Зная формулировка периодического закона и используя периодическую систему элементов Д. И. Менделеева, можно дать характеристику любому химическому элементу и его соединениям. Такую характеристику химического элемента удобно складывать по плану.
I. Символ химического элемента и его название.
II. Положение химического элемента в периодической системе элементов Д.И. Менделеева:
- порядковый номер;
- номер периода;
- номер группы;
- подгруппа (главная или побочная).
III. Строение атома химического элемента:
- заряд ядра атома;
- относительная атомная масса химического элемента;
- число протонов;
- число электронов;
- число нейтронов;
- число электронных уровней в атоме.
IV. Электронная и электронно-графическая формулы атома, его валентные электроны.
V. Тип химического элемента (металл или неметалл, s-, p-, d-или f-элемент).
VI. Формулы высшего оксида и гидроксида химического элемента, характеристика их свойств (основные, кислотные или амфотерные).
VII. Сравнение металлических или неметаллических свойств химического элемента со свойствами элементов-соседей по периоду и подгруппой.
VIII. Максимальная и минимальная степень окисления атома.
Например, предоставим характеристику химического элемента с порядковым номером 15 и его соединениям по положению в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и строению атома.
I. Находим в таблице Д. И. Менделеева клетку с номером химического элемента, записываем его символ и название.
Химический элемент номер 15 — Фосфор. Его символ Р.
II. Охарактеризуем положение элемента в таблице Д. И. Менделеева (номер периода, группы, тип подгруппы).
Фосфор находится в главной подгруппе V группы, в 3-м периоде.
III. Предоставим общую характеристику состава атома химического элемента (заряд ядра, атомная масса, число протонов, нейтронов, электронов и электронных уровней).
Заряд ядра атома фосфора равен +15. Относительная атомная масса фосфора равна 31. Ядро атома содержит 15 протонов и 16 нейтронов (31 — 15 = 16). Атом фосфора имеет три энергетических уровня, на которых находятся 15 электронов.
IV. Составляем электронной и электронно-графическую формулы атома, отмечаем его валентные электроны.
Электронная формула атома фосфора: 15 P 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 .
Электронно-графическая формула внешнего уровня атома фосфора: на третьем энергетическом уровне на 3s-подуровня находятся два электрона (в одной клетке записываются две стрелки, имеющие противоположное направление), на три р-подуровне находятся три электрона (в каждой из трех клеток записываются по одной стрелке, имеющие одинаковое направление).
Валентными электронами являются электроны внешнего уровня, т.е. 3s2 3p3 электроны.
V. Определяем тип химического элемента (металл или неметалл, s-, p-, d-или f-элемент).
Фосфор — неметалл. Поскольку в последнее подуровнем в атоме фосфора, который заполняется электронами, является p-подуровень, Фосфор относится к семейству p-элементов.
VI. Составляем формулы высшего оксида и гидроксида фосфора и характеризуем их свойства (основные, кислотные или амфотерные).
Высший оксид фосфора P 2 O 5 , проявляет свойства кислотного оксида. Гидроксид, соответствующий высшему оксиду, H 3 PO 4 , проявляет свойства кислоты. Подтвердим указанные свойства уравнениями видповиних химических реакций:
P 2 O 5 + 3 Na 2 O = 2Na 3 PO 4
H 3 PO 4 + 3NaOH = Na 3 PO 4 + 3H 2 O
VII. Сравним неметаллические свойства фосфора со свойствами элементов-соседей по периоду и подгруппой.
Соседом фосфора по подгруппе являются азот. Соседями фосфора за периодом является кремний и Сера. Неметаллические свойства атомов химических элементов главных подгрупп с ростом порядкового номера растут в периодах и снижаются в группах. Поэтому неметаллические свойства фосфора более выражены, чем у кремния и менее выражены, чем у азота и серы.
VIII. Определяем максимальную и минимальную степень окисления атома фосфора.
Максимальный положительный степень окисления для химических элементов главных подгрупп равен номеру группы. Фосфор находится в главной подгруппе пятой группы, поэтому максимальная степень окисления фосфора +5.
Минимальная степень окисления для неметаллов в большинстве случаев равен разнице между номером группы и числом восемь. Так, минимальная степень окисления фосфора -3.
Одни из самых популярных химических вопросов: "Сколько сейчас известно химических элементов?", "Сколько существует химических элементов?", "Кто их открыл?"
Эти вопросы не имеют простого и однозначного ответа.
Что значит "известно"? Встречаются в природе? На земле, в воде, в космосе? Получены и изучены их свойства? Свойства чего? Вещества в виде фаз или только на атомно-молекулярном уровне? Имеющиеся современные технологии позволяют обнаруживать и несколько атомов... Но, по отдельному атому свойства вещества не определить.
А что значит "существуют"? В практическом плане это понятно: наличествуют в природе в таком количестве и столько времени, чтобы они и их соединения могли оказывать реальное влияние на природные явления. Или хотя бы можно было изучить их свойства в лаборатории.
Таковых химических элементов в природе выявлено около 88. Почему около? Потому, что среди элементов с порядковым номером менее 92 (до урана) в природе отсутствуют технеций (43) и франций (87). Практически нет астата (85). Нет прометия (61).
