Химический элемент

Химический элемент

[править | править исходный текст]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Хими́ческий элеме́нт — совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра и числом протонов, совпадающим с порядковым (атомным) номером в таблице Менделеева^[1]. Каждый химический элемент имеет своё латинское название и химический символ, состоящий из одной или пары латинских букв, регламентированные ИЮПАК и приводятся, в частности, в таблице Периодической системы элементов Менделеева^[2].

Формой  существования химических элементов  в свободном виде являются простые вещества (одноэлементные)^[3].

Сейчас, (декабрь 2013 года) известно 118^[4] химических элементов (из них не все официально признаны).

Содержание  

[убрать] 

• 1 История становления понятия
• 2 Известные химические элементы
• 3 Классификация
• 4 Символы химических элементов
• 5 Распространённость химических элементов в природе
• 6 Образование
• 7 Химические элементы как составная часть химических веществ
• 8 См. также
• 9 Ссылки
• 10 Примечания
• 11 Литература

История становления понятия[править | править исходный текст]

Слово «элемент» (лат. elementum) использовалось ещё 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»).^[5]

Близкое к современному пониманию понятие  химического элемента отражала новая  система химической философии, изложенная Робертом Бойлем в книге «Химик-скептик» (1661). Бойль указал, что ни четыре стихии Аристотеля, ни три принципа алхимиков не могут быть признаны в качестве элементов. Элементы, согласно Бойлю — практически неразложимые тела (вещества), состоящие из сходных однородных (состоящих из первоматерии) корпускул, из которых составлены все сложные тела и на которые они могут быть разложены. Корпускулы могут различаться формой, размером, массой. Корпускулы, из которых образованы тела, остаются неизменными при превращениях последних^[6].

Символы химических элементов по Дж. Дальтону: 1 — водород; 2 — магний; 3 — кислород; 4 — сера; 5 — аммиак; 6 — диоксид углерода.

В 1789 г. Антуан Лоран Лавуазье в «Элементарном курсе химии», приводит первый в истории новой химии список химических элементов (таблицу простых тел), разделённых на несколько типов. Он впервые отождествляет с химическими элементами ряд простых веществ (в их числе, кислород, азот, водород, сера, фосфор, уголь и все известые к тому времени металлы). В число элементов были включены свет, теплород и «солеобразующие землистые вещества» (трудноразлагаемые оксиды кальция, магнияи др.). Данную концепцию элементов принято называть эмпирико-аналитической, поскольку Лавуазье избрал критерием определения элемента опыт и только опыт, категорически отвергая любые неэмпирические рассуждения об атомах и молекулах, само существование которых невозможно подтвердить экспериментально^[7].

Благодаря Джону Дальтону в начале XIX в. в химии возобладала атомно-молекулярная гипотеза, рассматривающая химический элемент как отдельный вид атомов и указывающая на природу простых и сложных веществ, как состоящих, соответственно, из атомов одного или различного видов. Дальтон же впервые указывает на атомный вес как важнейшее свойство элементов, определяющее его химическую природу. Благодаря усилиям Йёнса Берцелиуса и его последователей были весьма точно определены атомные веса (атомные массы) известных элементов. Середина XIX в. ознаменовалась целым рядом открытий новых элементов. На международном съезде химиков в г. Карлсруэ в 1860 г. были приняты определения понятий молекулы и атома.

Ко  времени открытия Периодического закона Д. И. Менделеевым (1869) было известно 63 элемента. Именно атомный вес был выделен им как свойство атомов, определяющее периодический характер изменения свойств химических элементов, а также образуемых ими простых и сложных веществ. Менделеев определял химические элементы как «материальные части простых или сложных тел, которые придают им известную совокупность физических и химических свойств». Открытие Менделеева позволило предвидеть существование, а также свойства ряда неизвестных в то время элементов и послужило научной основой для их классификации.

Однако  Менделеев был вынужден сделать  несколько перестановок в последовательности элементов, распределённой по возрастающему  атомному весу, чтобы соблюсти периодичность  химических свойств, а также ввести незаполненные клетки, соответствующие неоткрытым элементам. Позднее (в первые десятилетия XX века) стало ясно, что периодичность химических свойств зависит от атомного номера (заряда атомного ядра), а не от атомной массы элемента. Последняя определяется количеством стабильных изотопов элемента и их природной распространённостью. Тем не менее, устойчивые изотопы элемента имеют атомные массы, группирующиеся около некоторого значения, поскольку изотопы с избытком или недостатком нейтронов в ядре нестабильны, причём с ростом числа протонов (то есть атомного номера) число нейтронов, формирующих в совокупности стабильное ядро, также растёт. Поэтому периодический закон может быть сформулирован и как зависимость химических свойств от атомной массы, хотя эта зависимость нарушается в нескольких случаях.

С открытием изотопов стало ясно, что даже различные совокупности атомов одного и того же элемента могут иметь различающиеся атомные массы; так, радиогенный гелий, выделенный из урановых минералов, в связи с преобладанием изотопа⁴He имеет атомную массу больше, чем гелий космических лучей (где присутствует также лёгкий изотоп ³He).

Современное понимание химического элемента как совокупности атомов, характеризующихся  одинаковым положительнымзарядом ядра, равным номеру элемента в Периодической таблице, появилось благодаря фундаментальным работам Генри Мозли (1915) и Джеймса Чедвика (1920)^[8].

