СТАТЬЯ ТРЕТЬЯ.
Алхимические элементы. Элементы, названия которых связаны c их свойствами или способом открытия.

Считается, что в XIII-XVII веках алхимики открыли пять новых элементов (правда их элементарность доказана была значительно позднее). Речь идёт о фосфоре, мышьяке, сурьме, висмуте и цинке. Удивительное совпадение - четыре из пяти элементов находятся в одной группе. Если же учесть, что открытие цинка было, по сути, переоткрытием (металлический цинк выплавляли ещё в Древней Индии и в Риме), то получается, что алхимики открывали исключительно элементы пятой группы.

Цинк
Название металла ввёл в русский язык М.В. Ломоносов - от немецкого Zink . Вероятно оно происходит от древнегерманского tinka - белый, действительно, самый распространённый препарат цинка - оксид ZnO („философская шерсть“ алхимиков) имеет белый цвет.

Фосфор
Когда в 1669 году гамбургский алхимик Хеннинг Бранд открыл белую модификацию фосфора, он был поражён его свечением в темноте (на самом деле светится не фосфор а его пары при их окислении кислородом воздуха). Новое вещество получило название, которое в переводе с греческого означает „несущий свет“. Так что „светофор“ - лингвистически то же самое, что и „Люцифер“. Кстати, греки называли Фосфоросом утреннюю Венеру, которая предвещала восход солнца.

Мышьяк
Русское название, наиболее вероятно, связано с ядом которым травили мышей, помимо прочего, по цвету серый мышьяк напоминает мышь. Латинское arsenicum восходит к греческому „арсеникос“ - мужской, вероятно, по сильному действию соединений этого элемента. А для чего их использовали, благодаря художественной литературе знают все.

Сурьма
В химии у этого элемента три названия. Русское слово „сурьма“ происходит от турецкого „сюрме“ - натирание или чернение бровей в древности краской для этого служил тонко размолотый чёрный сульфид сурьмы Sb2S3 („Ты постом говей, не сурьми бровей“. - М. Цветаева). Латинское название элемента (stibium ) происходит от греческого „стиби“ - косметического средства для подведения глаз и лечения глазных болезней. Соли сурьмяной кислоты называют антимонитами, название, возможно, связано с греческим „антемон“ - цветок сростки игольчатых кристаллов сурьмяного блеска Sb2S2 похожи на цветы.

Висмут
Вероятно это искажённое немецкое „weisse Masse “ - белая масса с древности были известны белые с красноватым оттенком самородки висмута. Кстати в западноевропейских языках (кроме немецкого) название элемента начинается на „b“ (bismuth ). Замена латинского „b“ русским „в“ - распространённое явление Abel - Авель, Basil - Василий, basilisk - василиск, Barbara - Варвара, barbarism - варварство, Benjamin - Вениамин, Bartholomew - Варфоломей, Babylon - Вавилон, Byzantium - Византия, Lebanon - Ливан, Libya - Ливия, Baal - Ваал, alphabet - алфавит… Возможно переводчики полагали, что греческая „бета“ - это русская „в“.

Элементы, названные по их свойствам или свойствам их соединений.

Фтор
В течение длительного времени были известны только производные этого элемента, в том числе исключительно едкая фтороводородная (плавиковая) кислота, растворяющая даже стекло и оставляющая на коже очень тяжёлые труднозаживающие ожоги. Природу этой кислоты установил в 1810 году французский физик и химик А.М. Ампер; он и предложил для соответствующего элемента (который был выделен намного позднее, в 1886 году) название: от греч. „фторос“ - разрушение, гибель.

Хлор
По-гречески „хлорос“ - жёлто-зелёный Именно такой цвет имеет этот газ. Этот же корень - в слове „хлорофилл“ (от греч. „хлорос“ и „филлон“ - лист).

Бром
По-гречески „бромос“ - зловонный. Удушающий запах брома похож на запах хлора.

Осмий
По-гречески „осме“ - запах. Хотя сам металл не пахнет, довольно противным запахом, похожим на запах хлора и чеснока, обладает весьма летучий тетраоксид осмия OsO4.

Иод
По-гречески „иодес“ - фиолетовый. Такой цвет имеют пары этого элемента, а также его растворы в несольватирующих растворителях (алканы, четырёххлористый углерод и др.)

Хром
По-гречески „хрома“ - окраска, цвет. Многие соединения хрома ярко окрашены: оксиды - в зелёный, чёрный и красный цвета, гидратированные соли Cr(III) - в зелёный и фиолетовый, а хроматы и дихроматы - в жёлтый и оранжевый.

Иридий
Элемент назван, по сути, так же, как и хром; по-гречески „ирис“ („иридос“) - радуга, Ирида - богиня радуги, вестница богов. Действительно, кристаллический IrCl - медно-красный, IrCl2 - темно-зелёный, IrCl3 - оливково-зелёный, IrCl4 - коричневый, IrF6 - жёлтый, IrS, Ir2O3 и IrBr4 - синие, IrO2 - чёрный. Того же происхождения и слова „иризация“ - радужная окраска поверхности некоторых минералов, краёв облаков, а также „ирис“ (растение), „ирисовая диафрагма“ и даже „ирит“ - воспаление радужной оболочки глаза.

