам, молибден, криптон в электрических лампочках, водород и гелий в воздушных шариках, серебро, золото, платина, палладий в высокопробных ювелирных изделиях и монетах, ртуть в термометре, олово на консервной банке, хром и никель на металлических изделиях, сера для борьбы с вредителями растений, цинк в электрических батарейках...

Атомы (вернее ядра) любого химического элемента построены из целого числа простейших «кирпичиков» – ядер атомов водорода (протонов) и незаряженных нейтронов. Число протонов определяет, какому конкретно элементу принадлежит данное ядро. А вот число протонов в ядрах атомов данного элемента может быть разным (сумма протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом). Разновидности атомов данного элемента, различающиеся числом нейтронов в ядре и, следовательно, массой, называются изотопами. Этот термин был предложен в 1910 английским химиком Фредериком Содди, который произвел его от греческих слов isos – равный, одинаковый и topos – место, т.е. занимающие одну и ту же клетку в периодической таблице. Разные изотопы данного элемента называют так же, как и сам элемент с прибавлением массового числа: хлор-35, хлор-37. Обозначают же изотопы символами соответствующего элемента с указанием вверху слева массового числа: 35 Cl, 37 Cl и т.д. Конкретное же ядро (или атом) с определенным значением массового числа называется нуклидом (от латинского nucleus – ядро). Поэтому правильным будет такое утверждение: природный хлор представлен двумя изотопами, кислород – тремя (нуклиды 16 О, 17 О и 18 О), сера – четырьмя, титан – пятью, кальций – шестью, молибден – семью, кадмий – восемью, ксенон – девятью, а рекорд принадлежит олову – оно имеет десять изотопов (нуклиды от 112 Sn до 124 Sn за исключением 113 Sn, 121 Sn и 123 Sn. Некоторые элементы в природе представлены лишь одним нуклидом – это 9 Be, 19 F, 23 Na, 27 Al, 31 P, 45 Sc, 59 Co, 75 As, 89 Y, 93 Nb, 103 Rh, 127 I, 133 Cs, 141 Pr, 159 Tb, 165 Ho, 169 Tm, 197 Au, 209 Bi (приведены лишь стабильные, то есть нерадиоактивные нуклиды). Обращает на себя внимание, что все так называемые «элементы-одиночки» представлены нуклидами с нечетным массовым числом.

Во времена Содди изотопами называли различные радиоактивные разновидности атомов данного элемента. При этом принадлежность конкретного нуклида данному элементу часто была неизвестна, и многие из них имели свои названия, например, RaA (нуклид 218 Po), RaB (214 Pb), RaC (214 Bi), RaC" (214 Po), RaC"" (210 Tl), RaD (210 Pb), RaE (210 Bi), два «мезотория»: MsTh 1 (нуклид 228 Ra) и MsTh 2 (нуклид 228 Ac) «радиоторий» RdTh (нуклид 228 Th), газообразные изотопы радона – «эманации» (от латинского emanatio – истечение): эманация радия RaEm (нуклид 222 Rn), актиния AcEm (нуклид 219 Rn) и тория ThEm (нуклид 220 Rn) и т.д. Некоторые из этих названий до сих пор иногда используются в радиохимии. В настоящее время разные названия общеприняты только для изотопов водорода – протий (1 Н), дейтерий (2 Н или D), тритий (3 Н или Т). Происходит это потому, что водород – один из важнейших элементов, а разные его изотопы очень сильно – в несколько раз – различаются по массе и потому имеют не только разные физические свойства, но и различную реакционную способность. Например, дейтерий и его соединения обычно обладают меньшей реакционной способностью и реагируют медленнее, чем легкий изотоп (кинетический изотопный эффект). В настоящее время известно около 280 стабильных и более 2000 радиоактивных изотопов химических элементов.

Илья Леенсон

Химическим элементом называется вид атомов с определенной величиной положительного заряда ядра и определенной совокупностью свойств.

В настоящее время известно 112 химических элементов. Одни элементы используются человеком с древних времен, другие открыты в природе в 18 – 20 вв. Около 20 элементов в природе не существуют, они получены искусственно с помощью ядерных реакций.

Все элементы имеют названия и символы. Символ элемента – это его обозначение первой буквой или двумя первыми буквами латинского названия химического элемента.

