Што такое хімічныя элементы? Сістэма і характарыстыка хімічных элементаў

Вельмі шмат розных рэчаў і прадметаў, жывых і нежывых тэл прыроды нас акружае. І ўсе яны маюць свой склад, будову, ўласцівасці. У жывых істотах працякаюць вельмі складаныя біяхімічныя рэакцыі, якія суправаджаюць працэсы жыццядзейнасці. Нежывыя цела выконваюць розныя функцыі ў прыродзе і жыцці біямасы і маюць складаны малекулярны і атамарным склад.

Але ўсе разам аб'екты планеты маюць агульную асаблівасць: яны складаюцца з мноства драбнюткіх структурных часціц, званых атамамі хімічных элементаў. Настолькі дробных, што няўзброеным поглядам іх ня разгледзець. Што такое хімічныя элементы? Якімі характарыстыкамі яны валодаюць і адкуль стала вядома пра іх існаванне? Паспрабуем разабрацца.

Паняцце аб хімічных элементах

У агульнапрынятым разуменні хімічныя элементы - гэта толькі графічнае адлюстраванне атамаў. Часціц, з якіх складаецца ўсё існае ў Сусвеце. Гэта значыць на пытанне "што такое хімічныя элементы" можна даць такі адказ. Гэта складаныя маленькія структуры, сукупнасці ўсіх ізатопаў атамаў, аб'яднаныя агульнай назвай, якія маюць сваё графічнае абазначэнне (знак).

На сённяшні дзень вядома аб 118 элементах, якія адкрыты як у натуральных умовах, так і сінтэтычных, шляхам ажыццяўлення ядзерных рэакцый і радыеактыўных распадаў ядраў іншых атамаў. Кожны з іх мае набор характарыстык, сваё месцазнаходжанне ў агульнай сістэме, гісторыю адкрыцця і назва, а таксама выконвае пэўную ролю ў прыродзе і жыцці жывых істот. Вывучэннем гэтых асаблівасцяў займаецца навука хімія. Хімічныя элементы - гэта аснова для пабудовы малекул, простых і складаных злучэнняў, а такім чынам, хімічных узаемадзеянняў.

Гісторыя адкрыцця

Само разуменне таго, што такое хімічныя элементы, прыйшло толькі ў XVII стагоддзі дзякуючы працам Бойля. Менавіта ён упершыню загаварыў пра гэта паняцці і даў яму наступнае вызначэнне. Гэта непадзельныя маленькія простыя рэчывы, з якіх складаецца ўсё вакол, у тым ліку і ўсе складаныя.

Да гэтай працы панавалі погляды алхімікаў, прызнавалі тэорыю чатырох стыхій - Эмпидокла і Арыстоцеля, а таксама якія адкрылі "гаручыя пачатку" (сера) і "металічныя пачатку" (ртуць).

Практычна ўвесь XVIII стагоддзе была распаўсюджаная зусім памылковая тэорыя флогистона. Аднак ужо ў канцы гэтага перыяду Антуан Лоран Лавуазье даказвае, што яна неадэкватная. Ён паўтарае фармулёўку Бойля, але пры гэтым дапаўняе яе першай спробай сістэматызацыі ўсіх вядомых на той момант элементаў, размеркаваўшы іх на чатыры групы: металы, радыкалы, зямлі, неметалы.

Наступны вялікі крок у разуменні таго, што такое хімічныя элементы, робіць Дальтон. Яму належыць заслуга адкрыцця атамнай масы. На аснове гэтага ён размяркоўвае частка вядомых хімічных элементаў у парадку ўзрастання іх атамнай масы.

Стабільна інтэнсіўнае развіццё навукі і тэхнікі дазваляе рабіць шэраг адкрыццяў новых элементаў у складзе прыродных тэл. Таму да 1869 годзе - часу вялікага тварэння Д. І. Мендзялеева - навуцы стала вядома пра існаванне 63 элементаў. Праца рускага вучонага стала першай поўнай і назаўжды замацуюцца класіфікацыяй гэтых часціц.

Будова хімічных элементаў на той момант ўстаноўлена не было. Лічылася, што атам непадзельны, што гэта драбнюткая адзінка. З адкрыццём з'явы радыёактыўнасці было даказана, што ён дзеліцца на структурныя часткі. Практычна кожны пры гэтым існуе ў форме некалькіх прыродных ізатопаў (аналагічных часціц, але з іншым колькасцю структур нейтронаў, ад чаго змяняецца атамная маса). Такім чынам, да сярэдзіны мінулага стагоддзя ўдалося дамагчыся парадку ў вызначэнні паняцця хімічнага элемента.