Родий
Элемент был открыт в 1803 году английским химиком У.Г. Волластоном. Он растворил самородную южноамериканскую платину в царской водке; после нейтрализации избытка кислоты едким натром и отделения платины и палладия у него остался розово-красный раствор, гексахлородата натрия Na3RhCl6, из которого и был выделен новый металл. Его название произведено от греческих слов „родон“ - роза и „родеос“ - розово-красный.

Празеодим и неодим
В 1841 году К. Мосандер разделил „лантановую землю“ на две новые „земли“ (то есть оксиды). Одна из них представляла собой оксид лантана, другая была очень на неё похожа и получила название „дидимия“ - от греч. „дидимос“ - близнец. В 1882 году К. Ауэр фон Вельсбах сумел разделить на компоненты и дидимию. Оказалось, что это смесь оксидов двух новых элементов. Один из них давал соли зелёного цвета, и этот элемент Ауэр назвал празеодимом, то есть „зелёным близнецом“ (от греч. „празидос“ - светло-зелёный). Второй элемент давал соли розово-красного цвета, его назвали неодимом, то есть „новым близнецом“.

Таллий
Английский физик и химик Уильям Крукс, специалист в области спектрального анализа, изучая отходы сернокислотного производства, записал 7 марта 1861 года в лабораторном журнале: „Зелёная линия в спектре, даваемая некоторыми порциями селеновых остатков, не обусловлена ни серой, селеном, теллуром; ни кальцием, барием, стронцием; ни калием, натрием, литием“. Действительно, это была линия нового элемента, название которого произведено от греческого thallos - зелёная ветвь. К выбору названия Крукс подошёл романтично: „Я выбрал это название, ибо зелёная линия соответствует спектру и перекликается со специфической яркостью свежего цвета растений в настоящее время“.

Индий
В 1863 году в немецком „Журнале практической химии“ появилось сообщение директора Металлургической лаборатории Фрейбергской горной академии Ф. Райха и его ассистента Т. Рихтера об открытии нового металла. Анализируя местные полиметаллические руды в поисках недавно открытого таллия, авторы „заметили неизвестную до сих пор индиговосинюю линию“. И далее они пишут: „Мы получили в спектроскопе столь яркую, резкую и устойчивую синюю линию, что без колебаний пришли к выводу о существовании неизвестного металла, который мы предлагаем назвать индием“. Концентраты солей нового элемента обнаруживались даже без спектроскопа - по интенсивному синему окрашиванию пламени горелки Этот цвет был очень похож на цвет красителя индиго, отсюда - название элемента.

Рубидий и цезий
Это первые химические элементы, открытые в начале 60-х годов XVIII века Г. Кирхгофом и Р. Бунзеном с помощью разработанного ими метода - спектрального анализа. Цезий назван по ярко-голубой линии в спектре (лат. caesius - голубой), рубидий - по линиям в красной части спектра (лат. rubidus - красный). Для получения нескольких граммов солей новых щелочных металлов исследователи переработали 44 тонны минеральной воды из Дюркхейма и свыше 180 кг минерала лепидолита - алюмосиликата состава K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(F,OH)2, в котором в виде примесей присутствуют оксиды рубидия и цезия.

Водород и кислород
Эти названия - дословный перевод на русский с латыни (hydrogenium , oxygenium ). Их придумал А.Л. Лавуазье, который ошибочно полагал, что кислород „рождает“ все кислоты. Логичнее было бы поступить наоборот: назвать кислород водородом (этот элемент тоже „рождает“ воду), а водород - кислородом, так как он входит в состав всех кислот.

Азот
Французское название элемента (azote) также предложил Лавуазье - от греческой отрицательной приставки „a“ и слова „зоэ“ - жизнь (тот же корень в слове „зоология“ и его производных - зоопарк, зоогеография, зооморфизм, зоопланктон, зоотехник и т. д.). Название не вполне удачное: азот, хотя и не пригоден для дыхания, для жизни совершенно необходим, поскольку входит в состав любого белка, любой нуклеиновой кислоты. Того же происхождения и немецкое название Stickstoff - удушливое вещество. Корень „азо“ присутствует в интернациональных названиях „азид“, „азосоединение“, „азин“ и других. А вот латинское nitrogenium и английское nitrogen происходят от древнееврейского „нетер“ (греч. „нитрон“, лат. nitrum ); так в древности называли природную щёлочь - соду, а позднее - селитру.

Радий и радон
Названия, общие для всех языков, происходят от латинских слов radius - луч и radiare - испускать лучи. Так супруги Кюри, открывшие радий, обозначили его способность излучать невидимые частицы. Того же происхождение слова „радио“, „радиация“ и их бесчисленные производные (в словарях можно найти более сотни таких слов, начиная от устаревшей радиолы и кончая современной радиоэкологией). При распаде радия выделяется радиоактивный газ, который назвали эманацией радия (от лат. emanatio - истечение), а затем радоном - по аналогии с названиями ряда других благородных газов (а может быть, просто по начальным и конечным буквам предложенного Э. Резерфордом английского названия radium emanation ).