Великий русский химик Д.И. Менделеев установил, что между всеми химическими элементами существует закономерная связь, которую он назвал периодическим законом (1869). Наглядным отображением этого закона является известная всем таблица – Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. В ней приведены символы, названия и важнейшие характеристики элементов.

Примечание. Символы многих химических элементов понятны, потому что их русские и латинские названия созвучны, например Са – кальций (Calzium), Na – натрий (Natrium) и т.д. Но у некоторых элементов русские и латинские названия сильно отличаются, например, Fe – железо (Ferrum), Au – золото (Aurum), Ag – серебро (Argentum), O – кислород (Oxigenium), H – водород (Hidrogenium), C – углерод (Carboneum) и т.д. В справочнике, который рекомендуется использовать при изучении химии (Стась Н.Ф. Справочник по общей и неорганической химии), приведены две формы Периодической системы (8-клеточная и 18-клеточная) и таблица с русскими, латинскими, английскими, немецкими и французскими названиями химических элементов.

Если число химических элементов 112, а элемент – это вид атома, то должно существовать 112 видов атома. В действительности это не так. Установлено, что почти каждый химический элемент является совокупностью нескольких изотопов. Изотопами называются атомы, обладающие одинаковым зарядом ядра, но разным числом нейтронов в ядре. Изотопы обозначаются символами химических элементов с индексом слева вверху, который показывает массовое число. Массовым числом атома (изотопа) называется сумма протонов и нейтронов, содержащихся в ядре атома, например: 35 Cl, 37 Cl, 29 Mg, 29 Mg, 29 Mg и т.д.

Масса ядра атома (изотопа) всегда несколько меньше, чем массовое число. Уменьшение массы при образовании атомных ядер (дефект массы ) объясняется тем, что в ядрах атомов действуют огромные силы притяжения между протонами и нейтронами. Возникновение этих сил сопровождается дефектом массы согласно теории относительности Эйнштейна.

Массовое число любого изотопа – целое число, а атомная масса элемента – нет. Объясняется это тем, что атомная масса элемента – средняя величина атомных масс его изотопов с учетом их распространенности в природе.

Пример 1. Вычислите атомную массу..., который имеет ….изотопа

3. Простые вещества и соединения

Простыми называются вещества, в состав которых входят атомы одного и того же химического элемента.

Простое вещество и химический элемент – это не тождественные понятия, хотя такое отождествление иногда ошибочно делается. Исторически сложилось так, что простые вещества называются также как и химические элементы, но это не одно и то же. Например, говорят: 1) в состав воды (H 2 O) входит кислород; 2) мы дышим кислородом. В первом случае речь идет о химическом элементе кислороде, а во втором – о веществе О 2 , который находится в воздухе.

Если бы понятия «химический элемент» и «простое вещество» были тождественными понятиями, то простых веществ было бы столько же, сколько химических элементов (112), но в действительности их несколько сотен. Объясняется это тем, что многие элементы образуют не одно, а несколько простых веществ. Это явление называется аллотропией. Различные простые вещества, образованные одним и тем же химическим элементом, называются аллотропическими модификациями (видоизменениями) этого вещества. Они отличаются составом молекул (О 2 , О 3), кристаллическим строением (алмаз, графит) или и тем и другим (белый фосфор – молекулы Р 4 , красный – полимерное вещество).

Сложными называются вещества, в состав которых входят атомы различных химических элементов. Сложные вещества называются химическими соединениями . Они подразделяются на органические (их изучает органическая химия) и неорганические.

Неорганические соединения разнообразны по составу и свойствам. В химической практике чаще всего приходится иметь дело с четырьмя классами неорганических соединений: оксидами, основаниями, кислотами и солями. Эти классы неорганических соединений называются важнейшими или основными. Каждый класс важнейших соединений, в свою очередь, подразделяется на группы веществ, близких по свойствам. Классификации, свойствам и номенклатуре неорганических соединений посвящена следующая глава этого пособия.

