Меню

Хим элемент это совокупность атомов с одинаковым

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[5].

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, магния и 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[6].

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 Йенса 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.

Ko 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, к-рые придают им известную совокупность физических и химических свойств». Oткрытие Mенделеева позволило предвидеть существование, a также свойства ряда неизвестных в то время элементов и послужило научной основой для их классификации.

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.

Современное понимание химического элемента как совокупности атомов, характеризующихся одинаковым положительным зарядом ядра, равным номеру элемента в Периодической таблице, появилось благодаря фундаментальным работам Генри Мозли (1915) и Джеймса Чедвика (1920)[7].
[править]
Известные химические элементы
Основная статья: Периодическая система элементов

источник

Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся массой атомов, называются изотопами. Они содержат одинаковое число протонов, но разное количество нейтронов. Изотопы хлора:

имеют один и тот же атомный номер 17, но у одного 18, а у другого 20 нейтронов:

Так как химические свойства определяются зарядом ядра и электронной структурой атома, то масса атома влияет на них слабо.

В настоящее время известно ≈ 300 устойчивых и 1400 радиоактивных изотопов.

Ядра имеющие 2, 8, 14, 20, 28, 50, 82 протона (Р) или нейтрона (n) и 126, 152 (n) отличаются по своим свойствам от ядер других элементов. Их называют магическими числами. Это He, O, Si, Ca, Pb (2 ды магическими и т.д.) Они относятся к завершенным ядерным слоям. Превращение химических элементов осуществляется за счет ядерных реакций.

Первый вклад в это внес Беккерель в 1896 году, когда открыл радиоактивность урана. Он показал, что химические элементы не являются вечными и неизменными, а могут превращаться друг в друга. Эти законы изучает ядерная химия.

В ядерных реакциях образуются новые элементы. У некоторых элементов ядро расщепляется и образуется 2 разных элемента, иногда при распаде вылетают протоны, нейтроны или электроны. Такой процесс называется радиоактивным. Радиоактивные вещества испускают лучи 3 х типов (α, β, γ). Они обладают большой проникающей способностью. Удалось установить, что α-лучи – это ядра атомов гелия, β-лучи – электроны. Большой вклад в изучении радиоактивности принадлежит Марии и Пьеру Кюри. Различают естественную (Po, Ra) и искусственную радиоактивность. Известны 3 ряда радиоактивных элементов – ряд урана, ряд актиния и ряд тория.

2) + 4 ряд, полученный искусственно

Элементы с Z > 92 , были получены искусственно. Их называют трансурановыми элементами. Первый радиоактивный изотоп получен Ирен и Фредериком Жолио Кюри по реакции (α, n)

Изучение закономерностей ядерных реакций и радиоактивного распада позволяет ставить вопрос о создании теории происхождения химических элементов и их распространенности в природе.

Таким образом атом состоит из: ядра и вращающихся вокруг ядра электронов. Положительный заряд ядра обуславливают протоны, количество которых ровно порядковому номеру химического элемента и количеству электронов с отрицательным зарядом, что уравновешивает атом. Кроме протонов в ядре находятся нейтроны, не имеющие заряда. Их число равно разнице между атомной массой и количеством протонов. Эксперименты с рентгеновскими лучами показали, что диаметр атомов 2•10 -10 м или 0,2 нм. Значения масс атомов лежат в пределах от 10 -27 до 10 -25 кг или 1,661•10-27 в атомных единицах.

источник

Ядро атома, или нуклид, состоит из некоторого числа протонов и нейтронов. Исключение составляет лишь атом водорода, ядром которого является отдельный протон. Заряд ядра равен числу протонов в нем.

задание5.3. Какой знак имеет заряд ядра?

Атом представляет собой элекронейтральную частицу, так как ядро окружено электронами, число которых равно числу протонов в ядре. Заряд ядра атома – главный отличительный признак каждого химического элемента. Исходя из этого, можно дать следующее определение:

Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.

В периодической системе элементов порядковый номер элемента равен заряду ядра атома. Это та переменная величина, в периодической зависимости от которой находятся свойства химических элементов и образуемых ими веществ. Масса атомов возрастает приблизительно синхронно с увеличением заряда ядра, но все же не является определяющей характеристикой химического элемента. Поэтому периодический закон формулируют в настоящее время так.