Актиний и протактиний
Название этим радиоактивным элементам дано по аналогии с радием: по-гречески „актис“ - излучение, свет. Хотя протактиний был открыт в 1917 году, то есть на 18 лет позже актиния, в так называемом естественном радиоактивном ряду актиния (который начинается с урана-235) протактиний стоит раньше; отсюда и его название: от греческого „протос“ - первый, исходный, начальный.

Астат
Этот элемент был получен в 1940 году искусственно - облучением на циклотроне висмута альфа-частицами. Но лишь через семь лет авторы открытия - американские физики Д. Корсон, К. Макензи и Э. Сегре дали этому элементу название, произведенное от греческого слова „астатос“ - неустойчивый, шаткий (того же корня слово „статика“ и множество его производных). Самый долгоживущий изотоп элемента имеет период полураспада 7,2 часа - тогда казалось, что это очень мало.

Аргон
Благородный газ, выделенный в 1894 году из воздуха английскими учеными Дж.У. Рэлеем и У. Рамзаем, не вступал в реакции ни с одним веществом, за что и получил свое название - от греческой отрицательной приставки „а“ и слова „эргон“ - дело, деятельность. От этого корня - и внесистемная единица энергии эрг, и слова „энергия“, „энергичный“ и т. п. Название „аргон“ предложил химик Мазан, председательствовавший на собрании Британской ассоциации в Оксфорде, где Рэлей и Рамзай выступили с сообщением об открытии нового газа. В 1904 году химик Рамзай за открытие в атмосфере аргона и других благородных газов получил Нобелевскую премию по химии, а физик Джон Уильям Стретт (лорд Рэлей) в том же году и, по сути, за то же открытие получил Нобелевскую премию по физике. Вероятно, это единственный случай такого рода. Пока аргон подтверждает своё название - не получено ни одного его стабильного соединения, если не считать соединения включения с фенолом, гидрохиноном,ацетоном.

Платина
Когда испанцы в Америке в середине XVI века познакомились с новым для себя металлом, весьма похожим на серебро (по-испански plata ), они дали ему несколько пренебрежительное название platina , буквально „маленькое серебро“, „серебришко“. Объясняется это тугоплавкостью платины (около 1770°С), которая не поддавалась переплавке.

Молибден
По-гречески „молибдос“ - свинец, отсюда латинское molibdaena - так в средние века называли и свинцовый блеск PbS, и более редкий молибденовый блеск (MoS2), и другие похожие минералы, оставлявшие чёрный след на бумаге, в том числе графит и сам свинец (недаром по-немецки карандаш - Bleistift , то есть свинцовый стержень). В конце XVIII века из молибденового блеска (молибденита) выделили новый металл; по предложению Й.Я. Берцелиуса его назвали молибденом.

Вольфрам
Минерал с таким названием издавна был известен в Германии. Это смешанный вольфрамат железа-марганца x FeWO4· y MnWO4. Из-за тяжести его часто принимали за оловянную руду, из которой, однако, никакие металлы не выплавлялись. Подозрительное отношение горняков к этой ещё одной „дьявольской“ руде (вспомним о никеле и кобальте) отразилось и на её названии: Wolf по-немецки - волк. А что такое „рам“? Есть такая версия: в древнегерманском Ramm - баран; получается, что нечистая сила „пожирает“ металл, как волк барана. Но можно предположить и другое: в южнонемецком, швейцарском и австрийском диалектах немецкого языка и сейчас есть глагол rahm (читается „рам“), который означает „снимать сливки“, „брать себе лучшую часть“. Тогда вместо „волки - овцы“ получается другая версия: „волк“ забирает себе лучшую часть и горнякам ничего не остаётся. Слово „вольфрам“ есть в немецком и русском языках, тогда как в английском и французском от него остался только знак W в формулах да название минерала вольфрамита; в остальных случаях - только „тунгстен“. Так когда-то Берцелиус назвал тяжёлый минерал, из которого К.В. Шееле в 1781 году выделил оксид вольфрама. По-шведски tung sten - тяжёлый камень, отсюда и название металла. Кстати, потом этот минерал (CaWO4) в честь ученого назвали шеелитом.

Элементы, названия которых связаны со способом их открытия.

Литий
Когда в 1817 году ученик Берцелиуса шведский химик И.А. Арфведсон обнаружил в одном из минералов новую „огнепостоянную щёлочь до сих пор неизвестной природы“, его учитель предложил назвать её „литионом“ - от греческого „литос“ - камень, так как эта щёлочь, в отличие от уже известных натриевой и калиевой, впервые была обнаружена в „царстве“ камней. За элементом же закрепилось название „литий“. Этот же греческий корень - в словах „литосфера“, „литография“ (оттиск с каменной формы) и других.

