Хімічний елемент - це ... Періодична система хімічних елементів

Хімічний елемент - це збірний термін, що описує сукупність атомів простого речовини, т. Е. Такого, яке не може бути розділене на будь-які більш прості (за структурою їх молекул) складові. Уявіть собі, що ви отримуєте шматок чистого заліза з проханням розділити його на гіпотетичні складові за допомогою будь-якого пристрою або методу, коли-небудь винайденого хіміками. Однак ви нічого не зможете зробити, ніколи залізо не розділиться на що-небудь простіше. Простому речовини - залозу - відповідає хімічний елемент Fe.

теоретичне визначення

Зазначений вище експериментальний факт може бути пояснений за допомогою такого визначення: хімічний елемент - це абстрактна сукупність атомів (НЕ молекул!) Відповідного простого речовини, т. Е. Атомів одного і того ж виду. Якби існував спосіб дивитися на кожен з окремих атомів в шматку чистого заліза, згаданого вище, то всі вони були б однаково - атомами заліза. На противагу цьому, хімічна сполука, наприклад, оксид заліза, завжди містить щонайменше два різних види атомів: атоми заліза і атоми кисню.

Терміни, які слід знати

атомна маса: Маса протонів, нейтронів і електронів, які складають атом хімічного елемента.

атомний номер: Число протонів в ядрі атома елемента.

хімічний символ: Буква або пара латинських літер, які мають позначення даного елемента.

з`єднання хімічне: Речовина, яка складається з двох або більше хімічних елементів, з`єднаних один з одним в певній пропорції.

метал: Елемент, який втрачає електрони в хімічних реакціях з іншими елементами.

металоїд: Елемент, який реагує іноді як метал, а іноді і як неметал.

неметалл: Елемент, який прагне отримати електрони в хімічних реакціях з іншими елементами.

Періодична система хімічних елементів: Система класифікації хімічних елементів відповідно до їх атомними номерами.

синтетичний елемент: Той, який отриманий штучно в лабораторії, і, як правило, не зустрічається в природі.

Природні і синтетичні елементи

Дев`яносто два хімічні елементи зустрічаються в природі на Землі. Решта були отримані штучно в лабораторіях. Синтетичний хімічний елемент - це, як правило, продукт ядерних реакцій в прискорювачах частинок (пристроях, що використовуються для збільшення швидкості субатомних частинок, таких як електрони і протони) або ядерних реакторах (пристроях, використовуваних для управління енергією, що виділяється при ядерних реакціях). Першим отриманим синтетичним елементом з атомним номером 43 став технеций, виявлений в 1937 році італійськими фізиками К. Перрье і Е. Сегре. Крім техніці і прометия, все синтетичні елементи мають ядра великі, ніж у урану. Останній отримав свою назву синтетичний хімічний елемент - це ліверморій (116), а перед ним був флеровій (114).

Два десятка найпоширеніших і важливих елементів

* Якщо величина не вказана, то елемент становить менше 0,1 відсотка.

Великий вибух як першопричина освіти матерії

Який хімічний елемент був найпершим у Всесвіті? Вчені вважають, що відповідь на це питання лежить в зірках і в процесах, за допомогою яких формуються зірки. Всесвіт, як вважають, виникла в якийсь момент часу від 12 до 15 мільярдів років тому. До цього моменту нічого сущого, крім енергії, що не мислиться. Але щось сталося, що перетворило цю енергію в величезний вибух (так званий Великий вибух). У наступні секунди після Великого вибуху почала формуватися матерія.

Першими з`явилися найпростішими формами матерії були протони й електрони. Деякі з них об`єднуються в атоми водню. Останній складається з одного протона і одного електрона-це найпростіший атом, який може існувати. Повільно, протягом тривалих періодів часу атоми водню стали збиратися разом в певних областях простору, утворюючи щільні хмари. Водень в цих хмарах стягувався в компактні освіти гравітаційними силами. Зрештою ці хмари водню стали досить щільними, щоб сформувати зірки ..

Зірки як хімічні реактори нових елементів

Зірка - просто маса речовини, яка генерує енергію ядерних реакцій. Найбільш поширена з цих реакцій представляє комбінацію чотирьох атомів водню, що утворюють один атом гелію. Як тільки зірки почали формуватися, то гелій став другим елементом, що з`явилися у Всесвіті.

Коли зірки стають старше, вони переходять від воднево-гелієвих ядерних реакцій на інші їх типи. У них атоми гелію утворюють атоми вуглецю. Пізніше атоми вуглецю утворюють кисень, неон, натрій і магній. Ще пізніше неон і кисень з`єднуються один з одним з утворенням магнію. Оскільки ці реакції тривають, то все більше і більше хімічних елементів утворюються.

Перші системи хімічних елементів

Понад 200 років тому хіміки почали шукати способи їх класифікації. У середині дев`ятнадцятого століття були відомі близько 50 хімічних елементів. Одне з питань, який прагнули вирішити хіміки. зводився до наступного: хімічний елемент - це повністю відмінне від будь-якого іншого елемента речовина? Або деякі елементи, пов`язані з іншими в деякому роді? Чи є загальний закон, їх об`єднує?