Свойства химических элементов (атомов) и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер.

задание5.4. Почему Менделеев располагал химические элементы в порядке увеличения массы, а не зарядов ядер?

задание5.5. Сравните новое определение химического элемента с данным ранее (с. 19). В чем их отличие и есть ли противоречие между ними?

пример5.2. Сколько электронов имеет атом магния?

РЕШЕНИЕ.В периодической системе находим, что порядковый номер магния 12. Следовательно, заряд ядра Z = 12 и число электронов также 12.

Все многозарядные нуклиды содержат не только протоны, но и нейтроны. Устойчивы лишь те нуклиды, у которых число протонов и нейтронов приблизительно одинаково. Обе ядерные частицы имеют массы, близкие к 1 а.е.м. Очень легкие электроны суще-

ственного вклада в массу атома не дают. Поэтому масса любого атома весьма близка к целому числу, равному сумме чисел протонов и нейтронов в ядре:

Сумма числа протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом.

пример5.3. Определите число нейтронов в ядре атома гелия.

решение.Из периодической системы находим длягелия: Z = 2, А = 4. Следовательно, N = А – Z, N = 4-2 = 2.

Читайте также:  Навоз овечий как удобрение для огорода

В периодической таблице и в таблицах атомных масс даются точные значения атомной массы химических элементов. Анализируя эти значения, можно прийти к интересным выводам.

пример5.4. Алюминий в природе представлен одним изотопом с массовым числом 27. Но точное значение его атомной массы Аг = 26,98154. Вычислите недостаток атомной массы алюминия.

решение.Найдем суммарную атомную массу частиц для атома алюминия (данные в табл. 5.2):

На 1 моль (27 г) алюминия, образовавшегося из протонов, нейтронов и электронов, потеря массы составляет более 242 мг! Эта масса теряется за счет выделения энергии связи в образующемся устойчивом атомном ядре. (Вспомним формулу Эйнштейна Е = тс 2 .) Энергия, выделяющаяся при химических реакциях, на много порядков меньше. Поэтому и действует эмпирический закон сохранения массы в химии. Однако если бы можно было взвесить 665 тыс. т угля с точностью до 0,1 г, сжечь его в соответствующей точно взвешенной массе кислорода и точно взвесит:, образовавшийся углекислый газ, то была бы обнаружена ч акая же убыль массы, как вычислено для 27 г алюминия.

пример5.5. Какое утверждение более верно: 1) число атомов, составляющих исходные вещества, равно числу атомов, составляющих продукты реакции; 2) масса исходных веществ равна массе продуктов реакции?

РЕШЕНИЕ. Первое утверждение, безусловно, правильно. Второе – верно лишь постольку, поскольку нет таких весов, которые позволили бы обнаружить изменение массы при химической реакции.

Атомы, имеющие одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, относятся к одному и тому же химическому элементу, хотя и характеризуются разными массами. Такие атомы называются изотопами.В химическом поведении изотопов нет почти никакого различия, за исключением изотопов самого легкого элемента – водорода. Для обозначения изотопов к символу элемента слева добавляются два индекса: нижний – порядковый номер и верхний – массовое число. Исключение сделано для изотопов водорода (рис. 5.1). У них есть особые символы.

Некоторые химические элементы представлены в природе единственным нуклидом. К ним относятся натрий, алюминий, фосфор и др. Атомные массы этих элементов наиболее близки к целому числу. Многие элементы представляют собой смеси изотопов, что проявляется в существенном отклонении их атомных масс от целых чисел. В этих случаях атомные массы представляют собой средние значения для смеси изотопов и зависят как от масс отдельных нуклидов, так и от их относительного содержания. В периодической системе находим для хлора: Аr = 35,453. Установлено, что природный хлор состоит из нуклидов

Рис. 5.1. Изотопы водорода: а – обычный водород протий, р + ; б – тяжелый водород дейтерий, р + + 2n°; в – радиоактивный водород тритий, р’ + 2п°

задание 5.6.Найдите в периодической системе еще несколько элементов, имеющих изотопы.

пример 5.6.Каковы массовые доли изотопов в природном хлоре?