Натрий
В XVIII веке название „натрон“ (см. „Азот“) закрепилось за „минеральной щёлочью“ - едким натром. Сейчас в химии „натронная известь“ - смесь гидроксидов натрия и кальция. Так что натрий и азот - два совершенно несхожих элемента - имеют, оказывается, общее (если исходить из латинских названий nitrogenium и natrium ) происхождение. Английское и французское названия элемента (sodium ) произошли, вероятно, от арабского „суввад“ - так арабы называли прибрежное морское растение, зола которого, в отличие от большинства других растений, содержит карбонат не калия, а натрия, то есть соду.

Калий
По-арабски „аль-кали“ - продукт, получаемый из золы растений, то есть карбонат калия. До сих пор эту золу сельские жители используют для подкормки растений калием; например, в золе подсолнечника калия больше 30%. Английское название элемента potassium , как и русское „поташ“, заимствовано из языков германской группы; по-немецки и голландски ash - зола, pot - горшок, то есть поташ - это „зола из горшка“. Раньше карбонат калия получали, выпаривая в чанах вытяжку из золы.

Кальций
Римляне словом calx (род. падеж calcis ) называли все мягкие камни. Со временем это название закрепилось только за известняком (недаром мел по-английски - chalk ). Это же слово использовали для извести - продукта обжига карбоната кальция. Алхимики кальцинацией называли сам процесс обжига. Отсюда кальцинированная сода - безводный карбонат натрия, получающийся при прокаливании кристаллического карбоната Na2CO3·10H2O. Впервые кальций получил из извести в 1808 году Г. Дэви, он же дал название новому элементу. Кальций - родственник калькулятору: у римлян calculus (уменьшительное от calx ) - мелкий камешек, галька. Такие камешки использовали для простых расчётов с помощью доски с прорезями - абака, предка русских счётов. Все эти слова оставили след в европейских языках. Так, по-английски calx - окалина, зола, а также известь; calcimine - известковый раствор для побелки; calcination - прокаливание, обжиг; calculus - камень в почках, мочевом пузыре, а также исчисление (дифференциальное и интегральное) в высшей математике; calculate - вычислять, рассчитывать. В современном итальянском языке, который ближе всех к латинскому, calcolo - это и вычисление, и камень.

Барий
В 1774 году шведские химики К.В. Шееле и Ю.Г. Ган выделили из минерала тяжелого шпата (BaSO4) новую „землю“, которую назвали баритом; по-гречески „барос“ - тяжесть, „барис“ - тяжёлый. Когда в 1808 году из этой „земли“ (BaO) был с помощью электролиза выделен новый металл, его назвали барием. Так что у бария тоже есть неожиданные и практически не связанные друг с другом „родственники“; среди них - барометр, барограф, барокамера, баритон - низкий („тяжёлый“) голос, барионы - тяжёлые элементарные частицы.

Бор
Арабы словом „бурак“ называли многие соли белого цвета, растворимые в воде. Одна из таких солей - бура, природный тетраборат натрия Na2B4O7·10H2O. Из буры в 1702 году была путем прокаливания получена борная кислота, а из неё в 1808 году Л. Гей-Люссак и Л. Тенар независимо друг от друга выделили новый элемент, бор.

Алюминий
Его открыл физик и химик X.К. Эрстед в 1825 году. Название происходит от латинского alumen (род. падеж aluminis ) - так называли квасцы (двойной сульфат калия-алюминия KAl(SO4)2·12H2O), их использовали как протраву при крашении тканей. Латинское название, вероятно, восходит к греческому „халмэ“ - рассол, соляной раствор. Любопытно, что в Англии алюминий - это aluminium , а в США - aluminum .

Лантан
В 1794 году финский химик Ю. Гадолин в минерале церите обнаружил новую „иттриевую землю“. Через девять лет в том же минерале Й. Берцелиус и В. Хизингер нашли ещё одну „землю“, которую назвали цериевой. Из этих „земель“ впоследствии выделили оксиды ряда редкоземельных элементов. Один из них, открытый в 1839 году, по предложению Берцелиуса, назвали лантаном - от греч. „лантанейн“ - скрываться: новый элемент десятки лет „прятался“ от химиков.

Кремний
Русское название элемента, данное ему Г.И. Гессом в 1831 году, произошло от старославянского слова „кремень“ - твёрдый камень. Таково же происхождение латинского silicium (и международного „силикат“): silex - камень, булыжник, а также утёс, скала. Понятно, что скалы из мягких камней не бывают.

Цирконий
Название происходит от персидского „царгун“ - окрашенный в золотистый цвет. Такую окраску имеет одна из разновидностей минерала циркона (ZrSiO4) - драгоценный камень гиацинт. Диоксид циркония („цирконовая земля“) выделил из цейлонского циркона в 1789 году немецкий химик М.Г. Клапрот.

Технеций
Название отражает искусственное получение этого элемента: ничтожные количества технеция были синтезированы в 1936 году при облучении молибдена в циклотроне ядрами дейтерия. По-гречески „технетос“ и означает „искусственный“.

„Химия и жизнь - XXI век“

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!

