icon-star icon-cart icon-close icon-heart icon-info icon-pause icon-play icon-podcast icon-question icon-refresh icon-tile icon-users icon-user icon-search icon-lock icon-comment icon-like icon-not-like icon-plus article-placeholder article-plus-notepad article-star man-404 icon-danger icon-checked icon-article-edit icon-pen icon-fb icon-vk icon-tw icon-google
Светлана Шибунская
Окружающий мир

Что такое химический элемент?

  • 8458
  • 12

Что такое химический элемент?

П
Помните знаменитую фразу Шерлока Холмса: «Элементарно, Ватсон!», которая должна была означать нечто простое и в тоже время очень понятное. Ещё в античности понятие элемент - от латинского elementum - означало нечто простейшее и ничтожно малое, однако, обладающее признаками однозначности и первоначальности. «Как слова состоят из букв – так и тела из элементов» - говорили древние. Они уже тогда предполагали, что все тела состоят из мельчайших частиц.

В древнегреческой философии мы находим такие понятия как атом, однако уровень знаний того времени незаслуженно оттеснил такое направление научной мысли как атомизм в угоду более простого и потому привычного понятия - элемент. Аристотель полагал, что все живые и неживые тела состоят из пяти элементов – воздуха, воды, земли, огня и эфира. К такому же понятию первоматерии и первоэлементов как основополагающих единиц всего существующего, обращались и алхимики.

Уже после, в 17 веке, Робертом Бойлем было дано определение элемента как неделимого составляющего всех известных однородных веществ, на которые могут быть разложены тела. Простые вещества, такие как сера, углерод, а также многие металлы, такие как золото, серебро или свинец, были известны ещё с древности. Многие простые вещества были получены эмпирическим путём в средневековых лабораториях.

В конце 18 века Антуан Лавуазье составил таблицу «простых тел», в которую впервые включил газы, такие как кислород, азот и водород, а также и другие известные к тому времени химические элементы. Однако в состав таблицы вошли и трудно разлагаемые оксиды, такие как кремнезём, окись магния или бария, которые он называл «землистыми элементами». Просто возможности науки того времени не позволяли получить химически чистые вещества из их соединений. И, конечно, данью времени было включение в состав таблицы таких элементов как «свет» и «теплород».

В начале 19 века Дж. Дальтон возродил и научно обосновал атомистическую теорию Левкиппа и Демокрита. Благодаря работам Джона Дальтона и Йенса Берцелиуса были определены атомные веса большинства химических элементов, и было дано определение элемента как частицы, состоящей из определённого вида атомов и обладающей атомным весом, который определяет химические свойства этого элемента. И хотя данные атомных весов, определённых Дальтоном в большинстве своём были неточными, а в случае некоторых элементов и совсем неверными, тот вклад, который он внёс в атомно-молекулярное учение, был основополагающим.

Понадобилось ещё как минимум полвека, и кропотливого труда многих учёных, чтобы появилась первая систематика химических элементов по их атомным весам и свойствам – периодическая система элементов, созданная нашим соотечественником Д.И. Менделеевым в 1869 году. Ко времени её создания были известны всего 63 химических элемента. Располагая известные химические элементы по возрастанию атомных весов, и систематизируя все, имеющиеся на тот момент данные, он заметил принцип повторяемости, периодичности, химических свойств некоторых элементов. Это дало основание для создания таблицы, разделённой на периоды, объединяющие элементы, подобные друг другу, и группы, определяющие основные физико-химические свойства.

Первоначально в таблице было много белых пятен, однако, принцип периодичности, основанный на химическом сходстве, дал возможность исправления атомных весов, определённых ошибочно, и даже прогнозировать появление ещё не открытых элементов. И не верьте в существующий миф, что Менделеев придумал её во сне, появлению таблицы предшествовали многие годы кропотливого научного труда.

Менделеев также разделил понятия простого вещества и химического элемента, чем показал возможность существования одних и тех же химических элементов в виде разных простых веществ, как, например, кислород и озон, красный и белый фосфор. Или, к примеру, графит, сажа и алмаз, являющиеся модификациями одного и того же элемента - углерода.

С углеродом, а именно с алмазами, был известен интересный факт, когда в 1694 году два флорентийских учёных Дж. Аверани и К.-А. Тарджони, пытаясь сплавить несколько мелких алмазов в один крупный, были озадачены воспламенением и исчезновением оных, а на их месте обнаружили лишь немного золы. Из довольно затратных опытов по сжиганию алмазов и древесного угля на открытом воздухе и без доступа воздуха А. Лавуазье в 1774 году сделал вывод о тождестве химической природы этих веществ. И только в 1814 году английские учёные Г. Дэви и М. Фарадей окончательно доказали наличие у атомов углерода аллотропии, то есть существования одного и того же химического элемента в разных кристаллических формах.

Эти опыты в своё время наделали много шума, потому, что показывали возможность получения алмазов из других форм углерода, в частности, из графита. Это и было впервые сделано в 1893 французским химиком Ф. Муассаном. Среди маленьких темных и мутных камушков, полученных им, был один прозрачный, который эксперты признали алмазом. Однако повторить его работы и получить камни не удалось никому. Только в 1955 году, когда были созданы технические возможности, а именно так называемая камера Бриджмена, позволяющая получать давление в 100 000 атмосфер, наконец, были получены первые искусственные алмазы.

Периодичность физико-химических свойств элементов получила объяснение лишь после создания английским физиком Э. Резерфордом атомной модели в 1911 году. Благодаря этим исследованиям мы имеем современное понятие химического элемента как совокупности атомов с одинаковым зарядом атомного ядра, соответствующим его порядковому номеру в периодической системе, и одинаковым количеством электронов. Поскольку способность к химическим реакциям определяется наличием в атоме элемента свободных электронов, а результатом реакции служит перераспределение электронов между взаимодействующими элементами, то в сложном веществе, полученном в результате реакции, сам химический элемент сохраняет свою индивидуальность.

Наличие в атомном ядре кроме протонов, определяющих заряд ядра, частиц с приблизительно такой же массой, но не несущих заряда – нейтронов, определяет наличие у химического элемента разновидностей - изотопов, различающихся между собой атомными массами, но обладающими одинаковыми химическими свойствами. Соотношение количества протонов и нейтронов определяет стабильность или нестабильность химического элемента, а также такие его физические характеристики как масса, спин, магнитный момент и тип распада ядра. В природе известно 276 стабильных изотопов и около 1500 радиоактивных.

Несмотря на большое количество зарегистрированных элементов только 88 находятся в природе, остальные же получены искусственно, путём различных ядерных реакций. Простых веществ намного больше, свыше 500. На сегодняшний день постоянную прописку в периодической системе получили 112 элементов, последние три из них лишь недавно. На этапе присвоения названий ещё три элемента, 114, 116, 118 , а вот 113, 115 и 117 пока ждут своего часа. Уже есть планы создания 119 и 120 элементов.

deb
Марина Уденцова

Энциклопедическая статья. Отлично! Столько занимательных примеров!+

deb
Светлана Шибунская

Спасибо Леонид! Поэтому мне и не даются статьи про человеческие отношения, не могу писать образно. Но учусь!

Вам необходимо или зарегистрироваться, чтобы оставлять комментарии
выбор читателя

Выбор читателя

16+