Химический элемент¶
Химический элемент — это вид атомов, определяемый числом протонов в ядре (атомным номером). Все атомы с одинаковым зарядом ядра образуют один химический элемент, независимо от числа нейтронов и заряда иона. На сегодня известно 118 химических элементов, из которых 94 встречаются в природе, а остальные получены искусственно.
¶Определение и история понятия
Понятие химического элемента прошло длительную эволюцию. В античности под элементами понимались «первоматерии» — земля, вода, воздух и огонь. Современное содержание термину придал Роберт Бойль в трактате «Скептический химик» (1661), определив элемент как вещество, которое не может быть разложено на более простые составляющие.
Антуан Лавуазье в 1789 году впервые составил список из 33 химических элементов, включив в него также такие вещества, как свет и тепло. Джон Далтон в начале XIX века связал понятие элемента с атомной теорией: элемент — это вид атомов с одинаковой атомной массой.
Ключевой вклад внёс Дмитрий Менделеев, создавший в 1869 году периодическую таблицу, сгруппировавшую элементы по сходству свойств и атомной массе. Современное определение элемента через заряд ядра сформулировал Генри Мозли в 1913 году, установивший закономерность рентгеновских спектров элементов.
¶Классификация
По физическим свойствам элементы делятся на:
- Металлы — около 80% известных элементов (железо, медь, алюминий, натрий). Обладают металлической связью, электропроводностью, пластичностью.
- Неметаллы — кислород, азот, сера, галогены. Образуют ковалентные связи, в виде простых веществ проявляют окислительные свойства.
- Полуметаллы (металлоиды) — бор, кремний, германий, мышьяк, селен, теллур, астатин. Обладают промежуточными свойствами.
По периодической таблице элементы распределяются по группам (колонкам) и периодам (строкам). Группы объединяют элементы с одинаковым числом валентных электронов и сходными свойствами.
¶Строение атома
Атом элемента состоит из ядра, содержащего протоны и нейтроны, и электронной оболочки. Число протонов (атомный номер Z) определяет принадлежность к элементу; число нейтронов N определяет изотоп. Атомная масса элемента — это среднее значение массовых чисел всех стабильных и долгоживущих изотопов с учётом их природной распространённости.
Изотопы одного элемента химически практически идентичны, так как определяются одинаковым зарядом ядра. Различия проявляются в ядерных свойствах: радиоактивности, массе, поведении в ядерных реакциях.
¶Распространённость
Наиболее распространённые элементы во Вселенной — водород и гелий, составляющие около 98% барионной массы. На Земле преобладают кислород (46% массы коры), кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний.
В живых организмах доминируют шесть элементов: углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера (так называемые CHNOPS-элементы).
¶Искусственные элементы
Начиная с технеция (Z = 43) и прометия (Z = 61), многие элементы не имеют стабильных изотопов. Тяжёлые элементы, начиная с урана (Z = 92), радиоактивны. Элементы с атомными номерами выше 94 (плутоний и далее) получены исключительно в лабораторных условиях в результате ядерных реакций.
Синтез сверхтяжёлых элементов (Z > 118) продолжается в крупнейших ядерных центрах, включая Объединённый институт ядерных исследований в Дубне. Некоторые из них существуют доли секунды и пока не получили устойчивых названий.
¶Значение
Химические элементы — фундаментальные единицы материи, из которых построены все вещества природы и синтезируемые соединения. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева остаётся одной из центральных организующих схем химии, предсказавшей свойства ещё не открытых элементов.
¶Источники
- Менделеев Д. И. «Основы химии»
- Лавуазье А. «Трактат о воздушной химии»
- Лайдон Д., Лайдон К. «Химия»
- Хомченко Г. П. «Химия для поступающих в вузы»