Периодическая Система химических элементов Д.И. Менделеева

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

Химический элемент - это собирательный термин, описывающий совокупность атомов простого вещества, т. е. такого, которое не может быть разделено на какие-либо более простые (по структуре их молекул) составляющие. Представьте себе, что вы получаете кусок чистого железа с просьбой разделить его на гипотетические составляющие с помощью любого устройства или метода, когда-либо изобретенного химиками. Однако вы ничего не сможете сделать, никогда железо не разделится на что-нибудь попроще. Простому веществу - железу - соответствует химический элемент Fe.

Теоретическое определение

Отмеченный выше экспериментальный факт может быть объяснен с помощью такого определения: химический элемент - это абстрактная совокупность атомов (не молекул!) соответствующего простого вещества, т. е. атомов одного и того же вида. Если бы существовал способ смотреть на каждый из отдельных атомов в куске чистого железа, упомянутого выше, то все они были бы однаковыми - атомами железа. В противоположность этому, химическое соединение, например, оксид железа, всегда содержит по меньшей мере два различных вида атомов: атомы железа и атомы кислорода.

Термины, которые следует знать

Атомная масса : масса протонов, нейтронов и электронов, которые составляют атом химического элемента.

Атомный номер : число протонов в ядре атома элемента.

Химический символ : буква или пара латинских букв, представляющих обозначение данного элемента.

Соединение химическое : вещество, которое состоит из двух или более химических элементов, соединенных друг с другом в определенной пропорции.

Металл : элемент, который теряет электроны в химических реакциях с другими элементами.

Металлоид : элемент, который реагирует иногда как металл, а иногда и как неметалл.

Неметалл : элемент, который стремится получить электроны в химических реакциях с другими элементами.

Периодическая система химических элементов : система классификации химических элементов в соответствии с их атомными номерами.

Синтетический элемент : тот, который получен искусственно в лаборатории, и, как правило, не встречается в природе.

Природные и синтетические элементы

Девяносто два химических элемента встречаются в природе на Земле. Остальные были получены искусственно в лабораториях. Синтетический химический элемент - это, как правило, продукт ядерных реакций в ускорителях частиц (устройствах, используемых для увеличения скорости субатомных частиц, таких как электроны и протоны) или ядерных реакторах (устройствах, используемых для управления энергией, выделяющейся при ядерных реакциях). Первым полученным синтетическим элементом с атомным номером 43 стал технеций, обнаруженный в 1937 году итальянскими физиками К. Перрье и Э. Сегре. Кроме технеция и прометия, все синтетические элементы имеют ядра большие, чем у урана. Последний получивший свое название синтетический химический элемент - это ливерморий (116), а перед ним был флеровий (114).

Два десятка распространенных и важных элементов

Название	Символ	Процент всех атомов *				Свойства химических элементов (при обычных комнатных условиях)
		Во вселенной	В земной коре	В морской воде	В человеческом организме
Алюминий	Al	-	6,3	-	-	Легкий, серебристый металл
Кальций	Ca	-	2,1	-	0,02	Входит в состав природных минералов, ракушек, костей
Углерод	С	-	-	-	10,7	Базис всех живых организмов
Хлор	Cl	-	-	0,3	-	Ядовитый газ
Медь	Cu	-	-	-	-	Только красный металл
Золото	Au	-	-	-	-	Только желтый металл
Гелий	He	7,1	-	-	-	Очень легкий газ
Водород	Н	92,8	2,9	66,2	60,6	Самый легкий из всех элементов; газ
Йод	I	-	-	-	-	Неметалл; используется в качестве антисептического средства
Железо	Fe	-	2,1	-	-	Магнитный металл; используется для производства чугуна и стали
Свинец	Pb	-	-	-	-	Мягкий, тяжелый металл
Магний	Mg	-	2,0	-	-	Очень легкий металл
Ртуть	Hg	-	-	-	-	Жидкий металл; один из двух жидких элементов
Никель	Ni	-	-	-	-	Устойчивый против коррозии металл; используют в монетах
Азот	N	-	-	-	2,4	Газ, основной компонент воздуха
Кислород	О	-	60,1	33,1	25,7	Газ, второй важный компонент воздуха
Фосфор	Р	-	-	-	0,1	Неметалл; важен для растений
Калий	К	-	1.1	-	-	Металл; важен для растений; обычно называют "поташ"

* Если величина не указана, то элемент составляет менее 0,1 процента.

Большой взрыв как первопричина образования материи

Какой химический элемент был самым первым во Вселенной? Ученые считают, что ответ на этот вопрос лежит в звездах и в процессах, с помощью которых формируются звезды. Вселенная, как полагают, возникла в какой-то момент времени от 12 до 15 миллиардов лет назад. До этого момента ничего сущего, кроме энергии, не мыслится. Но что-то произошло, что превратило эту энергию в огромный взрыв (так называемый Большой взрыв). В следующие секунды после Большого взрыва начала формироваться материя.

Первыми появившимися простейшими формами материи были протоны и электроны. Некоторые из них объединяются в атомы водорода. Последний состоит из одного протона и одного электрона; это самый простой атом, который может существовать.