РЕШЕНИЕ. Зная, из каких изотопов состоит природный хлор и табличное значение атомной массы хлора, можно сделать вывод, что в природе преобладает легкий изотоп хлора, так как среднее значение Аr = 35,453 ближе к 35, чем к 37. Представим данные и неизвестные для 1 моль (35,453 г) хлора в форме таблицы:

Своеобразный пример природной смеси нуклидов представляет бром. Он состоит из приблизительно равного числа нуклидов Из-за этого его

атомная масса имеет значение, близкое к 80 (79,9). Бром как бы выглядит нуклидомвообще неиз-

вестным науке.

Искусственно получено много изотопов как существующих, так и не существующих в природе химических элементов. Все искусственно полученные нуклиды радиоактивны, т. е. неустойчивы. Они постепенно, с разными скоростями превращаются в новые нуклиды, являющиеся изотопами других химических элементов. При радиоактивном распаде нуклидов возникают излучения высоких энергий. Возьмем пример одного из ядерных превращений:

Изотоп углерода имеющийся в биосфере в

очень малом количестве, выбрасывает из своего ядра электрон высокой энергии, называемый β-частицей. При этом один нейтрон в ядре превращается в протон, и нуклид приобретает заряд +7.Это уже ядро не углерода, а азота. В получившемся атоме недостает одного электрона. Он присоединится из окружающей среды, и получится обычный атом азота. Приведенная ядерная реакция имеет прикладное значение в археологии. По интенсивности потока β-частиц из археологических находок (ткани, шерсть, кожа) устанавливают их возраст, так как содержание углерода в предметах, находящихся под землей, постепенно убывает. Атомы радиоактивного углерода образуются высоко в атмосфере при столкновении нейтронов космического излучения с ядрами азота:

В связи с данным примером еще раз напомним, что атомы сохраняются при химических реакциях, но есть физические процессы, при которых они подвергаются различным превращениям и распаду.

Вся работа с радиоактивными нуклидами строго контролируется, так как излучения высоких энергий представляют чрезвычайно большую опасность для здоровья.

источник

1.Основные понятия в химии: вещество, молекула, атом. Строение атома. Химический элемент. Изотопы. Атомная единица массы. Число Авогадро. Моль.

Химия- наука о веществах и их превращениях друг в друга.

Вещества- это химически чистые вещества

Химически чистое вещество- это совокупность молекул, имеющих одинаковый качественный и количественный состав и одинаковое строение.

Молекула – мельчайшие частицы вещества, обладающие всеми его химическими свойствами; молекула состоит из атомов.

Атом- это химически неделимые частицы, из-за которых образованы молекулы. ( для благородных газов молекула и атом одно и тоже, Не, Ar)

Атом- электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра, вокруг которого по своим строго определенным законам распределены отрицательно заряженные электроны. Причём суммарный заряд электронов равен заряду ядра.

Ядро атомов состоит из положительно заряженных протонов (р) и нейтронов (n) не несущих никакого заряда. Общее название нейтронов и протонов – нуклоны. Масса протонов и нейтронов практически одинакова.

Электроны (е – ) несут отрицательный, заряд равный заряду протона. Масса е – составляет приблизительно 0,05% от массы протона и нейтрона. Таким образом, вся масса атома сосредоточена в его ядре.

Число р в атоме, равные заряду ядра , называется порядковым номером (Z), так как атом электронейтрален число е – равно числу р.

Массовым числом (А) атома называется сумма протонов и нейтронов в ядре. Соответственно число нейтронов в атоме равно разности между А и Z. (массовым числом атома и порядковым номером).(N=А-Z).

17 35 Cl р=17, N=18, Z=17. 17р + , 18n 0 , 17е – .

Химические свойства атомов определяется их электронным строением (число электронов), которое равно порядковому номеру атомов (заряду ядра). Следовательно, все атомы с одинаковым зарядом ядра в химическом отношении ведут себя одинаково и рассчитываются как атомы одного и того же химического элемента.

Химический элемент – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. (110 химических элементов).

Атомы, имея одинаковый заряд ядра, могут различаться массовым числом, что связанно с различным числом нейтронов в их ядрах.

Атомы, имеющие одинаковый Z, но различное массовое число называются изотопы.