Известные химические элементы[править | править исходный текст]

Основная статья: Периодическая система элементов

На  середину 2012 года известно 118 химических элементов (с порядковыми номерами с 1 по 118), из них 94 обнаружены в природе (некоторые — лишь в следовых количествах), остальные 24 получены искусственно в результате ядерных реакций. Предпринимались попытки синтеза следующих сверхтяжёлых трансурановых элементов, в том числе были заявления о синтезе элемента унбиквадий (124) и косвенные свидетельства об элементах унбинилий (120) и унбигексий (126), которые пока не подтверждены. Также было объявлено об обнаружении элемента экатория-унбибия (122) в образцах природного тория^[9], однако это заявление впоследствии не подтверждено на основании последующих попыток воспроизведения данных с использованием более точных методов. Кроме того, есть сообщения об открытии в метеоритном веществе следов столкновений с частицами сатомными числами от 105 до 130, что может являться косвенным доказательством существования стабильных сверхтяжёлых ядер^[10]. Поиски сверхтяжёлых трансурановых элементов в природе, возможных согласно теории острова стабильности, пока не увенчались достоверным успехом, а синтезирование новых трансурановых элементов продолжается в российском, американских, немецком и японском центрах ядерных исследований силами международных коллективов учёных. Информация об ещё не открытых химических элементах доступна в статье Расширенная периодическая таблица элементов.

Синтез  новых (не обнаруженных в природе) элементов, имеющих атомный номер выше, чем  у урана (трансурановых элементов), осуществлялся вначале с помощью  многократного захвата нейтронов ядрами урана в условиях интенсивного нейтронного потока в ядерных реакторах и ещё более интенсивного — в условиях ядерного (термоядерного) взрыва. Последующая цепочка бета-распадов нейтроноизбыточных ядер приводит к росту атомного номера и появлению дочерних ядер с атомным номером Z > 92. Таким образом были открыты нептуний (Z = 93), плутоний (94), америций (95), берклий (97), эйнштейний (99) и фермий (100). Кюрий (96) и калифорний (98) также могут быть синтезированы (и практически получаются) этим путём, однако открыты они были первоначально с помощью облучения плутония и кюрия альфа-частицами на ускорителе. Более тяжёлые элементы, начиная с менделевия (101), получаются только на ускорителях, при облучении актиноидных мишеней лёгкими ионами.

Право предложить название новому химическому  элементу предоставляется первооткрывателям. Сообщение о новом открытии проверяется в течение нескольких лет независимыми лабораториями, и, в случае подтверждения, Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК, IUPAC, en:International Union for Pure and Applied Chemistry) официально утверждает название нового элемента.

Не  все из известных на сегодня 118 элементов  имеют утвержденные ИЮПАК постоянные названия. Самым тяжёлым из официально признанных элементов, имеющих официальные постоянные названия, является 116-й, получивший в мае 2012 года имя ливерморий вместе со 114-м элементом флеровием.

Названия  сверхтяжёлых элементов с номерами 113, 115, 117, 118, полученные в 2002—2010 годах  в России и США, официально пока не утверждены. Они имеют временные систематические названия.

Неоткрытые  или неутверждённые элементы часто  называются с помощью системы, использованной ещё Менделеевым, — по названию вышестоящего гомолога в периодической таблице, с добавлением префиксов «эка-» или (редко) «дви-», означающихсанскритские числительные «один» и «два» (в зависимости от того, на 1 или 2 периода выше находится гомолог). Например, до открытия германий (стоящий в периодической таблице под кремнием и предсказанный Менделеевым) назывался эка-кремнием,унуноктий (118) называется также эка-радоном, а флеровий (унунквадий, 114) — эка-свинцом.

Классификация[править | править исходный текст]

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагатьсяспециальный раздел.  Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Символы химических элементов[править | править исходный текст]

Основная статья: Символы химических элементов

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). Такая система химических символов была предложена в 1811 г. шведским химиком Я. Берцелиусом. Временные символы элементов, использующиеся до официального утверждения их постоянных названий и символов, состоят из трёх букв, означающих латинские названия трёх цифр в десятичной записи их атомного номера (например, унуноктий — 118-й элемент — имеет временное обозначение Uuo). Используется также система обозначений по вышестоящим гомологам, описанная выше (Eka-Rn, Eka-Pb и т. п.).

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^[8]:

атомная масса		заряд иона
	Символ элемента
порядковый номер		число атомов в молекуле

Примеры:

•  — молекула водорода, состоящая из двух атомов водорода
•  — ион меди с зарядом 2+
•  — атом углерода с зарядом ядра, равным 6 и атомной массой, равной 12.

В Периодической таблице карточка химического элемента обычно включает следующие характеристики:

• 1 — обозначение химического элемента.
• 2 — русское название.
• 3 — порядковый номер химического элемента, равный количеству протонов в атомном ядре.
• 4 — атомная масса: среднее значение атомной массы устойчивых изотопов в земной коре или атомная масса наиболее долгоживущего изотопа (для радиоактивных элементов).
• 5 — распределение электронов по энергетическим уровням.
• 6 — электронная конфигурация.

Распространённость химических элементов  в природе[править | править исходный текст]

Распространённость химических элементов  в земной коре (% масс.) — кларковые числа

Из  химических элементов наиболее распространены в земной корекислород 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 ядраЗемли различны. Так, ядро состоит в основном из железа и никеля. В свою очередь, содержания элементов в Солнечной системе и в целом воВселенной 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.