С другой стороны, и нептуний (93) и плутоний (94) (нестабильные трансурановые элементы) обнаруживаются в природе там, где встречаются урановые руды.
Все элементы следующие после плутония Pu в периодической системе Д.И.Менделеева в земной коре практически отсутствуют, хотя некоторые из них несомненно образуются в космосе во время взрывов сверхновых звёзд. Но долго они не живут...
Любопытно открытие франция - элемента № 87. Этот элемент "придумал" Д.И.Менделеев, который, на основе созданной им периодической таблицы, предположил, что в группе щелочных металлов не хватает наиболее тяжёлого названного им экацезием.
Сейчас известно, что франция в земной коре присутствует не более 30 грамм. Это радиоактивный элемент и самый долгоживущий его изотоп франций-210 имеет период полураспада 19,3 минуты.
Франций можно считать последним элементом открытым на Земле как содержащимся в природе (Маргарет Пере, ученица Марии Склодовской-Кюри, в 1929 году; официально признан и получил название в 1938 году).
Все последующие элементы были получены через радиоактивный распад химических элементов и с применением ускорителей заряженных частиц.
К настоящему времени ученые синтезировали 26 трансурановых элементов, начиная с нептуния (N=93) и заканчивая элементом с номером N=118 (номер элемента соответствует числу протонов в ядре атома и числу электронов вокруг ядра атома).
Трансурановые химические элементы от 93 до 100 получают в ядерных реакторах, а остальные - в результате ядерных реакций на ускорителях частиц. Технология получения трансурановых элементов на ускорителях принципиально понятна: разгоняют подходящие положительно заряженные остовы ядрер элементов электрическим полем до нужных скоростей и сталкивают их с мишенью, содержащей другие более тяжёлые элементы - происходят процессы слияния и распада атомных ядер различных элементов. Продукты этих процессов анализируют и делают выводы об образовании новых элементов.
Немецкие ученые из Центра по изучению тяжелых ионов Гельмгольца в серии экспериментов 2013-2014 годов планировали получить следующий, 119 элемент таблицы Менделеева, но потерпели неудачу. Они обстреливали ядра берклия (N=97) ядрами титана (N=22), однако анализ данных эксперимента не подтвердил наличия нового элемента.
В настоящее время можно считать идентифицированным существование ста восемнадцати химических элементов. Сообщения об обнаружении 119-го - первого элемента 8 периода - можно пока считать вероятно достоверными.
Были заявления о синтезе элемента унбиквадий (124) и косвенные свидетельства об элементах унбинилий (120) и унбигексий (126), - но эти результаты ещё находятся в стадии подтверждения.
Сейчас, наконец, все, из официально известных и доказанных на сегодня 118 элементов, имеют утвержденные ИЮПАК общепризнанные названия. Не так давно самым тяжёлым из элементов, имеющих официально признанное название, был 116-й элемент, получивший его в мае 2012 года - ливерморий. Тогда же было официально утверждено название 114-го элемента - флеровий.
Сколько химических элементов вообще можно получить? Теоретически предсказывается возможность синтеза элементов с номерами 121-126. Это числа протонов в ядрах элементов. Проблема нижней границы таблицы Менделеева остаётся одной из важнейших в современной теоретической химии.
У каждого химического элемента имеется несколько изотопов. Изотопы - это атомы в ядрах которых имеется одинаковое число протонов, но разное количество нейтронов. Мир атомных ядер химических элементов очень разнообразен. Сейчас известно около 3500 ядер, отличающихся друг от друга либо числом протонов, либо числом нейтронов, либо тем и другим. Большинство из них получено искусственным путём. Вопрос очень интересный - сколько у данного элемента может быть изотопов?
Известно 264 ядра атомов, которые стабильны, то есть не испытывают со временем никаких быстрых самопроизвольных превращений. Распадов.
Остальные ядра в количестве 3236 подвержены различным видам радиоактивного распада: альфа-распаду (испускание альфа-частиц - ядер атома гелия); бета-распаду (одновременное испускание электрона и антинейтрино или позитрона и нейтрино, а также поглощение электрона с испусканием нейтрино); гамма-распаду (испускание фотонов - электромагнитных волн высокой энергии).
Из известных химических элементов периодической системы Менделеева, которые встречаются на Земле, только для 75 имеются точно и общепризнанно установленные авторы их открывшие - обнаружившие и строго идентифицированные. Только при этих условиях - обнаружение и идентификация - признаётся факт открытия химического элемента.
В действительном открытии - выделение в чистом виде и изучении свойств - химических элементов, встречающихся в природе, участвовали учёные всего лишь девяти стран: Швеция (22 элемента), Англия (19 элементов), Франция (15 элементов), Германия (12 элементов). На Австрию, Данию, Россию, Швейцарию и Венгрию приходится открытие остальных 7 элементов.
Иногда указывают Испанию (платина) и Финляндию (иттрий - в 1794 году в шведском минерале из Иттербю финский химик Юхан Гадолин обнаружил оксид неизвестного элемента). Но платина, как благородный металл, была известна в самородном виде с древних времён - в чистом виде из руд платина была получена английским химиком У.Волластоном в 1803 году. Этот учёный более известен как открыватель минерала волластонита.