Сістэма хімічных элементаў Мендзялеева

У аснову навуковец паклаў адрозненне ў атамнай масе і здолеў геніяльным чынам размясціць усе вядомыя хімічныя элементы ў парадку яе ўзрастання. Аднак уся глыбіня і геніяльнасць яго навуковага мыслення і прадбачання заключалася ў тым, што Мендзялееў пакінуў пустыя месцы ў сваёй сістэме, адкрытыя вочкі для яшчэ невядомых элементаў, якія, на думку вучонага, у будучыні будуць адкрыты.

І ўсё атрымалася менавіта так, як ён сказаў. Хімічныя элементы Мендзялеева з цягам часу запоўнілі ўсе пустыя вочкі. Была адкрыта кожная прадказаная навукоўцам структура. І зараз мы можам смела казаць пра тое, што сістэма хімічных элементаў прадстаўлена 118 адзінкамі. Праўда, тры апошнія адкрыцця пакуль яшчэ афіцыйна не пацверджаныя.

Сама па сабе сістэма хімічных элементаў адлюстроўваецца графічна табліцай, у якой элементы размяшчаюцца згодна іерархічнасці іх уласцівасцяў, зарадам ядраў і асаблівасцям будынка электронных абалонак іх атамаў. Так, маюцца перыяды (7 штук) - гарызантальныя шэрагі, групы (8 штук) - вертыкальныя, падгрупы (галоўная і пабочная у межах кожнай групы). Часцей за ўсё асобна ў ніжнія пласты табліцы выносяцца два рады сямействаў - лантаноиды і актиноиды.

Перыядычная сістэма Мендзялеева змяшчае ўсю неабходную інфармацыю аб хімічных элементах (парадкавы нумар, масавае лік, назва, часам апошнія пласты электроннай будовы).

назвы элементаў

Права даць назву прадастаўляецца таму чалавеку, які здзейсніў адкрыццё дадзенага хімічнага элемента. Многія названы ў гонар планет (уран, плутоній, Няптун). Іншым далі найменне ў гонар вялікіх вучоных (Мяндзелеву, Радэрфорд, коперниций і іншыя).

Часта элементы называюць у гонар гарадоў і краін (рутэній, германій, Дубна, Францыя, Еўропа і іншыя). Пасылам нават служаць міфічныя героі (праметэй). Таксама распаўсюджана з'ява, калі тое ці іншае найменне даецца па ўласцівасцях, праяўляць простымі і складанымі рэчывамі дадзенага элемента (вадарод, кісларод, вуглярод).

Назвы запісваюцца на латыні, але ў нашай краіне існуе і руская іх пераклад з замацуюцца вымаўленню. Сімвалам кожнага элемента лічыцца першая літара лацінскага слова альбо першая і якая-небудзь з наступных. Прыклад: кальцый (Са) - Calcium, бор (У) - Boron.

Характарыстыка атамаў хімічных элементаў

Кожны прадстаўнік перыядычнай сістэмы мае свае асаблівасці як у будынку, так і ў праяўляць уласцівасцях. Характарыстыка хімічнага элемента складваецца з разбору складу яго ядра і электронных слаёў, а таксама з вызначэння простага рэчывы, ім якi ўтвараецца, і складаных злучэнняў.

Склад ядра атамаў хімічных элементаў ўключае некалькі часціц - нуклонов:

• пратоны, якія вызначаюць яго станоўчы зарад (р ^+1), а таксама частка атамнай масы;
• нейтроны, якія ўплываюць на масавае лік элемента і якія не маюць зарада (n ^0).

Яшчэ адзін від часціц - электроны. Яны рухаюцца вакол ядра і маюць адмоўны зарад (е ^-1). Арыентацыя іх ня хаатычная, а строга спарадкаваная. Яны размяшчаюцца на арбіталей (s, p, d і f), якія фарміруюць подуровней і ўзроўні (электронныя пласты).

Атамная маса элемента складаецца з пратонаў і нейтронаў, сукупнасць якіх мае назву "масавае лік". Колькасць пратонаў вызначаецца вельмі проста - яно роўна парадкаваму нумару элемента ў сістэме. А так як атам у цэлым - сістэма электранейтральна, то ёсць якая не мае наогул ніякага зарада, то колькасць адмоўных электронаў заўсёды роўна колькасці станоўчых часціц пратонаў.

Такім чынам, характарыстыка хімічнага элемента можа быць дадзена па яго становішчы ў перыядычнай сістэме. Бо ў вочку апісана практычна ўсё: парадкавы нумар, а значыць, электроны і пратоны, атамная маса (асераднёнае значэнне ўсіх існуючых ізатопаў дадзенага элемента). Відаць, у якім перыядзе знаходзіцца структура (значыць, на столькіх пластах будуць размяшчацца электроны). Таксама можна прадказаць колькасць адмоўных часціц на апошнім энергетычным узроўні для элементаў галоўных падгруп - яно роўна нумары групы, у якой размяшчаецца элемент.