Хіміки пропонували різні системи хімічних елементів. Так, наприклад, англійський хімік Вільям Праут в 1815 р припустив, що атомні маси всіх елементів кратні масі атома водню, якщо прийняти її рівною одиниці, т. Е. Вони повинні бути цілими числами. У той час атомні маси багатьох елементів вже були обчислені Дж. Дальтон по відношенню до маси водню. Однак якщо для вуглецю, азоту, кисню це приблизно так, то хлор з масою 35,5 в цю схему ніяк не вписувався.

Німецький хімік Іоганн Вольфганг Доберайнер (1780 - 1849) показав в 1829 році, що три елементи з так званої групи галогенів (хлор, бром і йод) можуть класифікуватися по їх відносним атомних мас. Атомний вагу брому (79,9) виявився майже точно середнім з атомних ваг хлору (35,5) і йоду (127), а саме 35,5 + 127 divide- 2 = 81,25 (близько до 79,9). Це був перший підхід до побудови однієї з груп хімічних елементів. Доберайнер виявив ще дві таких тріади елементів, але сформулювати загальний періодичний закон йому не вдалося.

Як з`явилася періодична система хімічних елементів

Більшість ранніх класифікаційних схем було не дуже успішними. Потім, близько 1869 року двома хіміками було зроблено майже одне відкриття і майже в один час. Російський хімік Дмитро Менделєєв (1834-1907) і німецький хімік Юліус Лотар Мейєр (1830-1895) запропонували організувати елементи, які мають аналогічні фізичні і хімічні властивості, в впорядковану систему груп, рядів і періодів. При цьому Менделєєв і Мейер вказували, що властивості хімічних елементів періодично повторюються в залежності від їх атомної ваги.

Сьогодні Менделєєв, як правило, вважається першовідкривачем періодичного закону, тому що він зробив один крок, який Мейер не зробив. Коли всі елементи були розташовані в періодичній таблиці, в ній з`явилися деякі прогалини. Менделєєв передбачив, що це місця для елементів, які ще не були виявлені.

Однак він пішов ще далі. Менделєєв передбачив властивості цих ще не відкритих елементів. Він знав, де вони розташовані в періодичній таблиці, так що міг прогнозувати їх властивості. Примітно, що кожен передбачений хімічний елемент Менделєєва, майбутні галій, скандій і германій, були виявлені менш ніж через десять років після опублікування їм періодичного закону.

Коротка форма періодичної таблиці

Були спроби підрахувати, скільки варіантів графічного зображення періодичної системи пропонувалося різними вченими. Виявилося, більше 500. Причому 80% загального числа варіантів - це таблиці, а решта - геометричні фігури, математичні криві і т. Д. В результаті практичне застосування знайшли чотири види таблиць: коротка, напівдовга, довга і сходова (пірамідальна). Остання була запропонована великим фізиком Н. Бором.

На малюнку нижче показана коротка форма. У ній хімічні елементи розташовані по зростанню їхніх атомних номерів зліва направо і зверху вниз. Так, перший хімічний елемент періодичної таблиці водень має атомний номер 1 тому, що ядра атомів водню містить один і тільки один протон. Аналогічно і кисень має атомний номер 8, так як ядра всіх атомів кисню містять 8 протонів (див. Малюнок нижче).

Головні структурні фрагменти періодичної системи - періоди і групи елементів. У шести періодах все клітини заповнені, сьомий ще не завершений (елементи 113, 115, 117 і 118 хоча і синтезовані в лабораторіях, проте ще офіційно не зареєстровані і не мають назв).

Групи поділяються на головні (A) і побічні (B) підгрупи. Елементи перших трьох періодів, що містять по одному ряду-рядку, входять виключно в A-підгрупи. Решта чотири періоди включають по два ряди-рядки.

Хімічні елементи в одній групі, як правило, мають схожі хімічні властивості. Так, першу групу складають лужні метали, другу - лужноземельні. Знаходяться в одному періоді елементи мають властивості, повільно змінюються від лужного металу до благородного газу. Малюнок нижче показує, як одна з властивостей - атомний радіус - змінюється для окремих елементів в таблиці.

Длінноперіодних форма періодичної таблиці

Вона показана на малюнку нижче і ділиться в двох напрямках, по рядках і по стовпцях. Є сім рядків-періодів, як і в короткій формі, і 18 стовпців, які називаються групами або сім`ями. По суті, збільшення числа груп з 8 в короткій формі до 18 в довгій отримано шляхом розміщення всіх елементів в періодах, починаючи з 4-го, не в дві, а в один рядок.

Дві різних системи нумерації використовуються для груп, як показано у верхній частині таблиці. Система на основі римських цифр (IA, IIA, IIB, IVB і т. Д.) Традиційно була популярна в США. Інша система (1, 2, 3, 4 і т. Д.) Традиційно використовується в Європі, а кілька років тому була рекомендована для використання в США.

Вид періодичних таблиць на малюнках вище трохи вводить в оману, як і в будь-який такий опублікованій таблиці. Причиною цього є те, що дві групи елементів, показаних в нижній частині таблиць, насправді повинні бути розташовані всередині них. Лантаноїди, наприклад, належать до періоду 6 між барієм (56) і гафнію (72). Крім того, Актиноїди належать періоду 7 між радієм (88) і Резерфорд (104). Якби вони були вставлені в таблицю, то вона стала б занадто широкою, щоб поміститися на аркуші паперу або настінного діаграмі. Тому прийнято ці елементи розміщувати в нижній частині таблиці.