Медленно, в течение длительных периодов времени атомы водорода стали собираться вместе в определенных областях пространства, образуя плотные облака. Водород в этих облаках стягивался в компактные образования гравитационными силами. В конце концов эти облака водорода стали достаточно плотными, чтобы сформировать звезды..

Звезды как химические реакторы новых элементов

Звезда - просто масса вещества, которая генерирует энергию ядерных реакций. Наиболее распространенная из этих реакций представляет комбинацию четырех атомов водорода, образующих один атом гелия. Как только звезды начали формироваться, то гелий стал вторым элементом, появившимся во Вселенной.

Когда звезды становятся старше, они переходят от водородно-гелиевых ядерных реакций на другие их типы. В них атомы гелия образуют атомы углерода. Позже атомы углерода образуют кислород, неон, натрий и магний. Еще позже неон и кислород соединяются друг с другом с образованием магния. Поскольку эти реакции продолжаются, то все более и более химических элементов образуются.

Первые системы химических элементов

Более 200 лет назад химики начали искать способы их классификации. В середине девятнадцатого века были известны около 50 химических элементов. Один из вопросов, который стремились разрешить химики. сводился к следующему: химический элемент - это полностью отличное от любого другого элемента вещество? Или некоторые элементы, связанные с другими в некотором роде? Есть ли общий закон, их объединяющий?

Химики предлагали различные системы химических элементов. Так, например, английский химик Уильям Праут в 1815 г. предположил, что атомные массы всех элементов кратны массе атома водорода, если принять ее равной единице, т. е. они должны быть целыми числами. В то время атомные массы многих элементов уже были вычислены Дж. Дальтоном по отношению к массе водорода. Однако если для углерода, азота, кислорода это примерно так, то хлор с массой 35,5 в эту схему никак не вписывался.

Немецкий химик Иоганн Вольфганг Доберайнер (1780 — 1849) показал в 1829 году, что три элемента из так называемой группы галогенов (хлор, бром и йод) могут классифицироваться по их относительным атомным массам. Атомный вес брома (79,9) оказался почти точно средним из атомных весов хлора (35,5) и йода (127), а именно 35,5 + 127 ÷ 2 = 81,25 (близко к 79,9). Это был первый подход к построению одной из групп химических элементов. Доберайнер обнаружил еще две таких триады элементов, но сформулировать общий периодический закон ему не удалось.

Как появилась периодическая система химических элементов

Большинство ранних классификационных схем было не очень успешными. Затем, около 1869 года, двумя химиками было сделано почти одно открытие и почти в одно время. Русский химик Дмитрий Менделеев (1834-1907) и немецкий химик Юлиус Лотар Мейер (1830-1895) предложили организовать элементы, которые имеют аналогичные физические и химические свойства, в упорядоченную систему групп, рядов и периодов. При этом Менделеев и Мейер указывали, что свойства химических элементов периодически повторяются в зависимости от их атомных весов.

Сегодня Менделеев, как правило, считается первооткрывателем периодического закона, потому что он сделал один шаг, который Мейер не сделал. Когда все элементы были расположены в периодической таблице, в ней появились некоторые пробелы. Менделеев предсказал, что это места для элементов, которые еще не были обнаружены.

Однако он пошел еще дальше. Менделеев предсказал свойства этих еще не открытых элементов. Он знал, где они расположены в периодической таблице, так что мог прогнозировать их свойства. Примечательно, что каждый предсказанный химический элемент Менделеева,будущие галлий, скандий и германий, были обнаружены менее чем через десять лет после опубликования им периодического закона.

Короткая форма периодической таблицы

Были попытки подсчитать, сколько вариантов графического изображения периодической системы предлагалось разными учеными. Оказалось, больше 500. Причем 80% общего числа вариантов - это таблицы, а остальное - геометрические фигуры, математические кривые и т. д. В итоге практическое применение нашли четыре вида таблиц: короткая, полудлинная, длинная и лестничная (пирамидальная). Последняя была предложена великим физиком Н. Бором.

На рисунке ниже показана короткая форма.

В ней химические элементы расположены по возрастанию их атомных номеров слева направо и сверху вниз. Так, первый химический элемент периодической таблицы водород имеет атомный номер 1 потому, что ядра атомов водорода содержит один и только один протон. Аналогично и кислород имеет атомный номер 8, так как ядра всех атомов кислорода содержат 8 протонов (см. рисунок ниже).

Главные структурные фрагменты периодической системы - периоды и группы элементов. В шести периодах все клетки заполнены, седьмой еще не завершен (элементы 113, 115, 117 и 118 хотя и синтезированы в лабораториях, однако еще официально не зарегистрированы и не имеют названий).

Группы подразделяются на главные (A) и побочные (B) подгруппы. Элементы первых трех периодов, содержащих по одному ряду-строке, входят исключительно в A-подгруппы. Остальные четыре периода включают по два ряда-строки.

Химические элементы в одной группе, как правило, имеют схожие химические свойства. Так, первую группу составляют щелочные металлы, вторую - щелочноземельные. Находящиеся в одном периоде элементы имеют свойства, медленно изменяющиеся от щелочного металла до благородного газа. Рисунок ниже показывает, как одно из свойств - атомный радиус - изменяется для отдельных элементов в таблице.