В химических реакциях происходят превращения одних веществ в другие. Чтобы понять, как это происходит, нужно вспомнить из курса природоведения и физики, что вещества состоят из атомов. Существует ограниченное число видов атомов. Атомы могут различным образом соединяться друг с другом. Как при складывании букв алфавита образуются сотни тысяч разных слов, так из одних и тех же атомов образуются молекулы или кристаллы разных веществ. Атомы могут образовать молекулы – мельчайшие частицы вещества, которые сохраняют его свойства. Известно, например, несколько веществ, образованных всего из двух видов атомов – атомов кислорода и атомов водорода, но разными видами молекул. К числу таких веществ относятся вода, водород и кислород. Молекула воды состоит из трех частиц, связанных друг с другом. Это и есть атомы. К атому кислорода (атомы кислорода обозначаются в химии буквой О) присоединены два атома водорода (они обозначаются буквой Н). Молекула кислорода состоит из двух атомов кислорода; молекула водорода – из двух атомов водорода. Молекулы могут образовываться в ходе химических превращений, а могут и распадаться. Так, каждая молекула воды распадается на два атома водорода и один атом кислорода. Две молекулы воды образуют вдвое больше атомов водорода и кислорода. Одинаковые атомы связываются попарно в молекулы новых веществ – водород и кислород. Молекулы, таким образом, разрушаются, а атомы сохраняются. Отсюда и произошло слово «атом», что значит в переводе с древнегреческого «неделимый». Атомы – это мельчайшие химически неделимые частицы вещества В химических превращениях образуются другие вещества из тех же атомов, из которых состояли исходные вещества. Как микробы стали доступны наблюдению с изобретением микроскопа, так атомы и молекулы – с изобретением приборов, дающих еще большее увеличение и даже позволяющих атомы и молекулы фотографировать. На таких фотографиях атомы выглядят в виде расплывчатых пятен, а молекулы – в виде сочетания таких пятен. Однако существуют и такие явления, при которых атомы делятся, атомы одного вида превращаются в атомы других видов. При этом получены искусственно и такие атомы, которые в природе не найдены. Но эти явления изучаются не химией, а другой наукой – ядерной физикой. Как уже говорилось, существуют и другие вещества, в состав которых входят атомы водорода и кислорода. Но, независимо от того, входят эти атомы в состав молекул воды, или в состав других веществ – это атомы одного и того же химического элемента. Химический элемент – определенный вид атомов Сколько всего существует видов атомов? На сегодняшний день человеку достоверно известно о существовании 118 видов атомов, то есть 118 химических элементов. Из них в природе встречаются 90 видов атомов, остальные получены искусственно в лабораториях.

Символы химических элементов

В химии для обозначения химических элементов используют химическую символику. Это язык химии . Для понимания речи на любом языке необходимо знать буквы, в химии точно так же. Чтобы понимать и описывать свойства веществ, и изменения, происходящие с ними, прежде всего, необходимо знать символы химических элементов. В эпоху алхимии химических элементов было известно намного меньше, чем сейчас. Алхимики отождествляли их с планетами, различными животными, античными божествами. В настоящее время во всем мире пользуются системой обозначений, введенной шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом. В его системе химические элементы обозначают начальной или одной из последующих букв латинского названия данного элемента. Например, элемент серебро обозначается символом – Ag (лат. Argentum). Ниже приведены символы, произношения символов, и названия наиболее распространенных химических элементов. Их нужно заучить на память!

Русский химик Дмитрий Иванович Менделеев первым упорядочил разнообразие химических элементов, и на основании открытого им Периодического Закона составил Периодическую Систему химических элементов. Как устроена Периодическая Система химических элементов? На рисунке 58 изображен короткопериодный вариант Периодической Системы. Периодическая Система состоит из вертикальных столбцов и горизонтальных строк. Горизонтальные строки называются периодами. На сегодняшний день все известные элементы размещаются в семи периодах. Периоды обозначают арабскими цифрами от 1 до 7. Периоды 1–3 состоят из одного ряда элементов – их называют малыми. Периоды 4–7 состоят из двух рядов элементов, их называют большими. Вертикальные столбцы Периодической Системы называют группами элементов. Всего групп восемь, и для их обозначения используют римские цифры от I до VIII. Выделяют главные и побочные подгруппы. Периодическая Система – универсальный справочник химика, с ее помощью можно получить информацию о химических элементах. Существует еще один вид Периодической Системы – длиннопериодный. В длиннопериодной форме Периодической Системы элементы сгруппированы иначе, и распределены на 18 групп. В данном варианте Периодической Системы элементы сгруппированы по «семействам», то есть в каждой группе элементов расположены элементы со сходными, похожими свойствами. В данном варианте Периодической Системы , номера групп, как и периодов, обозначают арабскими цифрами. Периодическая Система химических элементов Д.И. Менделеева Характеристики элемента в Периодической Системе