Название: протий дейтерий тритий

Протий и дейтерий-стабильны

Тритий-распадается(радиоактивный) Используется в водородных бомбах.

Атомная единица массы. Число Авогадро. Моль.

Массы атомов и молекул очень малы (приблизительно 10 -28 до 10 -24 г.), для практического отображения этих масс целесообразно ввести свою единицу измерения, которая бы приводила к удобной и привычной шкале.

Т.к масса атома сосредоточена в его ядре, состоящих из практически одинаковых по массе протонов и нейтронов, то логично за единицу массы атомов принять массу одного нуклона.

Условились за единицу массы атомов и молекул принять одну двенадцатую изотопа углерода, имеющее симметричное строение ядра (6р+6n). Эту единицу называют атомной единицей массы (а.е.м.), она численно равна массе одного нуклона. В этой шкале массы атомов близки к целочисленным значениям: Не-4; Al-27; Ra-226 а.е.м……

Рассчитаем массу 1 а.е.м в граммах.

= 1/12 ( 12 С)= =1,66*10 -24 г/а.е.м

Читайте также:  Цветок гранат как ухаживать

Рассчитаем, какое количество а.е.м содержится в 1г.

==6,02 *

NA= 6,02 *-число Авогадро

Полученное соотношение называется числом Авогадро, показывает сколько а.е.м содержится в 1г.

Массы атомов, приведенные в Периодической таблице выражены в а.е.м

Молекулярная масса- это масса молекулы, выраженная в а.е.м, находится как сумма масс всех атомов, образующих данную молекулу.

Для перехода от а.е.м к практически используемой в химии 1 г ввели порционный подсчёт количества вещества причём в каждой порции содержится число NA структурных единиц (атомов, молекул, ионов, электронов). В этом случае масса такой порции, называемой 1 моль, выраженной в граммах, численно равна атомной или молекулярной массе, выраженных в а.е.м.

=98а.е.м*1,66**6,02*=

Как видно молекулярная и молярная массы численно равны.

1 моль – количество вещества, содержащее число Авогадро структурных единиц (атомов, молекул, ионов).

Молекулярная масса(М)– масса 1 моль вещества, выраженная в граммах.

Количество вещества-V(моль); масса вещества м(г); молярная масса М(г/моль)-связаны соотношением: V=;

2О+ О22О

Закон постоянства состава вещества- химически чистое вещество независимо от способа получения всегда имеет постоянный качественный и количественный составы.

Вещества с постоянным составом называются- дальтониты. В качестве исключения известны вещества неизменного состава- бертолиты (оксиды, карбиды, нитриды)

Закон сохранения массы (Ломоносов)- масса веществ вступивших в реакцию всегда равна массе продуктов реакции. Из этого следует что атомы в ходе реакции не исчезают и не образуются они переходят из одних веществ в другие. На этом основан подбор коэффициентов в уравнении химической реакции, число атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения должно быть равно.

Закон эквивалента- в химических реакциях вещества реагируют и образуются в количествах равных эквиваленту (Сколько эквивалента одного вещества израсходовано, ровно столько же эквивалентов израсходовано или образовалось другого вещества).

Эквивалент- количество вещества, которое в ходе реакции присоединяет, замещает, высвобождает один моль атомов (ионов) H. Масса эквивалента выраженная в граммах называется эквивалентной массой (Э).

Закон Дальтона- общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений всех компонентов газовой смеси.

Закон Авогадро- равные объёмы различных газов при одинаковых условиях содержат равное число молекул.

Следствие: один моль любого газа при нормальных условиях (t=0 градусов или 273K и P=1 атмосфера или 101255 Паскаль или 760 мм. Рт. Столба.) занимает V=22,4 л.

V который занимает один моль газа называется молярным объёмом Vm.

Зная объём газа (смеси газа) и Vm при данных условиях, легко рассчитать количество газа (газовой смеси) =V/Vm.

Уравнение Менделеева- Клапейрона.- связывает количество газа с условиями, при которых он находится. pV=(m/M)*RT= *RT

При использовании данного уравнения все физические величины должны быть выражены в СИ : p-давление газа (паскаль), V-объём газа (литры), m- масса газа (кг.) , М -молярная масса (кг/моль), Т-температура по абсолютной шкале (К), Ню-количество газа (моль), R- газовая постоянная = 8,31 Дж/(моль*К).