Длиннопериодная форма периодической таблицы

Она показана на рисунке ниже и делится в двух направлениях, по строкам и по столбцам. Есть семь строк-периодов, как и в короткой форме, и 18 столбцов, называемых группами или семьями. По сути, увеличение числа групп с 8 в короткой форме до 18 в длинной получено путем размещения всех элементов в периодах, начиная с 4-го, не в две, а в одну строку.

Две разных системы нумерации используются для групп, как показано в верхней части таблицы. Система на основе римских цифр (IA, IIA, IIB, IVB и т. д.) традиционно была популярна в США. Другая система (1, 2, 3, 4 и т. д.) традиционно используется в Европе, а несколько лет назад была рекомендована для использования в США.

Вид периодических таблиц на рисунках выше немного вводит в заблуждение, как и в любой такой опубликованной таблице. Причиной этого является то, что две группы элементов, показанных в нижней части таблиц, на самом деле должны быть расположены внутри них. Лантаноиды, например, принадлежат к периоду 6 между барием (56) и гафнием (72). Кроме того, актиноиды принадлежат периоду 7 между радием (88) и резерфордием (104). Если бы они были вставлены в таблицу, то она стала бы слишком широкой, чтобы поместиться на листе бумаги или настенной диаграмме. Поэтому принято эти элементы размещать в нижней части таблицы.

Очень много различных вещей и предметов, живых и неживых тел природы нас окружает. И все они имеют свой состав, строение, свойства. В живых существах протекают сложнейшие биохимические реакции, сопровождающие процессы жизнедеятельности. Неживые тела выполняют различные функции в природе и жизни биомассы и имеют сложный молекулярный и атомарный состав.

Но все вместе объекты планеты имеют общую особенность: они состоят из множества мельчайших структурных частиц, называемых атомами химических элементов. Настолько мелких, что невооруженным взглядом их не рассмотреть. Что такое химические элементы? Какими характеристиками они обладают и откуда стало известно об их существовании? Попробуем разобраться.

Понятие о химических элементах

В общепринятом понимании химические элементы - это лишь графическое отображение атомов. Частиц, из которых складывается все существующее во Вселенной. То есть на вопрос "что такое химические элементы" можно дать такой ответ. Это сложные маленькие структуры, совокупности всех изотопов атомов, объединенные общим названием, имеющие свое графическое обозначение (символ).

На сегодняшний день известно о 118 элементах, которые открыты как в естественных условиях, так и синтетически, путем осуществления ядерных реакций и ядер других атомов. Каждый из них имеет набор характеристик, свое местоположение в общей системе, историю открытия и название, а также выполняет определенную роль в природе и жизни живых существ. Изучением этих особенностей занимается наука химия. Химические элементы - это основа для построения молекул, простых и сложных соединений, а следовательно, химических взаимодействий.

История открытия

Само понимание того, что такое химические элементы, пришло только в XVII веке благодаря работам Бойля. Именно он впервые заговорил об этом понятии и дал ему следующее определение. Это неделимые маленькие простые вещества, из которых складывается все вокруг, в том числе и все сложные.

До этой работы господствовали взгляды алхимиков, признававшим теорию четырех стихий - Эмпидокла и Аристотеля, а также открывших "горючие начала" (сера) и "металлические начала" (ртуть).

Практически весь XVIII век была распространена совершенно ошибочная теория флогистона. Однако уже в конце этого периода Антуан Лоран Лавуазье доказывает, что она несостоятельна. Он повторяет формулировку Бойля, но при этом дополняет ее первой попыткой систематизации всех известных на тот момент элементов, распределив их на четыре группы: металлы, радикалы, земли, неметаллы.

Следующий большой шаг в понимании того, что такое химические элементы, делает Дальтон. Ему принадлежит заслуга открытия атомной массы. На основе этого он распределяет часть известных химических элементов в порядке возрастания их атомной массы.

Стабильно интенсивное развитие науки и техники позволяет делать ряд открытий новых элементов в составе природных тел. Поэтому к 1869 году - времени великого творения Д. И. Менделеева - науке стало известно о существовании 63 элементов. Работа русского ученого стала первой полной и навсегда закрепившейся классификацией этих частиц.

Строение химических элементов на тот момент установлено не было. Считалось, что атом неделим, что это мельчайшая единица. С открытием явления радиоактивности было доказано, что он делится на структурные части. Практически каждый при этом существует в форме нескольких природных изотопов (аналогичных частиц, но с иным количеством структур нейтронов, от чего меняется атомная масса). Таким образом, к середине прошлого столетия удалось добиться порядка в определении понятия химического элемента.

Система химических элементов Менделеева

В основу ученый положил различие в атомной массе и сумел гениальным образом расположить все известные химические элементы в порядке ее возрастания. Однако вся глубина и гениальность его научного мышления и предвидения заключалась в том, что Менделеев оставил пустые места в своей системе, открытые ячейки для еще неизвестных элементов, которые, по мнению ученого, в будущем будут открыты.