Колькасць нейтронаў можна разлічыць, калі адняць з масавага колькасці пратоны, то ёсць парадкавы нумар. Такім чынам, можна атрымаць і скласці цэлую электронна-графічную формулу для кожнага хімічнага элемента, якая будзе ў дакладнасці адлюстроўваць яго будова і паказваць магчымыя ступені акіслення і праяўляюцца, ўласцівасці.

Распаўсюджванне элементаў у прыродзе

Вывучэннем гэтага пытання займаецца цэлая навука - космохимия. Дадзеныя паказваюць, што размеркаванне элементаў па нашай планеце паўтарае такія ж заканамернасці ў Сусвеце. Галоўнай крыніцай ядраў лёгкіх, цяжкіх і сярэдніх атамаў з'яўляюцца ядзерныя рэакцыі, якія адбываюцца ў нетрах зорак - нуклеосинтез. Дзякуючы гэтым працэсам Сусвет і касмічную прастору забяспечылі нашу планету ўсімі наяўнымі хімічнымі элементамі.

Усяго з вядомых 118 прадстаўнікоў у натуральных прыродных крыніцах людзьмі былі выяўленыя 89. Гэта асноўныя, самыя распаўсюджаныя атамы. Хімічныя элементы таксама былі сінтэзаваны штучна, шляхам бамбавання ядраў нейтронах (нуклеосинтез ў лабараторных умовах).

Самымі шматлікімі лічацца простыя рэчывы такіх элементаў, як азот, кісларод, вадарод. Вуглярод ўваходзіць у склад усіх арганічных рэчываў, а значыць, таксама займае лідзіруючыя пазіцыі.

Класіфікацыя па электронным будынку атамаў

Адна з самых распаўсюджаных класіфікацый ўсіх хімічных элементаў сістэмы - гэта размеркаванне іх на аснове электроннага будынкі. Па тым, колькі энергетычных узроўняў ўваходзіць у склад абалонкі атама і які з іх утрымлівае апошнія валентныя электроны, можна вылучыць чатыры групы элементаў.

S-элементы

Гэта такія, у якіх апошняй запаўняецца s-арбіталей. Да гэтага сямейства адносяцца элементы першай групы галоўнай падгрупы (або шчолачныя металы). Ўсяго адзін электрон на знешнім узроўні вызначае падобныя ўласцівасці гэтых прадстаўнікоў як моцных аднаўляльнікаў.

Р-элементы

Усяго 30 штук. Валентныя электроны размяшчаюцца на р-подуровней. Гэта элементы, якія фармуюць галоўныя падгрупы з трэцяй па восьмую групу, якія адносяцца да 3,4,5,6 перыядах. Сярод іх па ўласцівасцях сустракаюцца як металы, так і тыповыя неметалічныя элементы.

d-элементы і f-элементы

Гэта пераходныя металы з 4 па 7 вялікі перыяд. Усяго 32 элемента. Простыя рэчывы могуць праяўляць як кіслотныя, так і асноўныя ўласцівасці (акісляльныя і аднаўленчыя). Таксама амфатэрныя, то ёсць дваістыя.

Да f-сямейству ставяцца лантаноиды і актиноиды, у якіх апошнія электроны размяшчаюцца на f-арбіталей.

Рэчывы, якiя ўтвараюцца элементамі: простыя

Таксама ўсе класы хімічных элементаў здольныя існаваць у выглядзе простых або складаных злучэнняў. Так, простымі прынята лічыць такія, якія ўтвораны з адной і той жа мадэлі ў розным колькасці. Напрыклад, Аб ₂ - кісларод ці дикислород, а Аб ₃ - азон. Такая з'ява носіць назву аллотропии.

Простыя хімічныя элементы, якія фармуюць аднайменныя злучэння, характэрныя для кожнага прадстаўніка перыядычнай сістэмы. Але не ўсе яны аднолькавыя па праяўляюць уласцівасцях. Так, існуюць простыя рэчывы металы і неметалы. Першыя ўтвараюць галоўныя падгрупы з 1-3 групу і ўсе пабочныя падгрупы ў табліцы. Неметалы жа фармуюць галоўныя падгрупы 4-7 груп. У восьмую асноўную ўваходзяць адмысловыя элементы - высакародныя або інэртныя газы.

Сярод усіх адкрытых на сёння простых элементаў вядомыя пры звычайных умовах 11 газаў, 2 вадкіх рэчывы (бром і ртуць), усе астатнія - цвёрдыя.

складаныя злучэнні

Да такіх прынята адносіць усе, якія складаюцца з двух і больш хімічных элементаў. Прыкладаў маса, бо хімічных злучэнняў вядома больш за 2 мільёны! Гэта солі, аксіды, падставы і кіслоты, складаныя комплексныя злучэнні, усе арганічныя рэчывы.