Распространенность химических элементов в природе

Атомы элементов, встречающихся в природе, распределенные в ней очень неравномерно. В космосе самым распространенным элементом является водород – первый элемент Периодической Системы. На его долю приходится около 93% всех атомов Вселенной. Около 6,9% составляют атомы гелия – второго элемента Периодической Системы. Остальные 0,1% приходится на все остальные элементы. Распространенность химических элементов в земной коре значительно отличается от их распространенности во Вселенной. В земной коре больше всего атомов кислорода и кремния. Вместе с алюминием и железом они формируют основные соединения земной коры. А железо и никель – основные элементы, из которых состоит ядро нашей планеты. Живые организмы также состоят из атомов различных химических элементов. В организме человека больше всего содержится атомов углерода, водорода, кислорода и азота.

Делаем выводы из статьи про Химические элементы.

• Химический элемент – определенный вид атомов
• На сегодняшний день человеку достоверно известно о существовании 118 видов атомов, то есть 118 химических элементов. Из них в природе встречаются 90 видов атомов, остальные – получены искусственно в лабораториях
• Существует два варианта Периодической Системы химических элементов Д.И. Менделеева – короткопериодный и длиннопериодный
• Современная химическая символика образована от латинских названий химических элементов
• Периоды – горизонтальные строки Периодической Системы. Периоды разделяют на малые и большие
• Группы – вертикальные строки периодической таблицы. Группы разделяют на главные и побочные

]]>

Инструкция

Лавуазье отнес к элементам ряд простых веществ – все известные к тому времени металлы, а также фосфор, серу, водород, кислород, азот. Помимо этого, он отнес к элементам свет, теплород и. «солеобразующие землистые вещества». Разумеется, с позиции сегодняшнего дня, многие его утверждения кажутся наивными, но для того времени это был большой шаг вперед.

В первой половине 10-го века, усилиями Дальтона и других известных ученых, атомно-молекулярная гипотеза элементов. Она рассматривает любой химический элемент как отдельный вид атомов, а простые и сложные вещества, как состоящие, соответственно, из атомов одного или разных видов.

Дальтону же принадлежит в определении атомного веса элемента, как важнейшего показателя, от которого напрямую зависят его . Другой химик – Берцелиус - провел большую работу по определению атомных весов элементов. Это во многом способствовало открытию Периодического закона Менделеевым. К этому моменту, было известно 63 элемента. С помощью Периодического закона, стало возможным предсказывать физико-химические свойства еще не открытых элементов.

Каждому элементу в Таблице Менделеева отведено строго определенное место. Он имеет как полное название, так и сокращенную форму записи – символ, состоящий из одной или двух латинских букв, взятых из латинского же названия элемента. Например, Fe (ferrum, железо), Сu (сuprum, медь), Н (hydrogenium, водород). Возле символа элемента располагается следующая информация о нем: порядковый номер, соответствующий количеству протонов в ядре, атомная масса, распределение электронов по энергетическим уровням, электронная конфигурация.

Видео по теме

Абсолютно все, что нас окружает, облака, лес или новенький автомобиль, состоит из чередования мельчайших атомов. Атомы отличаются размером, массой, сложностью строения. Даже принадлежащие к одному виду, атомы могут незначительно различаться. Чтобы навести порядок во всем этом многообразии, ученые придумали такое понятие, как химический элемент. Этим термином принято обозначать постоянное соединение атомов с одинаковым количеством протонов, то есть с постоянным зарядом ядра.

Во время любого возможного взаимодействия между собой атомы химических элементов не изменяются, трансформируются только связи между ними. Например, если на кухне привычным жестом зажечь газовую конфорку, произойдет химическая реакция между элементами. При этом метан (СН4) вступает в реакцию с кислородом (О2), образуя диоксид углерода (СО2) и воду, точнее, водяной пар (Н2О). Но во время этого взаимодействия не было образовано ни одного нового химического элемента, а вот связи между ними изменились.

Систематизация элементов

Впервые идея о существовании постоянных, не изменяющихся химических элементов возникла у знаменитого противника алхимии Роберта Бойля в далеком 1668 году. В своей книге он рассматривал свойства всего 15 элементов, но допускал существование, новых, еще не открытых учеными.

Примерно через 100 лет гениальный химик из Франции, Антуан Лавуазье, создал и опубликован перечень уже из 35 элементов. Правда, не все из них оказались неделимыми, но это запустило процесс поиска, в который включились ученые всей Европы. Среди задач было не только распознавание постоянных атомных соединений, но и возможная систематизация уже определенных элементов.