Металлический иттрий впервые получил в 1828 г. немецкий ученый Фридрих Велер.
Рекордсменом среди "охотников" за химическими элементами можно считать шведского химика К. Шееле - он обнаружил и доказал существование 6-ти химических элементов: фтора, хлора, марганца, молибдена, бария, вольфрама.
К достижениям в находках химических элементов этого учёного можно добавить ещё и седьмой элемент - кислород, но честь открытия которого он официально делит с английским учёным Дж. Пристли.
Второе место в открытии новых элементов принадлежит В.Рамзаю -
английскому или, точнее, шотландскому учёному: им открыты аргон, гелий, криптон, неон, ксенон. Кстати, открытие "гелия" очень оригинально. Это первое не "химическое" открытие химического элемента. Сейчас этот метод называется "Абсорбционная спектрофотометрия". Оно приписывается сейчас У.Рамзаю, но было сделано другими учёными. Так часто бывает.
18 августа 1868 года французский учёный Пьер Жансен, при полном солнечном затмении в индийском городе Гунтур, впервые исследовал хромосферу Солнца. Он настроил спектроскоп таким образом, что спектр короны Солнца удалось наблюдать не только при затмении, но и в обычные дни. Он выявил наряду с линиями водорода - синей, зелено-голубой и красной - яркую жёлтую линию, первоначально принятую им за линию натрия. Жансен написал об этом во Французскую академию наук.
Впоследствии было установлено, что эта ярко-жёлтая линия в солнечном спектре не совпадает с линией натрия и не принадлежит ни одному из ранее известных химических элементов.
Через 27 лет после этого первоначального открытия гелий был обнаружен на Земле - в 1895 году шотландский химик Уильям Рамзай, исследуя образец газа, полученного при разложении минерала клевеита, обнаружил в его спектре ту же ярко-жёлтую линию, найденную ранее в солнечном спектре. Образец был направлен для дополнительного исследования известному английскому учёному-спектроскописту Уильяму Круксу, который подтвердил, что наблюдаемая в спектре образца жёлтая линия совпадает с линией D3 гелия.
23 марта 1895 года Рамзай отправил сообщение о своём открытии гелия на Земле в Лондонское королевское общество, а также во Французскую академию через известного химика Марселена Бертло. Так и получилось название этого химического элемента. От древнегреческого наименования солнечного божества - Гелиос. Первое открытие сделанное спектральным методом. Абсорбционная спектроскопия.
Во всех случаях у Рамзая были соавторы: В.Крукс (Англия) - гелий; В. Рэлей (Англия) - аргон; М. Траверс (Англия) - криптон, неон, ксенон.
По 4 элемента обнаружили:
И. Берцелиус (Швеция) - церий, селен, кремний, торий;
Г. Деви (Англия) - калий, кальций, натрий, магний;
П. Лекок де Буабодран (Франция) - галлий, самарий, гадолиний, диспрозий.
На долю России приходится открытие только одного из природных элементов: рутения (44). Название этого элемента происходит от позднелатинского названия России - Ruthenia. Этот элемент открыл профессор Казанского университета Карл Клаус в 1844 году.
Карл-Эрнст Карлович Клаус был русским химиком, автором ряда трудов по химии металлов платиновой группы, первооткрывателем химического элемента рутения. Он родился в 11 (22) января 1796 - 12 (24) марта 1864) в Дерпте, старинном русском городе Юрьеве (ныне Тарту), в семье художника. В 1837 году защитил диссертацию на степень магистра и был назначен адъюнктом по кафедре химии в Казанском университете. С 1839 года стал профессором химии Казанского университета, а с 1852 года – профессором фармации Дерптского университета. В 1861 году стал Членом-корреспондентом Петербургской Академии наук.
То, что большинство известных в природе химических элементов, было открыто учёными Швеции, Англии, Франции и Германии, вполне понятно - в 18-19 веках, когда и были открыты эти элементы, именно в данных странах был наиболее высокий уровень развития химии и химической технологии.
Ещё любопытен вопрос: а женщины-учёные открывали химические элементы?
Да. Но немного. Это Мария Складовская-Кюри, открывшая в 1898 году вместе с мужем П.Кюри полоний (название дано в честь её родины Польши) и радий, Лиза Мейтнер, принимавшая участие в открытии протактиния (1917 год), Ида Ноддак (Такке), обнаружившая в 1925 году совместно с будущим мужем В.Ноддаком рений, и Маргарита Перей, за которой в 1938 году было официально признано открытие элемента франция и она стала первой женщиной, избранной во Французскую академию наук (!!!).
В современной таблице Менделеева имеется несколько элементов, помимо рутения, названия которых связанны с Россией: самарий (63) - от названия минерала самарскита, открытого русским горным инженером В.М.Самарским в Ильменских горах, менделеевий (101); дубний (105). История названия этого элемента любопытна. Впервые этот элемент был получен на ускорителе в Дубне в 1970 году группой Г.Н.Флёрова путём бомбардировки ядер 243Am ионами 22Ne и независимо в Беркли (США) в ядерной реакции 249Cf + 15N = 260Db + 4n.
Советские исследователи предложили назвать новый элемент нильсборием (Ns), в честь великого датского учёного Нильса Бора, американцы - ганием (Ha), в честь Отто Гана, одного из авторов открытия спонтанного деления урана.
