главная > справочник > химическая энциклопедия:

Элементы химические

Элементы химические, совокупности атомов с определенным зарядом ядра Z. Д. И. Менделеев определял элементы химические так: "материальные части простых или сложных тел, которые придают им известную совокупность физических и химических свойств". Взаимосвязи элементы химические отражает периодическая система химических элементов. Порядковый (атомный) номер элемента в ней равен заряду ядра, который в свою очередь численно равен числу содержащихся в ядре протонов. Для каждого элемента известны разновидности атомов - изотопы(существующие в природе и полученные искусственно путем ядерного синтеза), различающиеся числом нейтронов в ядрах. Совокупность атомов, характеризующаяся определенной комбинацией протонов и нейтронов в ядре, наз. нуклидом. Атомная масса химического элемента рассчитывается, исходя из значений масс всех его природных изотопов с учетом их относительной распространенности, и выражается в атомных единицах массы. за которую принята ¹/₁₂ массы атома углерода ¹²С. Атомная единица массы равна 1,66057 х 10^-27 кг. Суммарное число протонов и нейтронов в ядре равно массовому числу А.

В природе существуют элементы с порядковым номером (число протонов) Z= 1-92, кроме технеция (Z= 43) и прометия (Z=61), котоpыe получают посредством ядерных реакций. Элементы с Z = 85 (астат) и с Z = 87 (франций) встречаются в ничтожно малых количествах как члены природных радиоактивных рядов урана и тория. Все известные трансурановые элементы (Z=93-109) получены искусственно.

Формами существования элементов химических в свободном виде являются простые вещества, которые подразделяют на металлы и неметаллы. Характерные особенности металлов: высокие электрическая проводимость и теплопроводность, обусловленные наличием свободных, не связанных с определенными атомами электронов; способность образовывать положительно заряженные ионы при химических взаимодействиях. Граница между металлами и неметаллами довольно расплывчата.

Многие элементы химические существуют в виде нескольких простых веществ, которые могут отличаться числом атомов в молекулах (напр., кислород О₂ и озон О₃), типом кристаллической решетки (например, модификации углерода - графит, алмаз, карбин) или другими свойствами. Это явление называют аллотропией, в случае углерода аллотропия – разновидность полиморфизма. Число известных ныне простых веществ превышает 500. Поскольку определяющим признаком элементов служит заряд ядра, то в химических реакциях элемент сохраняет свою индивидуальность; происходит лишь перераспределение электронов внешних электронных оболочек атомов, тогда как атомные ядра остаются неизменными. Каждый элементы химические характеризуется степенями окисления, которые могут проявлять атомы данного элемента в химических соединениях.

В зависимости от положения в периодической системе элементы химические подразделяют на s-, р-, d- и f-элементы. К s-элементам относят Н, Не, а также металлы главных подгрупп I и II групп периодической системы, к p-элементам - элементы главных подгрупп III-VIII групп, к d-элементам - металлы побочных подгрупп I-VIII групп (кроме лантаноидов и актиноидов. принадлежащих к f-элементам); s- и р-элементы называют непереходными, d- и f-элементы - переходными. элементы химические, все изотопы которых радиоактивны, называют радиоактивными.

Все элементы химические образовались в результате многообразных сложных процессов ядерного синтеза в звездах и космическом пространстве. Эти процессы описываются различными теориями происхождения элементов, которые объясняют особенности распространенности элементов в космосе. Наиболее распространены в космосе водород и гелий, а в целом распространенность элементов уменьшается по мере роста Z. Такая же тенденция сохраняется и для распространенности элементы химические на Земле, однако на Земле наиболее распространен кислород (47% от массы земной коры), далее следуют кремний (27,6%), алюминий (8,8%), железо (4,65%). Эти элементы вместе с кальцием. натрием. калием и магнием составляют более 99% массы земной коры, так что на долю остальных элементы химические приходится менее 1%. Практическая доступность элементы химические определяется не только величиной их распространенности, но и способностью концентрироваться в ходе геохимических процессов. Некоторые элементы химические не образуют собственных минералов, а присутствуют в виде примесей в минералах других. Они называютрассеянными (рубидий, галлий. гафний и др.). Элементы химические, содержание которых в земной коре менее 10^-2-10^-3 %, объединяются понятием "редких".
Благородные газы встречаются в природе исключительно в виде простых веществ, некоторые элементы - в виде простых веществ и соединений, но большинство - только в форме соединений. Большая часть простых веществ при нормальных условиях - твердые; бром и ртуть - жидкости. водород, азот. кислород, благородные газы, фтор и хлор - газы.