Впервые о возможной связи между атомной массой элементов и их расположением задумался гениальный русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев. Гипотеза занимала его долгое время, но логичную строгую последовательность расположения известных элементов создать не получалось. Основную идею своего открытия Менделеев представил в 1869 году в докладе Русскому химическому обществу, но наглядно продемонстрировать свои выводы он тогда не смог.

Существует легенда, что ученый в течение трех суток кропотливо работал над созданием таблицы, не отвлекаясь даже на сон и еду. Не выдержав напряжения, ученый задремал и именно во сне увидел систематизированную таблицу, в которой элементы заняли свои места согласно своей атомной массе. Конечно, легенда о сне звучит очень увлекательно, но Менделеев размышлял над своей гипотезой больше двадцати лет, поэтому и результат получился настолько исключительным.

Открытие новых элементов

Работу над природой химических элементов Дмитрий Менделеев продолжал и после признания своего открытия. Он смог доказать, что существует прямая зависимость между расположением элемента в системе и совокупности его свойств в сравнении с другими типами элементов. В далеком XVII веке он смог предсказать скорое открытие новых элементов, для которых предусмотрительно оставил пустые клеточки в своей таблице.

Гений оказался прав, вскоре последовали новые открытия, за недолгие семьдесят лет были обнаружены еще девять новых элементов, среди которых легкие металлы галлий (Ga) и скандий (Sc), плотный металл рений (Re), полупроводник германий (Ge) и опасный радиоактивный полоний (Po). Кстати, в 1900 году было принято решение о внесении в таблицу инертных газов, которые имеют низкую химическую активность и почти не вступают в реакцию с другими элементами. Их принято называть нулевыми элементами.

Исследование и поиск новых стабильных соединений атомов продолжалось и сейчас в перечне насчитывается 117 химических элементов. Однако происхождение их отличается, только 94 из них были обнаружены в естественной природе, а остальные 23 новых вещества были синтезированы учеными в ходе изучения процессов ядерных реакций. Большинство этих искусственно полученных соединений быстро распадаются на более простые соединения. Поэтому их считают нестабильными химическими элементами и в таблице для них указывают не относительную атомную массу, а массовое число.

У каждого химического элемента есть собственное уникальное название, состоящее из одной или нескольких букв его латинского наименования. Во всех странах мира принята единые правила и символы описания элемента, у каждого обозначено его место и порядковый номер в таблице.

Распространение в космосе

Специалистам современной науки известно, что количество и распределение одних и тех же элементов на планете Земля и в просторах Вселенной очень отличается.

Так, в космосе самыми часто встречающимися соединениями атомов являются водород (H) и гелий (He). В недрах не только далеких звезд, но и нашего светила, идут постоянные термоядерные реакции с участием водорода. Под воздействием немыслимо высоких температур четыре ядра водорода сливаются, образуя гелий. Так из самых простых элементов получаются более сложные. Высвобождающаяся при этом энергия выбрасывается в открытый космос. Все обитатели нашей планеты ощущают эту энергию как свет и тепло солнечных лучей.

Ученые с помощью метода спектрального анализа выяснили, что Солнце на 75% состоит из водорода, на 24 % из гелия и только оставшийся 1% всей огромной массы звезды содержит другие элементы. Также огромное количество молекулярного и атомного водорода рассеяны в кажущемся пустым космическом пространстве.

В составе планет, комет и астероидов обнаруживают кислород, углерод, азот, серу и другие легкие элементы. Часто встречается конечный продукт "жизни" большинства звезд, привычное нам железо. Ведь, как только ядро звезды начинает синтезировать этот элемент, она обречена. Ученые смогли найти в космосе огромное количество лития, причины появления которого до сих пор не изучены. Намного реже встречаются следы таких металлов как золото и титан, они образовываются только при взрывах очень массивных звезд.

А как на нашей планете

На каменистых планетах, подобных Земле, распространение химических элементов совсем другое. Причем они не находятся в статичном состоянии, а постоянно взаимодействуют между собой. Например, на Земле большое количество растворенных газов переносится водами Мирового океана, а живые организмы и их жизнедеятельность привели к значительному увеличению количества кислорода. Путем длительных расчетов ученые определили, что именно этот необходимый для жизни элемент составляет 50% всех веществ на планете. Неудивительно, ведь он входит в состав многих горных пород, соленой и пресной воды, атмосферы и клеток живых организмов. Каждая живая клетка любого создания почти на 65% состоит из кислорода.