Рабочая группа ИЮПАК в 1993 году сделала вывод, что честь открытия элемента 105 должна быть разделена между группами из Дубны и Беркли. Комиссия ИЮПАК в 1994 году предложила название жолиотий (Jl), в честь Жолио-Кюри. До этого элемент официально назывался латинским числительным - уннилпентиумом (Unp), то есть просто 105-м элементом. Символы Ns, На, Jl можно и сейчас видеть в таблицах элементов, изданных в прежние годы. Например, на ЕГЭ по химии 2013 года. Согласно окончательному решению ИЮПАК в 1997 году этот элемент получил название "дубний" - в честь российского центра по исследованиям в области ядерной физики, наукограда Дубны.
В Объединенном институте ядерных исследований Дубны в разное время были впервые синтезированы сверхтяжелые химические элементы с порядковыми номерами 113–118. Элемент под номером 114 был назван "флеровий" - в честь Лаборатории ядерных реакций им. Г.Н.Флёрова Объединённого института ядерных исследований, где и был синтезирован этот элемент.
За последние 50 лет Периодическая система Д.И. Менделеева пополнилась 17 новыми элементами (102–118), из которых в ОИЯИ синтезировано 9. В том числе в последние 10 лет – 5 наиболее тяжелых (сверхтяжелых) элементов, замыкающих периодическую таблицу…
Впервые 114-й элемент - с "магическим" числом протонов (магические числа - ряд натуральных чётных чисел, соответствующих количеству нуклонов в атомном ядре, при котором становится полностью заполненной какая-либо его оболочка: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 (последнее число - только для нейтронов) - был получен группой физиков под руководством Ю.Ц.Оганесяна в Объединённом институте ядерных исследований (Дубна, Россия) с участием учёных из Ливерморской национальной лаборатории (Ливермор, США; коллаборацией Дубна-Ливермор) в декабре 1998 года путём синтеза изотопов этого элемента посредством реакции слияния ядер кальция с ядрами плутония. Название 114-го элемента было утверждено 30 мая 2012 года: "флеровий" (Flerovium) и символическое обозначение Fl. Тогда же был назван 116 элемент – "ливерморий" (Livermorium) – Lv (кстати, время жизни этого элемента – 50 миллисекунд).
В настоящее время синтез трансурановых элементов в основном проводится в четырех странах: США, России, Германии и Японии. В России новые элементы получают в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне, в США - в Национальной лаборатории Оук-Ридж в Теннеси и Национальной лаборатории Лоуренса в Ливерморе, в Германии - в Центре по изучению тяжелых ионов Гельмгольца (он же - Институт тяжелых ионов) в Дармштадте, в Японии - в Институте физико-химических исследований (RIKEN).
За авторство создания 113-го элемента давно шла борьба между Японией и российско-американской группой ученых. Японские ученые во главе с Косукэ Моритой синтезировали 113-й элемент в сентябре 2004 года, разогнав на ускорителе и столкнув цинк-30 и висмут-83. Им удалось зафиксировать три цепочки распада, соответствующие цепочкам рождения 113-го элемента в 2004, 2005 и 2012 годах.
Российские и американские ученые объявили о создании 113-го элемента в процессе синтеза 115-го элемента в Дубне в феврале 2004 года и предложили назвать его беккерелием. По имени выдающегося физика Антуана Анри Беккереляя (фр. Antoine Henri Becquerel; 15 декабря 1852 - 25 августа 1908) - французский физик, лауреат Нобелевской премии по физике и один из первооткрывателей радиоактивности.
Наконец, в начале 2016 года в периодическую таблицу Менделеева официально добавлены названия четырёх новых химических элементов. Элементы с атомными номерами 113, 115, 117 и 118 верифицированы Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC).
Честь открытия 115-го, 117-го и 118-го элементов присуждена команде российских и американских ученых из Объединенного института ядерных исследований в Дубне, Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии и Окриджской национальной лаборатории в Теннесси.
До последнего времени эти элементы (113, 115, 117 и 118) носили не самые звучные названия унунтрий (Uut), унунпентий (Uup), унунсептий (Uus) и унуноктий (Uuo), однако в течение ближайших пяти месяцев первооткрыватели элементов смогут дать им новые, окончательные имена.
Открывателями 113-го элемента официально признаны ученые из японского Института естественных наук (RIKEN). В честь этого элемент рекомендовали назвать "японием". Право придумать названия остальным новым элементам предоставлено первооткрывателям, на что им отводилось пять месяцев, после чего их официально утвердит совет IUPAC.
115-й элемент предложено назвать "московием" в честь Подмосковья!
Свершилось! 8 июня 2016 года Международный союз теоретической и прикладной химии озвучил рекомендованные названия для 113-го, 115-го, 117-го и 118-го элементов таблицы Менделеева. Об этом сообщается на сайте союза.
Один из новых сверхтяжелых элементов таблицы Менделеева за номером 113 официально получил название "нихоний" и символ Nh. Соответствующее объявление сделал японский институт естественных наук "Рикэн", специалисты которого ранее открыли этот элемент.
Слово "нихоний" является производным от местного названия страны - "Нихон".
