Какви са химическите елементи? Система и характеристики на химичните елементи

Много различни неща и обекти, живите и неживи органи на природата ни заобикалят. И всички те имат своя състав, структура, свойства. В живите същества съществуват сложни биохимични реакции, които съпътстват жизнените процеси. Неживите тела изпълняват различни функции в природата и живота на биомасата и имат сложен молекулен и атомен състав.

Но всички заедно обектите на планетата имат обща черта: те се състоят от набор от малки структурни частици, наречени атоми на химически елементи. Толкова малко, че не могат да се разглеждат с невъоръжено око. Какви са химическите елементи? Какви са характеристиките им и как са осъзнали съществуването им? Нека се опитаме да разберем.

Концепцията на химическите елементи

В традиционния смисъл, химическите елементи са само графично представяне на атомите. Частиците, от които се състои всичко, което съществува във Вселената. Тоест, отговорът на въпроса "какви са химическите елементи"? Това са сложни малки структури, агрегатите на всички изотопи на атомите, обединени от общо име, със собствено графично обозначение (символ).

Досега познаваме 118 елементи, които са отворени както в естествени условия, така и синтетично, чрез осъществяване на ядрени реакции и радиоактивни разпадания ядра на други атоми. Всеки от тях има набор от характеристики, местоположението му в общата система, историята на откритието и името и изпълнява определена роля в природата и живота на живите същества. Изучаването на тези характеристики е науката за химия. Химическите елементи са основата за изграждане на молекули, прости и сложни съединения и следователно химични взаимодействия.

История на откритието

Самото разбиране за това какви са химическите елементи, дойде само през XVII век, благодарение на работата на Бойл. Той беше този, който първо говори за това понятие и му даде следната дефиниция. Това са неделими малки прости вещества, от които всичко е съставено, включително и всички сложни.

Преди тази работа е бил доминиран от възгледите на алхимиците, ние приемаме теорията на четирите елемента - Empidokla и Аристотел, както и отворен на "горими началото" (сяра), а "началото на метал" (живак).

Почти през целия XVIII век се разпространява напълно погрешната теория за флогистона. Но в края на този период Антоан Лаурен Лавоисер твърди, че е несъстоятелен. Той повтаря формулирането на Бойл, но в същото време го допълва с първия опит да систематизира всички известни по това време елементи, разпределяйки ги в четири групи: метали, радикали, пръст, неметали.

Следващата голяма стъпка в разбирането на химическите елементи, което прави Далтън. Заслужава признание за откриването на атомната маса. Въз основа на това тя разпределя някои от известните химически елементи, за да увеличи тяхната атомна маса.

Стабилно интензивното развитие на науката и технологиите прави възможно да се направят редица открития на нови елементи в състава на естествените тела. Следователно, до 1869 г. - времето на великото творение на Д. Менделеев - науката осъзнава съществуването на 63 елемента. Работата на руския учен стана първата пълна и завинаги утвърдена класификация на тези частици.

В този момент структурата на химическите елементи не е била установена. Смята се, че атомът е неделим, че това е най-малкото звено. С откриването на явлението радиоактивност беше доказано, че той е разделен на структурни части. Почти всеки в този случай съществува под формата на няколко естествени изотопа (подобни частици, но с различен брой неутронни структури, от които варира атомната маса). По този начин до средата на миналия век е възможно да се постигне ред в определянето на понятието за химически елемент.

Система от химически елементи на Менделеев

В основата на учения поставя разликата в атомната маса и успя да гений в подредбата на всички известни химически елементи в реда на нейното нарастване. Въпреки това, дълбочината и блясъка на научната му мислене и предвидливост, беше, че Менделеев остави празни пространства в системата ви, отворени клетки за още неизвестни елементи, които, според учените, ще бъдат открити в бъдеще.

И всичко се оказа точно както каза той. Химическите елементи на Менделеев накрая изпълниха всички празни клетки. Всяка структура, предсказана от учени, е открита. И сега можем спокойно да кажем, че системата от химични елементи е представена от 118 единици. Вярно е, че последните три открития още не са официално потвърдени.

Самата система от химически елементи е показана графично от таблица, в която елементите са подредени според йерархията на свойствата им, ядрените заряди и структурните характеристики на електронните черупки на техните атоми. Така че има периоди (7 броя) - хоризонтални редове, групи (8 броя) - вертикални, подгрупи (основна и странична в рамките на всяка група). Най-често два реда семейства се произвеждат отделно в долните слоеве на масата: лантаниди и актиниди.

Периодична система на Менделеев съдържа цялата необходима информация за химичните елементи (сериен номер, номер на масата, име, понякога последните слоеве на електронната структура).

Име на елементи

Правото да дадете име се дава на човека, който е открил този химически елемент. Много от тях са кръстени на планетите (уран, плутоний, нептуниум). На други бяха дадени името в чест на великите учени (Менделеев, Рифърд, Коперник и други).

Често елементите се наричат ​​по градове и страни (рутений, германий, април, франция, европиум и др.). Обещавайте дори да служите на митичните герои (прометиум). Феномен е често срещан, когато дадено име се дава на свойствата, проявявани от прости и сложни вещества на даден елемент (водород, кислород, въглерод).