На втором месте по распространенности находится кремний, который занимает 25 % всей земной коры. Его невозможно найти в чистом виде, зато в разных пропорциях этот элемент входит в состав всех имеющихся на Земле соединений. А вот водорода, которого так много в космическом пространстве, в земной коре очень мало, всего 0,9 %. В воде его содержание незначительно больше, почти 12 %.

Химический состав атмосферы, коры и ядра нашей планеты довольно разный, например, железо и никель сосредоточены в основном в расплавленном ядре, а основная часть легких газов постоянно находится в атмосфере или воде.

Реже всего на Земле встречается лютеций (Lu), редкий тяжелый элемент, доля которого составляет всего 0,00008 % массы земной коры. Его открыли в 1907 году, но практического применения этот самый тугоплавкий элемент пока не получил.

Источники:

• Энциклопедия "Кругосвет" Статья "Элементы химические"

Каждый химический элемент - это совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер и одинаковым числом электронов в атомной оболочке. Ядро атома состоит из протонов, число которых равно атомному номеру элемента, и нейтронов, число которых может быть различным. Разновидности атомов одного и того же химического Элемента, имеющие различные массовые числа (равные сумме масс протонов и нейтронов, образующих ядро), называется изотопами. В природе многие химические Элементы представлены двумя или большим числом изотопов. Известно 276 стабильных изотопов, принадлежащих 81 природному химическому Элементу, и около 2000 радиоактивных изотопов. Изотопный состав природных элементов на Земле, как правило, постоянен; поэтому каждый элемент имеет практически постоянную атомную массу, являющуюся одной из важнейших характеристик элемента. Известно более 110 химических Элементов, они, преимущественно нерадиоактивные, создают все многообразие простых и сложных веществ. Простое вещество - форма существования элемента в свободном виде. Некоторые химические Элементы существуют в двух или более аллотропных модификациях (например, углерод в виде графита и алмаза), различающихся по физическим и химическим свойствам; число простых веществ достигает 400. Иногда понятия "элемент" и - "простое вещество" отождествляются, поскольку в подавляющем большинстве случаев нет различия в названиях химических Элементов и образуемых ими простых веществ; "...тем не менее в понятиях такое различие должно всегда существовать", - писал в 1869 году Д. И. Менделеев. Тейлор Г. Основы органической химии для студентов нехимических специальностей.- М.:1989. Сложное вещество - химическое соединение - состоит из химически связанных атомов двух или нескольких различных элементов; известно более 100 тыс. неорганических и миллионы органических соединений. Для обозначения химических элементов служат химические знаки, состоящие из первой или первой и одной из последующих букв латинского названия элемента (С одним исключением, вторая буква химического Элемента Кюрия, названного в честь Марии Складовской-Кюри, "m" означает Мария). В химических формулах и химических уравнениях каждый такой знак (символ) выражает, кроме названия элемента, относительную массу химического Элемента, равную его атомной массе. Изучение химических Элементов составляет предмет химии, в частности неорганической химии. Артеменко А.И. Органическая химия.- М., 2007

