 |
 |
|
 |
|
|
ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
Каждый Э. х. — 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 (См. Атомный номер) элемента, и нейтронов, число которых может быть различным. Разновидности атомов одного и того же Э. х., имеющие различные массовые числа (См. Массовое число) (равные сумме масс протонов и нейтронов, образующих ядро), называются изотопами (См. Изотопы). В природе многие Э. х. представлены двумя или большим числом изотопов. Известно 276 стабильных изотопов, принадлежащих 81 природному Э. х., и около 1500 радиоактивных изотопов. Изотопный состав природных элементов на Земле, как правило, постоянен; поэтому каждый элемент имеет практически постоянную атомную массу (См. Атомная масса), являющуюся одной из важнейших характеристик элемента. В настоящее время (1978) известно 107 Э. х., они, преимущественно нерадиоактивные, создают всё многообразие простых и сложных веществ. Простое вещество — форма существования элемента в свободном виде. Некоторые Э. х. 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 Э. х. 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 Э. х. служат Знаки химические, состоящие из первой или первой и одной из последующих букв латинского названия элемента. В формулах химических (См. Формулы химические) и уравнениях химических (См. Уравнения химические) каждый такой знак (символ) выражает, кроме названия элемента, относительную массу Э. х., равную его атомной массе. Изучение Э. х. составляет предмет химии (См. Химия), в частности неорганической химии (См. Неорганическая химия).
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 Э. х. 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 (См. Шталь), 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 Э. х. 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 Э. х. 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 Э. х.). Как дань времени он включил в список Э. х. 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 Э. х. (О, N, С, S, Р). Тем самым Дальтон положил начало признанию атомной массы как главной характеристики элемента. Дальтон, следуя Лавуазье, считал Э. х. веществами не разложимыми на более простые.
Последующее быстрое развитие химии привело, в частности, к открытию большого числа Э. х. В списке Лавуазье было всего 25 Э. х., включая «радикалы», но не считая «флюиды» и «земель». Ко времени открытия периодического закона Менделеева (См. Периодический закон Менделеева) (1869) было известно уже 63 элемента. Открытие Д. И. Менделеева позволило предвидеть существование и свойства ряда неизвестных тогда Э. х. и явилось основой для установления их взаимосвязи и классификации.
Открытие радиоактивности (См. Радиоактивность) 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 Э. х. Конец ей положила современная теория строения атома, которая позволила дать строго объективную дефиницию Э. х., приведённую в начале статьи.
Распространённость в природе. Распространённость Э. х. в космосе определяется нуклеогенезом внутри звёзд. Химический состав Солнца, планет земного типа Солнечной системы и метеоритов, по-видимому, практически тождествен. Образование ядер Э. х. 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 Э. х. 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 Э. х. 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.
----------------------------------------------------------------------------------------
| Элемент | Атомный номер | Содержание, % |
| | | по массе |
|--------------------------------------------------------------------------------------|
| O | 8 | 47,00 |
|--------------------------------------------------------------------------------------|
| Si | 14 | 29,50 |
|--------------------------------------------------------------------------------------|
| Al | 13 | 8,05 |
|--------------------------------------------------------------------------------------|
| Fe | 26 | 4,65 |
|--------------------------------------------------------------------------------------|
| Ca | 20 | 3,30 |
|--------------------------------------------------------------------------------------|
| Na | 11 | 2,50 |
|--------------------------------------------------------------------------------------|
| K | 19 | 2,50 |
|--------------------------------------------------------------------------------------|
| Mg | 12 | 1,87 |
|--------------------------------------------------------------------------------------|
| Ti | 22 | 0,45 |
|--------------------------------------------------------------------------------------|
| Mn | 25 | 0,10 |
----------------------------------------------------------------------------------------
Классификация и свойства. Наиболее совершенную естественную классификацию Э. х., раскрывающую их взаимосвязь и показывающую изменение их свойств в зависимости от атомного номера, даёт Периодическая система элементов Д. И. Менделеева. По свойствам Э. х. делятся на Металлы и Неметаллы, причём периодическая система позволяет провести границу между ними. Для химических свойств металлов наиболее характерна проявляемая при химических реакциях способность отдавать внешние электроны и образовывать катионы, для неметаллов — способность присоединять электроны и образовывать анионы. Неметаллы характеризуются высокой Электроотрицательностью. Различают Э. х. главных подгрупп, или непереходные элементы, в которых идёт последовательное заполнение электронных подоболочек s и р, и Э. х. побочных подгрупп, или переходные, в которых идёт достраивание d- и f-подоболочек. При комнатной температуре два Э. х. существуют в жидком состоянии (Hg и Вг), одиннадцать — в газообразном (Н, N, О, F, Cl, Не, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), остальные — в виде твёрдых тел, причём температура плавления их колеблется в очень широких пределах — от около 30°С (Cs 28,5°С; Ga 29,8°С) до 3000°С и выше (Ta 2996°С; W 3410°С; графит около 3800± 200°С под давлением 125 кбар). О свойствах, получении и применении Э. х. см. в статьях об отдельных элементах, а также о семействах Э. х. (Актиноиды, Инертные газы, Лантаноиды, Платиновые металлы, Рассеянные элементы, Редкие элементы, Редкоземельные элементы).