Международный союз теоретической и прикладной химии утвердил названия новым элементом за номерами 113, 115, 117 и 118 - нихоний(Nh), московий (Mc), тенессин (Ts) и оганессон (Og).
113-й элемент назван в честь Японии, 115-й - в честь Московской области, 117-й - по названию американского штата Теннеси, 118-й - в честь российского ученого академика РАН Юрия Оганесяна.
В 2019 году Россия и весь мир отмечают 150-летие открытия Дмитрием Ивановичем Менделеевым периодической таблицы и закона, послужившего основой современной химии.
В честь юбилея Генеральная ассамблея ООН единогласно приняла решение о проведении Международного года Периодической системы элементов Менделеева.
"Что дальше?" - спрашивает Юрий Оганесян - научный руководитель лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований в Дубне, где были открыты последние пять элементов периодической таблицы, в том числе и элемент-118, оганесон.
"Понятно, что на этом таблица Менделеева не заканчивается и нужно попробовать получить 119-й и 120-й элементы. Но для этого придется совершить ту же технологическую революцию, которая помогла нам вырваться в лидеры в 1990-е годы, повысить интенсивность пучка частиц на несколько порядков и сделать детекторы настолько же более чувствительными", - подчеркивает физик.
К примеру, сейчас ученые получают один атом флеровия в неделю, обстреливая мишень триллионами частиц в секунду. Более тяжелые элементы (скажем, оганесон) удается синтезировать лишь раз в месяц. Соответственно, работа на нынешних установках потребует астрономически много времени.
Эти трудности российские исследователи рассчитывают преодолеть при помощи циклотрона ДЦ-280, запущенного в декабре прошлого года. Плотность вырабатываемого им пучка частиц в 10-20 раз выше, чем у предшественников, что, как надеются отечественные физики, позволит создать один из двух элементов ближе к концу года.
Первым, скорее всего, синтезируют 120-й элемент, так как калифорниевая мишень, необходимая для этого, уже была подготовлена в американской Национальной лаборатории в Ок-Ридже. Пробные пуски ДЦ-280, нацеленные на решение этой задачи, пройдут в марте этого года.
Ученые считают, что постройка нового циклотрона и детекторов поможет приблизиться к ответу на еще один фундаментальный вопрос: где перестает действовать периодический закон?"
"Есть ли разница между синтетическим и естественным элементом? Когда мы открываем их и вписываем в таблицу, там ведь не указано, откуда они взялись. Главное, чтобы они подчинялись периодическому закону. Но сейчас об этом, как мне кажется, уже можно говорить в прошедшем времени", - отмечает Оганесян.
Залесов Александр Кириллович
Химический элемент - элемент elementum - стихия, самостоятельная часть, являющаяся основой чего-либо, например системы или множества.
Химический элемент -этимология
Латинское слово elementum использовали ещё античные авторы (Цицерон, Овидий, Гораций), причём почти в том же смысле, что и сейчас - как часть чего-то (речи, образования и т. п.).
Древнее изречение гласило: «Cлова состоят из букв, тела из элементов». Отсюда - одно из возможных происхождений этого слова - по названию ряда согласных латинских букв L, M, N (el-em-en).
Михаил Васильевич Ломоносов элементами называл атомы.
Химический элемент - множество атомов с одинаковым зарядом ядра, числом протонов, совпадающим с порядковым или атомным номером в таблице Менделеева. Каждый химический элемент имеет свои название и символ, которые приводятся в Периодической системе элементов Дмитрия Ивановича Менделеева.
Формой существования химических элементов в свободном виде являются простые вещества (одноэлементные)
История становления понятия
Слово элемент (лат. elementum) использовалось еще в античности (Цицероном, Овидием, Горацием) как часть чего-то (элемент речи, элемент образования и т. п.). 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»).
На международном съезде химиков в г. Карлсруе (Германия) в 1860 г. были приняты определения понятий молекулы и атома.
Химический элемент (с точки зрения атомно-молекулярного учения) представляет собой каждый отдельный вид атомов. Современное определение химического элемента: Химический элемент - каждый отдельный вид атомов, характеризующийся определенным положительным зарядом ядра кикос
Известные химические элементы
На ноябрь 2009 года известно 117 химических элементов,
(с порядковыми номерами с 1 по 116 и 118), из них 94 обнаружены в природе (некоторые - лишь в следовых количествах), остальные 23 получены искусственно в результате ядерных реакций.
Первые 112 элементов имеют постоянные названия, остальные - временные.
Открытие 112-го элемента (самый тяжелый из официальных) признано Международным союзом теоретической и прикладной химии (en:International Union for Pure and Applied Chemistry). Самый стабильный из известных изотопов данного элемента имеет период полураспада 34 секунды. На начало июня 2009 года носит неофициальное имя унунбий, был впервые синтезирован в феврале 1996 года на ускорителе тяжелых ионов в Институте тяжелых ионов (Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI) в Дармштадте, Германия (в результате бомбардировки свинцовой мишени ядрами цинка). Первооткрыватели имеют полгода, чтобы предложить новое официальное название для добавления в таблицу (ими уже предлагались Виксхаузий, Гельмгольций, Венусий, Фриший, Штрассманий и Гейзенбергий). В настоящее время известны трансурановые элементы с номерами 113-116 и 118, полученные в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, однако они официально пока не признаны.