Имената са написани на латиница, но в нашата страна има и руски превод на тях с фиксирани произношения. Символът на всеки елемент е първата буква на латинската дума или първото и всяко от следните. Пример: калций (Ca) - калций, бор (В) - борен.

Характеризиране на атомите на химичните елементи

Всеки представител на периодичната система има свои особености както в структурата, така и в проявените свойства. Характеристиката на даден химичен елемент се състои в анализиране на състава на неговите основни и електронни слоеве, както и на дефиницията на простата субстанция, която се образува, и сложните съединения.

Съставът на ядрото химичните елементи включват няколко частици - нуклеони:

• протони, които определят неговия положителен заряд (стр⁺¹), както и част от атомната маса;
• неутроните, които засягат масовия номер на елемента и нямат заряд (n⁰).

Друг вид частица са електроните. Те се движат около ядрото и имат отрицателен заряд (напр^-1). Тяхната ориентация не е хаотична, а строго подредена. Те се намират на орбитата (s, p, d и f), които формират подлезите и нива (електронни слоеве).

Атомната маса на един елемент се състои от протони и неутрони, чиято съвкупност се нарича "масов номер". Броят на протоните е много прост - той е равен на редовния номер на елемента в системата. И тъй като атомът като цяло е електрически неутрален, т.е. без никакъв заряд броят на отрицателните електрони винаги е равен на броя на положителните протонни частици.

По този начин, характеристиката на химически елемент може да бъде дадена от неговата позиция в периодична система. В крайна сметка клетката описва почти всичко: серийния номер и следователно - електроните и протоните, атомната маса (средната стойност на всички съществуващи изотопи на този елемент). Очевидно е в кой период се намира структурата (поради това на толкова много слоеве ще се намират електрони). Също така е възможно да се предскаже броят на отрицателните частици на последното енергийно ниво за елементите на основните подгрупи - той е равен на броя на групата, в която е разположен елементът.

Броят на неутроните може да бъде изчислен чрез изваждане на протона от масовия номер, т.е. серийния номер. По този начин е възможно да се получи и компилира цяла електронно-графична формула за всеки химически елемент, която точно отразява неговата структура и показва възможно степен на окисление и проявени свойства.

Разпределение на елементите в природата

Изучаването на този въпрос е свързано с цялостна наука - космохимия. Данните показват, че разпределението на елементи на нашата планета повтаря едни и същи модели във Вселената. Основният източник на ядра на леки, тежки и средни атоми са ядрените реакции, които се появяват във вътрешността на звездите - нуклеосинтезата. Благодарение на тези процеси, Вселената и космическото пространство осигуриха на нашата планета всички налични химически елементи.

Общо от известните 118 представители в естествени природни източници, 89 са намерени от хора - това са основните, най-често срещаните атоми. Химическите елементи също се синтезират изкуствено чрез бомбардиране на ядрата с неутрони (нуклеосинтезата в лабораторията).

Най-простите вещества на елементи като азот, кислород и водород се считат за най-многобройни. Въглеродът е част от всички органични вещества и следователно заема водеща позиция.

Класификация на електронната структура на атомите

Една от най-честите класификации на всички химически елементи на системата е разпределението им на базата на електронната структура. С броя на енергийните нива, включени в атомната обвивка и съдържащ последните валентни електрони, могат да се разграничат четири групи от елементи.

S-елементи

Това са онези, в които s-орбиталът е пълен с последния. Това семейство включва елементи от първата група на основната подгрупа (или алкални метали). Само един от електроните на външното ниво определя подобни свойства на тези представители като силни редуциращи агенти.

Р-елементи

Само 30 броя. Вълнените електрони се намират на п-подложката. Това са елементите, които формират основните подгрупи от трета до осма група, отнасящи се до 3,4,5,6 периоди. Сред тях на свойствата се намират както метали, така и типични неметални елементи.

d-елементите и f-елементите

Това са преходни метали от 4 до 7 за дълъг период от време. Само 32 елемента. Обикновените вещества могат да показват както киселинни, така и основни свойства (оксидативни и редуциращи). Също така е амфотерна, т.е. двусмислена.

Е-фамилията включва лантаноиди и актиниди, в които последните електрони се намират на f-орбитата.

Вещества, образувани от елементи: прости

Също така, всички класове химически елементи могат да съществуват под формата на прости или сложни съединения. Така че, често се обмислят онези, които се формират от една и съща структура в различни числа. Например, О₂ - кислород или диоксиген, и О₃ - озон. Този феномен се нарича алоотропия.

Обикновените химически елементи, формиращи същите наименования, са типични за всеки представител на периодичната система. Но не всички от тях са същите по отношение на свойствата. Така че има прости вещества, метали и неметали. Първата форма на основните подгрупи с групата 1-3 и всички подгрупи в таблицата. Неметите формират основните подгрупи от 4-7 групи. Осмата функция включва специални елементи - благородни или инертни газове.

Сред всички прости елементи, които са отворени до момента, 11 обикновени газове, 2 течни вещества (бром и живак) са известни при обикновени условия, а останалите са твърди.

Комплексни връзки

Към тези обичайно се отнасят всички, които се състоят от два или повече химически елемента. Примери за маса, защото химическите съединения са известни повече от 2 милиона! Това са соли, оксиди, основи и киселини, сложни комплексни съединения, всички органични вещества.