Д- относительная плотность одного газа по другому- отношение М газа к М газа, выбранного в качестве стандарта, показывает во сколько раз один газ тяжелее другого Д=М1/М2.

Способы выражения состава смеси веществ.

Массовая доля W- отношение массы вещества к массы всей смеси W=((m в-ва)/(m р-ра))*100%

Мольная доля æ -отношение кол-ва в-ва, к общему кол-ву всех вв. в смеси.

æ = 1/Σ

Большинство химических элементов в природе представлены в виде смеси различных изотопов; зная изотопный состав химического элемента, выраженный в мольных долях, рассчитывают средневзвешенное значение атомной массы этого элемента, которая и переводится в ИСХЭ. А= Σ (æi*Аi)= æ1*А1+ æ2*А2+…+ æn*Аn , где æi- мольная доля i-ого изотопа , Аi- атомная масса i-ого изотопа.

Объёмная доля (φ)- отношение Vi к объёму всей смеси. φi=Vi/VΣ

Зная объёмны состав газовой смеси, рассчитывают Мср смеси газов. Мср= Σ (φi*Mi)= φ1*М1+ φ2*М2+…+ φn*Мn

источник

Элем е нты хим и ческие. Каждый элемент химический — это совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер и одинаковым числом электронов в атомной оболочке. Ядро атомное состоит из протонов, число которых равно атомному номеру элемента, и нейтронов, число которых может быть различным. Разновидности атомов одного и того же элемента химического, имеющие различные массовые числа (равные сумме масс протонов и нейтронов, образующих ядро), называются изотопами. В природе многие элементы химические представлены двумя или большим числом изотопов. Известно 276 стабильных изотопов, принадлежащих 81 природному элементу химическому, и около 1500 радиоактивных изотопов. Изотопный состав природных элементов на Земле, как правило, постоянен; поэтому каждый элемент имеет практически постоянную атомную массу, являющуюся одной из важнейших характеристик элемента. В настоящее время (1978) известно 107 элементов химических, они, преимущественно нерадиоактивные, создают всё многообразие простых и сложных веществ. Простое вещество — форма существования элемента в свободном виде. Некоторые элементы химические существуют в двух или более аллотропных модификациях (например, углерод в виде графита и алмаза), различающихся по физическим и химическим свойствам; число простых веществ достигает 400 (см. Аллотропия). Иногда понятия «элемент» и «простое вещество» отождествляются, поскольку в подавляющем большинстве случаев нет различия в названиях элементов химических и образуемых ими простых веществ; «. тем не менее в понятиях такое различие должно всегда существовать», — писал в 1869 Д. И. Менделеев (Соч., т. 13, 1949, с. 490). Сложное вещество — соединение химическое — состоит из химически связанных атомов двух или нескольких различных элементов; известно более 100 тыс. неорганических и более 3 млн. органических соединений. Для обозначения элементов химических служат знаки химические, состоящие из первой или первой и одной из последующих букв латинского названия элемента. В формулах химических и уравнениях химических каждый такой знак (символ) выражает, кроме названия элемента, относительную массу элемента химического, равную его атомной массе. Изучение элементов химических составляет предмет химии, в частности неорганической химии.