В различные исторические эпохи в понятие "элемент" вкладывался разный смысл. Представление о том, что все элементы химические имеют материальный характер, а их число может быть велико, высказал в 1661 Р. Бойль; он же предложил первое определение элемента как вещества, неразложимого на составные части. В 1789 А. Лавуазье охарактеризовал элементы как предел разлагаемости веществ и составил первый список элементы химические - "Таблицу простых тел". В 1803-04 Дж. Дальтон ввел понятие атомного веса (массы) и опубликовал первую таблицу атомных весов элементы химические В 1870-х гг. Д. И. Менделеев четко разделил понятия элемента и простого вещества.

Открытие существующих в природе элементов химических происходило на протяжении длительного времени (табл.). Хронологич. Последовательность открытий определялась специфическими свойствами элементов химических и разработкой новых методов химического анализа. Еще в древности стали известны золото, серебро, ртуть, железо, олово, свинец, сера, углерод. Они легко извлекаются из содержащих их соединений или встречаются в самородном виде. В средние века, в период господства алхимии, были открыты и изучены мышьяк, сурьма, висмут, цинк, а в 1669 - фосфор (причем фосфор - первый элемент, открытие которого может быть датировано). Массовое и в значительной степени осознанное открытие элементы химические началось в середине 18 в., чему способствовало развитие пневматической химии (изучение свойств газов) и в особенности - химического анализа минералов. Итогом явилось обнаружение водорода, кислорода, азот., хлора, а также более 20 металлов. Электрохимический метод позволил в свободном виде получить натрий, калий, магний и кальций. Спектральный анализ. введенный в хим. практику Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом в 1859-60, способствовал открытию рубидия, цезия, таллия, индия, галлия и благородных газов, а также нескольких РЗЭ. С помощью радиометрического метода были открыты полоний, радий, актиний, радон и протактиний. В 1920-х гг. благодаря рентгеновскому анализу были найдены гафний, рений. Синтез искусственных элементов химических осуществлялся с конца 30-х гг.