Символы химических элементов
Символ элемента обозначает
- Название элемента
- Один атом элемента
- Один моль атомов этого элемента
Символы химических элементов используются как сокращения для названия элементов. В качестве символа обычно берут начальную букву названия элемента и в случае необходимости добавляют следующую или одну из следующих. Обычно это начальные буквы латинских названий элементов: Cu - медь (cuprum), Ag - серебро (argentum), Fe - железо (ferrum), Au - золото (aurum), Hg - ртуть (hydrargirum).
С помощью цифры, стоящей впереди символа элемента, можно обозначить число атомов или молей атомов данного элемента. Примеры:
- 5H - пять атомов элемента водорода, пять моль атомов элемента водорода
- 3S - три атома элемента серы, три моль атомов серы
Цифрами меньшего размера возле символа элемента обозначаются: слева вверху - атомная масса, слева внизу - порядковый номер, справа вверху - заряд иона, справа внизу - число атомов в молекуле
Примеры:
- H2 - молекула водорода, состоящая из двух атомов водорода
- Cu2 + - ион меди с зарядом 2+
- {}^{12}_6C - атом углерода с зарядом ядра, равным 6 и атомной массой, равной 12.
История
Система химических символов была предложена в 1811г. шведским химиком Я. Берцелиусом. Временные символы элементов состоят из трёх букв, представляющих аббревиатуру их атомного номера на латыни. Символика химических элементов выявляет не только качественный состав химических соединений, но и количественный, так как за символом каждого элемента скрывается присущий только ему заряд атомного ядра, определяющий количество электронов в атомной оболочке нейтрального атома и, таким образом, его химические свойства. Атомная масса также считалась ранее (в 19-м - начале 20-го века) характерным свойством, количественно определяющим химический элемент, однако с открытием изотопов стало ясно, что различные совокупности атомов одного и того же элемента могут иметь различающиеся атомные массы; так, радиогенный гелий, выделенный из урановых минералов, в связи с преобладанием изотопа 4He имеет атомную массу больше, чем гелий космических лучей.
Химический элемент:
1 - обозначение химического элемента.
2 - русское название.
3 - порядковый номер химического элемента, равный количеству протонов в атоме.
4 - атомная масса.
5 - распределение электронов по энергетическим уровням.
6 - электронная конфигурация.
Распространённость химических элементов в природе:
Из всех химических элементов в природе найдено 88; такие элементы, как технеций Tc (порядковый номер 43), прометий Pm (61), астат At (85) и франций Fr (87), а также все элементы, следующие за ураном U(порядковый номер 92), впервые получены искусственно. Некоторые из них в исчезающе малых количествах обнаружены в природе.
Из химических элементов наиболее распространены в земной коре кислород и кремний. Эти элементы вместе с элементами алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний, водород и титан составляют более 99% массы земной оболочки, так что на остальные элементы приходится менее 1%. В морской воде, помимо кислорода и водорода - составных частей самой воды, высокое содержание имеют такие элементы, как хлор, натрий, магний, сера, калий, бром и углерод. Массовое содержание элемента в земной коре называется кларковым числом или кларком элемента.
Содержание элементов в коре Земли отличается от содержания элементов в Земле, взятой как целое, поскольку химсоставы коры, мантии и ядра Земли различны. Так, ядро состоит в основном из железа и никеля. В свою очередь, содержания элементов в Солнечной системе и в целом во Вселенной также отличаются от земных. Наиболее распространённым элементом во Вселенной является водород, за ним идёт гелий. Исследование относительных распространённостей химических элементов и их изотопов в космосе является важным источником информации о процессах нуклеосинтеза и об эволюции Солнечной системы и небесных тел.
Химические вещества
Химическое вещество может состоять как из одного химического элемента (простое вещество), так и из разных (сложное вещество или химическое соединение). Способность одного элемента существовать в виде различных простых веществ, отличающихся по свойствам, называется аллотропией.