И все получилось именно так, как он сказал. Химические элементы Менделеева с течением времени заполнили все пустые ячейки. Была открыта каждая предсказанная ученым структура. И теперь мы можем смело говорить о том, что система химических элементов представлена 118 единицами. Правда, три последних открытия пока еще официально не подтверждены.

Сама по себе система химических элементов отображается графически таблицей, в которой элементы располагаются согласно иерархичности их свойств, зарядам ядер и особенностям строения электронных оболочек их атомов. Так, имеются периоды (7 штук) - горизонтальные ряды, группы (8 штук) - вертикальные, подгруппы (главная и побочная в пределах каждой группы). Чаще всего отдельно в нижние слои таблицы выносятся два ряда семейств - лантаноиды и актиноиды.

Атомная масса элемента складывается из протонов и нейтронов, совокупность которым имеет название "массовое число". Количество протонов определяется очень просто - оно равно порядковому номеру элемента в системе. А так как атом в целом - система электронейтральная, то есть не имеющая вообще никакого заряда, то количество отрицательных электронов всегда равно количеству положительных частиц протонов.

Таким образом, характеристика химического элемента может быть дана по его положению в периодической системе. Ведь в ячейке описано практически все: порядковый номер, а значит, электроны и протоны, атомная масса (усредненное значение всех существующих изотопов данного элемента). Видно, в каком периоде находится структура (значит, на стольких слоях будут располагаться электроны). Также можно предсказать количество отрицательных частиц на последнем энергетическом уровне для элементов главных подгрупп - оно равно номеру группы, в которой располагается элемент.

Количество нейтронов можно рассчитать, если вычесть из массового числа протоны, то есть порядковый номер. Таким образом, можно получить и составить целую электронно-графическую формулу для каждого химического элемента, которая будет в точности отражать его строение и показывать возможные и проявляемые свойства.

Распространение элементов в природе

Изучением этого вопроса занимается целая наука - космохимия. Данные показывают, что распределение элементов по нашей планете повторяет такие же закономерности во Вселенной. Главным источником ядер легких, тяжелых и средних атомов являются ядерные реакции, происходящие в недрах звезд - нуклеосинтез. Благодаря этим процессам Вселенная и космическое пространство снабдили нашу планету всеми имеющимися химическими элементами.

Всего из известных 118 представителей в естественных природных источниках людьми были обнаружены 89. Это основополагающие, самые распространенные атомы. Химические элементы также были синтезированы искусственно, путем бомбардировки ядер нейтронами (нуклеосинтез в лабораторных условиях).

Самыми многочисленными считаются простые вещества таких элементов, как азот, кислород, водород. Углерод входит в состав всех органических веществ, а значит, также занимает лидирующие позиции.

Классификация по электронному строению атомов

Одна из самых распространенных классификаций всех химических элементов системы - это распределение их на основе электронного строения. По тому, сколько энергетических уровней входит в состав оболочки атома и который из них содержит последние валентные электроны, можно выделить четыре группы элементов.

S-элементы

Это такие, у которых последней заполняется s-орбиталь. К этому семейству относятся элементы первой группы главной подгруппы (или Всего один электрон на внешнем уровне определяет схожие свойства этих представителей как сильных восстановителей.

Р-элементы

Всего 30 штук. Валентные электроны располагаются на р-подуровне. Это элементы, формирующие главные подгруппы с третьей по восьмую группу, относящиеся к 3,4,5,6 периодам. Среди них по свойствам встречаются как металлы, так и типичные неметаллические элементы.

d-элементы и f-элементы

Это переходные металлы с 4 по 7 большой период. Всего 32 элемента. Простые вещества могут проявлять как кислотные, так и основные свойства (окислительные и восстановительные). Также амфотерные, то есть двойственные.

К f-семейству относятся лантаноиды и актиноиды, у которых последние электроны располагаются на f-орбиталях.

Вещества, образуемые элементами: простые

Также все классы химических элементов способны существовать в виде простых или сложных соединений. Так, простыми принято считать такие, которые образованы из одной и той же структуры в разном количестве. Например, О 2 - кислород или дикислород, а О 3 - озон. Такое явление носит название аллотропии.

Простые химические элементы, формирующие одноименные соединения, характерны для каждого представителя периодической системы. Но не все они одинаковы по проявляемым свойствам. Так, существуют простые вещества металлы и неметаллы. Первые образуют главные подгруппы с 1-3 группу и все побочные подгруппы в таблице. Неметаллы же формируют главные подгруппы 4-7 групп. В восьмую основную входят особые элементы - благородные или инертные газы.

Среди всех открытых на сегодня простых элементов известны при обычных условиях 11 газов, 2 жидких вещества (бром и ртуть), все остальные - твердые.

Сложные соединения

К таковым принято относить все, которые состоят из двух и более химических элементов. Примеров масса, ведь химических соединений известно более 2 миллионов! Это соли, оксиды, основания и кислоты, сложные комплексные соединения, все органические вещества.

---