Историческая справка. В донаучный период химии как нечто непреложное принималось учение Эмпедокла о том, что основу всего сущего составляют четыре стихии: огонь, воздух, вода, земля. Это учение, развитое Аристотелем, полностью восприняли алхимики. В 8—9 вв. они дополнили его представлением о сере (начале горючести) и ртути (начале металличности) как составных частях всех металлов. В 16 в. возникло представление о соли как начале нелетучести, огнепостоянства. Против учения о 4 стихиях и 3 началах выступил Р. Бойль, который в 1661 дал первое научное определение элементов химических как простых веществ, которые не состоят из каких-либо других веществ или друг из друга и образуют все смешанные (сложные) тела. В 18 в. Почти всеобщее признание получила гипотеза И. И. Бехера и Г. Э. Шталя, согласно которой тела природы состоят из воды, земли и начала горючести — флогистона. В конце 18 в. эта гипотеза была опровергнута работами А. Л. Лавуазье. Он определил элементы химические как вещества, которые не удалось разложить на более простые и из которых состоят другие (сложные) вещества, т. е. по существу повторил формулировку Бойля. Но, в отличие от него, Лавуазье дал первый в истории науки перечень реальных элементов химических. В него вошли все известные тогда (1789) неметаллы (О, N, Н, S, Р, С), металлы (Ag, As, Bi, Co, Ca, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn), а также «радикалы» [муриевый (Cl), плавиковый (F) и борный (В)] и «земли» — ещё не разложенные известь СаО, магнезия MgO, барит BaO, глинозём Al2O3 и кремнезём SiO2 (Лавуазье полагал, что «земли» — вещества сложные, но пока это не было доказано на опыте, считал их элементами химическими). Как дань времени он включил в список элементов химических невесомые «флюиды» — свет и теплород. Едкие щёлочи NaOH и KOH он считал веществами сложными, хотя разложить их электролизом удалось позже — только в 1807 (Г. Дэви). Разработка Дж. Дальтоном атомной теории имела одним из следствий уточнение понятия элемента как вида атомов с одинаковой относительной массой (атомным весом). Дальтон в 1803 составил первую таблицу атомных масс (отнесённых к массе атома водорода, принятой за единицу) пяти элементов химических (О, N, С, S, Р). Тем самым Дальтон положил начало признанию атомной массы как главной характеристики элемента. Дальтон, следуя Лавуазье, считал элементы химические веществами не разложимыми на более простые.

Читайте также:  Как правильно планировать время и все успевать

Последующее быстрое развитие химии привело, в частности, к открытию большого числа элементов химических. В списке Лавуазье было всего 25 элементов химических, включая «радикалы», но не считая «флюиды» и «земель». Ко времени открытия периодического закона Менделеева (1869) было известно уже 63 элемента. Открытие Д. И. Менделеева позволило предвидеть существование и свойства ряда неизвестных тогда элементов химических и явилось основой для установления их взаимосвязи и классификации.

Открытие радиоактивности в конце 19 в. поколебало более чем столетнее убеждение в том, что атомы нельзя разложить. В связи с этим почти до середины 20 в. продолжалась дискуссия о том, что такое элементы химические. Конец ей положила современная теория строения атома, которая позволила дать строго объективную дефиницию элементов химических, приведённую в начале статьи.

Распространённость в природе. Распространённость элементов химических в космосе определяется нуклеогенезом внутри звёзд. Химический состав Солнца, планет земного типа Солнечной системы и метеоритов, по-видимому, практически тождествен. Образование ядер элементов химических связано с различными ядерными процессами в звёздах. Поэтому на разных этапах своей эволюции различные звёзды и звёздные системы имеют неодинаковый химический состав (см. Космогония). Распространённость и распределение элементов химических во Вселенной, процессы сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества, химический состав космических тел изучает космохимия. Основную массу космического вещества составляют Н и Не (99,9%). Наиболее разработанной частью космохимии является геохимия.

Из 107 элементов химических только 89 обнаружены в природе, остальные, а именно технеций (атомный номер 43), прометий (атомный номер 61), астат (атомный номер 85), франций (атомный номер 87) и трансурановые элементы, получены искусственно посредством ядерных реакций (ничтожные количества Te, Pm, Np, Fr образуются при спонтанном делении урана и присутствуют в урановых рудах). В доступной части Земли наиболее распространены 10 элементов с атомными номерами в интервале от 8 до 26. В земной коре они содержатся в следующих относительных количествах:

Перечисленные 10 элементов составляют 99,92% массы земной коры.

источник

Химический элемент — совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Носителем положительного заряда ядра являются протоны. Их число определяет величину заряда ядра, и следовательно, атомный (порядковый) номер химического элемента.

Близкое к современному определение химического элемента было дано Д. И. Менделеевым: «Под именем элементов должно подразумевать те материальные составные части простых и сложных тел, которые придают им известную совокупность физических и химических свойств. Если простому телу соответствует понятие о частице, то элементу отвечает понятие об атоме».