Агрегатное состояние
В обычных условиях соответствующие простые вещества для 11 элементов являются газами (H, He, N, O, F, Ne, Cl, Ar, Kr, Xe, Rn), для 2 - жидкостями (Br, Hg), для остальных элементов - твёрдыми телами. Химические элементы образуют около 500 простых веществ.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Химические элементы в живых организмах
Все живые существа состоят из химических элементов. Необходимо знать, какие элементы важны для здоровья растений, животных и человека, а какие вредны и в каком количестве. Введение
Начнём с тех химических элементов, без которых жизнь на Земле была бы невозможна. Водород, кислород, и их соединение - вода. Основы
Является структурной единицей органических соединений, участвующий в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности. Водород (Hydrogenium)
Водород был открыт англичанином Х. Кавендишем в 1766 году. Своё название он получил от греч. Слов хидор – вода и генес – род. Водород (Hydrogenium) Х. Кавендиш
Кислород – биоэлемент. В атмосфере его всего 21%. В живых организмах кислорода около 70%. Кислород (Oxygenium)
Кислород необходим для дыхания всех живых организмов, он главный участник окислительно-восстановительных реакций. Также участвует в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности. Кислород (Oxygenium)
Участвует в процессах фотосинтеза и дыхания. Весь кислород возник благодаря деятельности зелёных растений, которые выделяют кислород в процессе фотосинтеза на свету. Кислород в жизни растений Фотосинтез
Большинство живых организмов используют кислород для дыхания и поэтому являются аэробными организмами. Но каждому нужно разное количество кислорода. К примеру, для разных пород рыб нужно разное количества кислорода в воде. Кому-то 4мг/мл, а кому-то намного больше. Кислород в жизни животных
На долю кислорода приходится 62% от массы тела человека. Кислород входит в состав белков, нуклеиновых кислот и др. Окисление пищи – источник энергии. Кислород доставляется гемоглобином, который образует соединение – оксигемоглобин. Оно окисляет белки, жиры и углеводы, образуя углекислый газ и воду, и выделяя энергию, необходимую для жизнедеятельности. Кислород в жизни человека Гемоглобин
Аллотропное видоизменение кислорода – озон. Это газ, образующийся во время грозы из молекул кислорода. На высоте 15-20 км. над Землёй, озон образует слой, защищающий от ультрафиолетовых лучей. Использую озон для обеззараживания и дезинфекции. Озон Земля и озоновый слой
Основным соединением водорода и кислорода является вода. Растения на 70-80% состоят из воды. Совокупность процессов поглощения, усвоения и выделения воды, называется водным режимом. Вода (Aqua) Молекула воды
Вода выполняет множество функций: является средой для биохимических реакций, участвует в фотосинтезе, определяет функциональную активность ферментов и структурных белков клеточных мембран и органоидов. Вода (Aqua) в жизни растений
В процессе эволюции растения приобрели различные адаптации, связанные с регуляцией водного режима в конкретных условиях обитания. По этим признакам их относят к разным экологическим группам. Вода (Aqua) в жизни растений
Жизнедеятельность многих бактерий проходит во влажной среде. В почве широко распространены водородные бактерии, которые в процессе хемосинтеза окисляют водород, постоянно образующийся при анаэробном разложении различных органических остатков микроорганизмами почвы. Вода (Aqua) в жизни бактерий 2 H 2 +O 2 =2H 2 O+ энергия
Вода с растворёнными в ней минеральными веществами включается в водно-солевой обмен – совокупность процессов потребления, всасывания и выделения воды и солей. Вода (Aqua) в жизни животных и человека Водно-солевой обмен обеспечивает постоянство ионного состава, кислотно-щелочного равновесия и объёма жидкостей внутренней среды организма
Кроме обычной воды, существует метаболическая вода, которая образуется в процессе обмена веществ. Она необходима для нормального развития зародыша. У верблюдов вода образуется в процессе окисления жиров. Из 100 грамм – 107 мл. воды. Вода (Aqua) в жизни животных и человека Верблюды в пустыне. В горбах – метаболическая вода.
Роль воды в жизни живых организмов огромна. Если человек потеряет 50% массы в результате голодания, он может остаться в живых, но если потеряет 15-20% массы в результате обезвоживания – он умрёт. Вода (Aqua) в жизни животных и человека
Следующая группа химических элементов также очень важна для жизни. Человек должен употреблять их не менее 400 мг в день. А такие вещества как Na и K – 3000 мг день. Ca, P, Na, K, Mg
Кальций был открыт Х. Дэви в 1808 году. Название происходит от лат. калцис (камень, известняк). Суточное поступления кальция в организм составляет 800-1500 мг. Кальций (Calcium) Х. Дэви
В организме животного, кальция – 1,9-2,5%. Кальций – материал для постройки костных скелетов. Карбонат кальция CaCO 3 входит в состав кораллов, раковин, панцирей и скелетов микроорганизмов. Роль кальция в жизни животных Раковина
В организме человека 98-99% кальция содержится в костях. Кальций необходим для процессов кроветворения и свёртывания крови, для регуляции работы сердца, обмена веществ, для нормального роста костей (скелет, зубы). Роль кальция в жизни человека
Кальций находится в кисломолочных продуктах, в овощах, фруктах, миндале, злаках… Но больше всего кальция содержится в сырах. Где находится кальций?
CaCo 3 – кальцит, мел и др. Ca 3 (PO 4) 2 – костная мука Ca(NO 3) 2 – кальц. селитра CaO – негашеная известь Ca(OH) 2 -известковая вода CaOCl 2 – хлорка Соединения кальция Кальцит
Фосфор входит в состав важнейших веществ клеток: ДНК, РНК, фосфолипидов, глицерина и АТФ. Открыт фосфор Х. Брандом в 1669 г. Фосфор (Р) Бранд открывает фосфор. Картина Дж. Райта
Фосфор составляет 0,1-0,7% от массы растения. Фосфор ускоряет созревание плодов, поэтому удобрения из фосфора активно применяют в сельском хозяйстве. Фосфор в жизни растений
При недостатке фосфора замедляется обмен веществ, корни слабеют, листья принимают пурпурный цвет… Фосфор в жизни растений
В организме человека содержится 4,5 кг фосфора. Фосфор входит в состав липидов, ДНК, РНК, АТФ. Почти все важнейшие процессы человека связаны с превращением фосфорсодержащих веществ. Фосфор в жизни человека Молекула ДНК
Для организма, фосфора необходимо в двое больше, чем кальция. Но кальций и фосфор не могут друг без друга. Фосфор, также как и кальций, является составной частью костной ткани. Если баланс фосфора и кальция нарушается, то организм для выживания должен будет брать запасы из костей и зубов. Фосфор в жизни человека Суточная норма потребления фосфора 1000-1300 мг.