Историческая справка. В донаучный период химии как нечто непреложное принималось учение Эмпедокла о том, что основу всего сущего составляют четыре стихии: огонь, воздух, вода, земля. Это учение, развитое Аристотелем, полностью восприняли алхимики. В 8-9 веках они дополнили его представлением о сере (начале горючести) и ртути (начале металличности) как составных частях всех металлов. В 16 веке возникло представление о соли как начале нелетучести, огнепостоянства. Против учения о 4 стихиях и 3 началах выступил Р. Бойль, который в 1661 году дал первое научное определение химических элементов как простых веществ, которые не состоят из каких-либо других веществ или друг из друга и образуют все смешанные (сложные) тела. В 18 веке почти всеобщее признание получила гипотеза И. И. Бехера и Г. Э. Шталя, согласно которой тела природы состоят из воды, земли и начала горючести - флогистона. В конце 18 века эта гипотеза была опровергнута работами А. Л. Лавуазье. Он определил химические Элементы как вещества, которые не удалось разложить на более простые и из которых состоят другие (сложные) вещества, то есть по существу повторил формулировку Бойля. Но, в отличие от него, Лавуазье дал первый в истории науки перечень реальных химических Элементов. В него вошли все известные тогда (1789) неметаллы (О, N, H, S, Р, С), металлы (Ag, As, Bi, Co, Ca, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn), а также "радикалы" [муриевый (Cl), плавиковый (F) и борный (В)] и "земли" - еще не разложенные известь СаО, магнезия MgO, барит ВаО, глинозем Аl2О2 и кремнезем SiO2 (Лавуазье полагал, что "земли" - вещества сложные, но пока это не было доказано на опыте, считал их химическими Элементами). Как дань времени он включил в список химических Элементов невесомые "флюиды" - свет и теплород. Едкие щелочи NaOH и KOH он считал веществами сложными, хотя разложить их электролизом удалось позже - только в 1807 году (Г. Дэви). Разработка Дж. Дальтоном атомной теории имела одним из следствий уточнение понятия элемента как вида атомов с одинаковой относительной массой (атомным весом). Дальтон в 1803 составил первую таблицу атомных масс (отнесенных к массе атома водорода, принятой за единицу) пяти химических Элементов (О, N, С, S, P). Тем самым Дальтон положил начало признанию атомной массы как главной характеристики элемента. Дальтон, следуя Лавуазье, считал химические Элементы веществами не разложимыми на более простые Артеменко А.И. Органическая химия.- М., 2007.

Последующее быстрое развитие химии привело, в частности, к открытию большого числа химических Элементов. В списке Лавуазье было всего 25 химических Элементов, включая "радикалы", но не считая "флюидов" и "земель". Ко времени открытия периодического закона Менделеева (1869) было известно уже 63 элемента. Открытие Д. И. Менделеева позволило предвидеть существование и свойства ряда неизвестных тогда химических Элементов и явилось основой для установления их взаимосвязи и классификации. Открытие радиоактивности в конце 19 века поколебало более чем столетнее убеждение в том, что атомы нельзя разложить. В связи с этим почти до середины 20 века продолжалась дискуссия о том, что такое химические Элементы. Конец ей положила современное теория строения атома, которая позволила дать строго объективную дефиницию химических Элементов, приведенную в начале статьи.

Распространенность в природе. Распространенность химических Элементов в космосе определяется нуклеогенезом внутри звезд. Образование ядер химических Элементов связано с различными ядерными процессами в звездах. Поэтому на разных этапах своей эволюции различные звезды и звездные системы имеют неодинаковый химические состав. Распространенность и распределение химических Элементов во Вселенной, процессы сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества, химические состав космических тел изучает космохимия. Основную массу космического вещества составляют H и He (99,9%). Наиболее разработанной частью космохимии является геохимия Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия.- М., 2003.

Из 111 химических Элементов только 89 обнаружены в природе, остальные, а именно технеций (атомный номер Z = 43), прометий (Z = 61), астат (Z = 85), франций (Z = 87) и трансурановые элементы, получены искусственно посредством ядерных реакций (ничтожные количества Тс, Pm, Np, Fr образуются при спонтанном делении урана и присутствуют в урановых рудах). В доступной части Земли наиболее распространены 10 элементов с атомными номерами в интервале от 8 до 26. В земной коре они содержатся в следующих относительных количествах:

Классификация и свойства Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия.- М., 2003. Наиболее совершенную естественную классификацию химических элементов, раскрывающую их взаимосвязь и показывающую изменение их свойств в зависимости от атомных номеров, дает периодическая система элементов Д. И. Менделеева. По свойствам химические Элементы делятся на металлы и неметаллы, причем периодическая система позволяет провести границу между ними. Для химических свойств металлов наиболее характерна проявляемая при химических реакциях способность отдавать внешние электроны и образовывать катионы, для неметаллов - способность присоединять электроны и образовывать анионы. Неметаллы характеризуются высокой электроотрицателъностью. Различают химические элементы главных подгрупп, или непереходные элементы, в которых идет последовательное заполнение электронных подоболочек s и р, и химические элементы побочных подгрупп, или переходные, в которых идет достраивание d- и f-подоболочек. При комнатной температуре два химических элемента существуют в жидком состоянии (Hg и Вг), одиннадцать - в газообразном (Н, N, О, F, Cl, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), остальные - в виде твердых тел, причем температура плавления их колеблется в очень широких пределах - от около 30 °С (Cs 28,5 °С; Ga 29,8 °С) до 3000 °С и выше (Та 2996 °С; W 3410 °С; графит около 3800 °С) Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия.- М., 2003.