Важной характеристикой ядра является массовое число А, которое равно общему числу нуклонов — протонов Z и нейтронов N входящих в ядро:

Масса ядра всегда меньше арифметической суммы масс протонов и нейтронов, входящих в его состав. Разность между этими величинами называют дефектом массы.

Согласно соотношению Эйнштейна дефект массы и энергия связи нуклонов в ядре эквивалентны:

[math]\! \Delta E = \Delta m c^2 = <\Delta>m[/math]

где [math]\Delta m[/math] — дефект массы и с — скорость света в вакууме.

Энергия связи нуклонов в ядре в миллионы раз превышает энергию химической связи. Поэтому при химических превращениях веществ атомные ядра не изменяются, и элементы остаются неизменными.

Для понимания физических основ устройства атомов элементов важно также знать законы квантовой механики.

Химическая природа элемента обусловливается способностью его атома терять и приобретать электроны. Эта способность может быть количественно оценена энергией ионизации атома и его сродством к электрону.

Распространенность элементов в космосе в целом уменьшается по убыванию атомного номера. Исторически все элементы возникли из водорода в результате ядерных реакций, и до сих пор Вселенная практически полностью состоит из водорода. Космическое вещество Солнечной системы состоит примерно на три четверти из водорода и гелия. Элементы с завершенными ядерными слоями («магические числа» 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126: гелий-кислород-кальций-железо-сурьма-свинец) как правило играют большую роль в природе и чаще встречаются, чем окружающие их элементы. Распространенность элементов зависит от многих факторов, но в конечном счете определяется вероятностью ядерных реакций их образования и относительной устойчивостью отдельных изотопов.

Об образовании и превращении элементов см. также Ядерная реакция.

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
Щелочные металлы
Щёлочноземельные металлы Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы Другие металлы Металлоиды Другие неметаллы Галогены Инертные газы

Об устройстве электронного облака см. также атомная орбиталь.

Первый период периодической системы состоит из двух элементов — водород и гелий. Электронная формула невозбужденного атома водорода 1s 1 . В соответствии с принципом Паули в одной орбитали могут находиться два электрона с противоположными спинами. Следовательно, электронная формула следующего после водорода элемента — гелия 1s 2 .

Второй и третий периоды содержат по 8 элементов. Во втором периоде заполняется второй квантовый слой, в третьем периоде — третий. У двух первых элементов (натрий и магний), заполняются s-орбитали, у шести последних (алюминий — аргон) заполняются p-орбитали. У последних элементов этих периодов — аргона и неона, завершается заполнение орбиталей.

Четвертый и пятый периоды содержат по 18 элементов. У атомов элементов 4-го периода начинает заполняться 4s-орбиталь слоя N (n = 4). Появление электрона в 4s-состоянии при наличии свободных 3d-орбиталей обусловливается экранированием ядра плотным и симметричным электронным слоем 3s 2 3p 6 . В связи с отталкиванием от этого слоя для 19-го электрона атома калия и 20-го электрона атома кальция оказывается энергетически выгодным 4s-состояние.

При дальнейшем возрастании заряда ядра у следующего после кальция элемента — скандия состояние 3d становится энергетически более выгодным, чем 4р.

Элементы, в атомах которых заполняются d-орбитали, называются d-элементами. У d-элементов 4-го периода, следовательно, достраивается слой М до 18 электронов.

После заполнения 3d-орбиталей у последующих шести элементов (Ga — Kr) заполняются р-орбитали внешнего слоя.

В пятом периоде заполнение электронных слоев и подслоев происходит, как и в четвертом периоде.

Шестой период содержит 32 элемента и тоже начинается двумя s-элементами (Cs и Ва). Далее, у лантана начинает заполняться d-орбиталь предвнешнего слоя (5d-подслой).

У следующих за лантаном 14 элементов (Се — Lu) энергетически более выгодно 4f-состояние по сравнению с 5d-состоянием. Поэтому у этих элементов происходит заполнение 4f-орбиталей, чем и объясняется существование лантаноидов.

Аналогичная ситуация в седьмом периоде: имеются два s-элемента (Fr, Ra), за ними следуют d-элемент Ас и четырнадцать f-элементов (Th — Lr)(актиноиды), далее снова d-элементы.

источник

Adblock
detector