В активно работающих органах – печени, мышцах, мозге – наиболее интенсивно расходуется АТФ. АТФ – это энергия, и одну из главных ролей в этом нуклеотиде играет фосфор. Поэтому А.Е. Ферсман назвал фосфор «элементом жизни и мысли». Фосфор в жизни человека Молекула АТФ
Белый фосфор окисляется на воздухе, давая зелёное свечение. Очень ядовит. Используется в производстве серной кислоты и красного фосфора. Белый фосфор
Порошок, не ядовит, не горюч. Используется в качестве наполнителя в лампах накаливания и при производстве спичек. Красный фосфор
Натрий важен для транспорта веществ через клеточные мембраны. Также натрий регулирует транспорт углерода в растении. При его недостатке происходит торможение в образовании хлорофилла. Натрий в жизни растений
Натрий распределён по всему организму. 40% натрия находится в костной ткани, часть в эритроцитах, мышцах и др. Натрий в жизни человека Суточная норма потребления натрия – - 4000-6000 мг.
Натрий входит в состав натрий-калиевого насоса, особого белка, выкачивающего из клетки ионы натрия и накачивающий ионы калия, тем самым обеспечивая активный транспорт вещей в клетку. Натрий в жизни человека
Натрий поддерживает кислотно-щелочной баланс в организме, регулирует кровяное давление, синтез белков и многое другое. Недостаток натрия приводит к головным болям, слабости, потере аппетита. Натрий в жизни человека Поваренная соль – один из главных источников натрия.
Роль калия в жизни растений велика. Калий содержится в плодах, стеблях, корнях, листьях. Он активирует синтез органических веществ, регулирует транспорт углерода, влияет на азотный обмен и водный баланс. Калий в жизни растений
При недостатке калия в клетках накапливается избыток аммиака, что может привести к гибели растения. Признак нехватки элемента – жёлтые листья. Калий в жизни растений
Калий входит в состав натрий-калиевого насоса. В организме человека, массой 70 кг, содержится 140 грамм калия. Взрослый человек должен потреблять в сутки 2-3 мг на 1 кг веса, а ребёнок – 12-13 мг на 1 кг веса. Недостаток калия ведёт заболеванию глаз, плохой памяти, пародонтозу. Калий в жизни человека
KOH – едкий калий KCl - сильвин K2SO4 - арканит KAL(SO4)2*12H2O – - алюмокалиевые квасцы Основные соединения калия
Магний участвует в аккумуляции солнечной энергии, он входит в состав молекулы хлорофилла, являясь центральным атомом в молекуле. Магний в жизни растений
При дефиците магния снижается урожайность, нарушается образование хлоропластов. Листья становятся «мраморными»: бледнеют между жилками, а вдоль жилок остаются зелёными. Магний в жизни растений
При весе человека 70 кг, магния в нём содержится 20 грамм. Он оказывает антисептическое действие, снижает артериальное давление и содержание холестерина, укрепляет иммунную систему. При недостатке магния повышается предрасположенность к инфарктам. Магний в жизни человека
Мы рассмотрели несколько химических элементов и увидели, что все они важны для жизни растений, животных и человека. Многие важные элементы не были освещены в этой презентации, т.к. брались только те вещества, которые нужно употреблять человеку в достаточно большом количестве каждый день (минимум – 300мг). Итог
Над презентацией работал ученик 9 «А» класса, ГОУ СОШ №425 Залесов А.К. Используемые ресурсы: а) И.А. Шапошникова, И.В. Болгова. «Таблица Менделеева в живых организмах» б) www.wikipedia.org в) www.xumuk.ru
Слово «элемент» в переводе значит «стихия». А что такое химический элемент? Это некая часть, которая является самостоятельной, и при этом является основой чего-либо. Еще античные ученые, такие как Гораций и Цицерон это слово использовали в том самом смысле, в котором оно используется в наше время.
Рассмотрим детально
Множество атомов, которые имеют одинаковый заряд ядра, число протонов и совпадают с порядковым номером в таблице Менделеева, называются химическим элементом. В своей Периодической системе элементов Менделеев упорядочил химические элементы, каждый из них имеет свой символ и свое название.
Сегодня, что такое химический элемент, должен знать каждый ученик, который начал в школе учить химию. Он должен знать символы химических элементов, которые обозначают: название элемента, один атом элемента и один моль атомов этого элемента.
Для названий химических элементов используют сокращенные символы химических элементов. Сначала используют первую букву названия химического элемента, а если нужно, то добавляют еще одну. Впереди стоит цифра, которая обозначает число атомов или молей атомов того или иного химического элемента.
Не перепутайте
Не нужно путать определения химического элемента и химического вещества. Это разные понятия. Химическое вещество состоит из химических элементов, может состоять из одного, а может из разных.
Восемьдесят восемь элементов найдены в природе, а все остальные выведены искусственно.
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