ХРОНОЛОГИЯ ОТКРЫТИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, СУЩЕСТВУЮЩИХ НА ЗЕМЛЕ

Азот 1772 Д. Резерфорд

Актиний 1899 А. Дебьерн

Алюминий 1825 X. Эрстед
Аргон 1894 У. Рамзай, Дж. Рэлей

Барий 1774 К. Шееле, Ю. Ган

Бериллий 1798 Л. Воклен

Бор 1808 Ж. Гей-Люссак, Л. Тенар

Бром 1826 А. Балар

Ванадий 1830 Н. Сефстрём

Висмут Получен в средние века

Водород 1766 Г. Кавендиш

Вольфрам 1781 К. Шееле

Гадолиний 1886 П. Лекок де Буабодран

Галлий 1875 П. Лекок де Буабодран

Гафний 1923 Д. Костер, Д. Хевеши

Гелий 1895 У. Рамзай, У. Крукс

Германий 1886 К. Винклер

Гольмий 1879 П. Клеве

Диспрозий 1886 П. Лекок де Буабодран

Европий 1901 Э. Демарсе

Железо Известно с древности

Золото Известно с древности

Индий 1863 Ф. Рейх, Т. Рихтер

Иод 1811 Б. Куртуа

Иридий 1804 С. Теннант

Иттербий 1878 Ж. Мариньяк

Иттрий 1794 Ю. Гадолин

Кадмий 1817 Ф. Штромейер

Калий 1807 Г.Дэви

Кальций 1808 Г.Дэви

Кислород 1774 Дж. Пристли, К. Шееле

Кобальт 1735 Г. Брандт

Кремний 1823 И. Берцелиус

Криптон 1898 У. Рамзай, М. Траверс

Ксенон 1898 У. Рамзай, М. Траверс

Лантан 1839 К. Мосандер

Литий 1817 Ю. Арфведсон

Лютеций 1907 Ж. Урбен

Магний 1808 Г.Дэви

Марганец 1774 К. Шееле, Ю. Ган

Медь Известна с древности

Молибден 1778 К. Шееле Мышьяк Получен в средние века

Натрий 1807 Г.Дэви

Неодим 1885 К. Ауэр фон Вельсбах

Неон 1898 У. Рамзай, М. Траверс

Никель 1751 А. Кронстедт

Ниобий 1801 Ч. Хатчет

Олово Известно с древности

Осмий 1804 С. Теннант

Палладий 1803 У. Волластон

Платина 1748 А. де Уллоа

Полоний 1898 П. Кюри, М. Склодовская-Кюри

Празеодим 1885 К. Ауэр фон Вельсбах

Протактиний 1918 О. Ган, Л. Мейтнер; Ф. Содди, Дж. Кранстон

Радий 1898 П. Кюри, М. Склодовская-Кюри, Г. Бемон

Радон 1899 Р. Оуэне, Э. Резерфорд

Рений 1927 И. Ноддак (Такке), В. Ноддак

Родий 1804 У. Волластон

Ртуть Известна с древности

Рубидий 1861 Р. Бунзен, Г. Кирхгоф

Рутений 1844 К.К. Клаус

Самарий 1879 П. Лекок де Буабодран

Свинец Известен с древности

Селен 1817 Й. Берцелиус

Сера Известна с древности

Серебро Известно с древности

Скандий 1879 Л. Нильсон

Стронций 1790 А. Крофорд

Сурьма Получена в средние века

Таллий 1861 У. Крукс

Тантал 1802 А. Экеберг

Теллур 1782 Ф. Мюллер фон Рейхенштейн

Тербий 1843 К. Мосандер

Титан 1795 М. Клапрот

Торий 1828 И. Берцелиус

Тулий 1879 П. Клеве

Углерод Известен с древности

Уран 1789 М. Клапрот

Фосфор 1669 X. Бранд

Фтор 1771 К. Шееле

Хлор 1774 К. Шееле

Хром 1797 Л. Воклен

Цезий 1861 Р. Бунзен, Г. Кирхгоф

Церий 1803 И. Берцелиус, В. Хизингер; М. Клапрот

Цинк Получен в средние века

Цирконий 1789 М. Клапрот

Эрбий 1843 К. Мосандер

Многие элементы химические (главным образом металлы) первоначально стали известны в виде соединений (преим. оксидов) и получены в свободном виде много лет спустя, что было связано с трудностями химического восстановления этих металлов из их соединений. В составе животных и растительных организмов обнаружено более 70 элементов химических. Подавляющее большинство элементов находит то или иное практическое применение. Некоторые элементы, считавшиеся ранее бесперспективными, теперь играют исключительно важную роль как материалы новой техники (например, бериллий, титан, цирконий, галлий, германий, ниобий, тантал, рений.

Лит.: Трифонов Д. Н., Кривомазов А. Н., Лисневский Ю. И., Химические элементы и нуклиды, М., 1980; Открытие химических элементов. Специфика и методы открытия, М., 1980; Популярная библиотека химических элементов, 3 изд., кн. 1-2, М., 1983.

Д. Н. Трифонов.