Лит.: Кедров Б. М., Эволюция понятия элемента в химии, М., 1956; Сиборг Г. Т., Вэленс Э. Г., Элементы Вселенной, пер. с англ., М., 1962; Сиборг Г., Искусственные трансурановые элементы, пер. с англ., М., 1965; Фигуровский Н. А., Открытие химических элементов и происхождение их названий, М., 1970; Популярная библиотека химических элементов, М., 1971—73; Некрасов Б. В., Основы общей химии, 3 изд., [т.] 1—2, М., 1973; Полинг Л., Общая химия, пер. с англ., М., 1974; Джуа М., История химии, пер. с итал., 2 изд., М., 1975; Weeks М. Е., Discovery of the elements, 6 ed., Easton, 1956.
С. А. Погодин.
|
| Мультимедийная энциклопедия |
| простейшая форма материи, которая может быть идентифицирована химическими
методами. Это составные части простых и сложных веществ, представляющие
собой совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Заряд ядра атома
определяется числом протонов в нем. Это число является фундаментальным
свойством элемента и называется атомным номером, так как совпадает с
порядковым номером элемента в периодической системе элементов, открытой в
1869 русским химиком Д.И.Менделеевым. Например, все атомы, содержащие 2
протона в ядре (все атомы с атомным номером 2) являются атомами гелия, они
составляют элемент гелий. Все атомы, содержащие 92 протона в ядре,
являются атомами урана и составляют элемент уран. Каждый элемент
обозначается символом из одной или двух латинских букв названия элемента
(например, He для гелия, U для урана) или его атомным номером. (Алфавитный
список элементов дан в статье <<ХИМИЯ>>.)
Кроме протонов атомное ядро обычно содержит нейтроны. Для данного элемента
число протонов неизменно, а число нейтронов может меняться. Атомы элемента
с различным количеством нейтронов называются изотопами данного элемента.
Атом содержит столько же электронов, сколько и протонов, электронные
орбитали вокруг ядра располагаются на квантовых уровнях, или слоях.
Химические свойства элемента в значительной степени определяются числом
электронов на внешнем электронном слое (внешней оболочке), а поскольку все
атомы элемента имеют одно и то же число электронов на внешнем слое, то все
они имеют одинаковые химические свойства. Физические свойства могут
изменяться от изотопа к изотопу. Когда элементы расположены в порядке
возрастания атомного номера, элементы со сходными свойствами периодически
повторяются. Эта периодичность в свойствах становится весьма очевидной,
когда элементы располагают как показано в периодической таблице (рис. 1),
где элементы со сходными свойствами расположены в вертикальных колонках,
называемых группами (подгруппами) или семействами
(см. также <<ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ>>).
Из известных химических элементов в природе существуют элементы с атомным
номером от 1 до 92; исключение составляют технеций (ат. номер 43) и
прометий (ат. номер 61), которые получены искусственно путем ядерных
реакций. Все трансурановые элементы с атомными номерами от 93 также
получены искусственно. В космосе наиболее распространены водород и гелий.
На Земле два десятка элементов составляют в основном массу земной коры: O
(46,6%), Si (27,7%), Al (8,1%), Fe (5,0%), Ca(3,6%), Na (2,8%), K (2,6%),
Mg (2,1%), Ti (0,5%), P (0,2%), H (0,14%), Mn (0,1%), S (0,05%), F
(0,05%), Cl (0,03%), Sr (0,03%), C (0,03), Ba (0,02%), Cr (0,02%), а на
все остальные элементы приходится чуть больше 0,3% (масс.).
Химические элементы существуют в виде простых веществ, состоящих из атомов
одного элемента, и в виде химических соединений, состоящих из атомов
разных элементов. Например, вода это соединение водорода и кислорода.
Свойства соединения отличаются от свойств образовавших его элементов; так,
водород и кислород имеют четко выраженные отличные от свойств воды
свойства. В химических реакциях атомы стремятся к взаимодействию, чтобы
перейти в более устойчивое состояние, удерживая на внешних электронных
оболочках максимально возможное число электронов; происходит это в
результате перемещения или спаривания электронов. (Химические реакции,
строение атома, строение электронных оболочек наиболее полно изложены в
статье <<ХИМИЯ>>.)
См. далее
<<ИНЕРТНЫЕ ГАЗЫ>>
<<ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ>>
<<ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ>>
<<АЛЮМИНИЯ СЕМЕЙСТВО>>
<<УГЛЕРОДА СЕМЕЙСТВО>>
<<АЗОТА ФОСФОРА СЕМЕЙСТВО>>
<<ХАЛЬКОГЕНЫ>>
<<ГАЛОГЕНЫ>>
<<ПЕРЕХОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ>>
<<РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ>>
<<ТИТАНА СЕМЕЙСТВО>>
<<ВАНАДИЯ СЕМЕЙСТВО>>
<<ХРОМА СЕМЕЙСТВО>>
<<МАРГАНЦА СЕМЕЙСТВО>>
<<ЖЕЛЕЗА ТРИАДЫ И ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ>>
<<ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ ТРИАДЫ>>
<<МЕТАЛЛЫ ДЛЯ ЧЕКАНКИ МОНЕТ>>
<<ЦИНКА СЕМЕЙСТВО>>
<<АКТИНОИДЫ>>
<<ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ>>
<<ТРАНСАКТИНОИДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ>>
ЛИТЕРАТУРА
Трифонов Д.Н. и др. Химические элементы и нуклиды. М., 1980
Популярная библиотека химических элементов, кн. 12. М., 1983
Эмсли Дж. Элементы. М., 1993 |
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
