В 1869 году русский ученый Д.И. Менделеев разработал периодическую таблицу химических элементов, которая затем стала применяться в качестве универсальной и единственной системы такого рода во всем мире. Сегодня мало кто знает, что эта классификация, графически отражающая свойства элементов и их атомную массу, на самом деле является ключом к открытию множества удивительных фактов. Пришло время познакомиться с миром химии с новой стороны и узнать о том, чего практически никогда не рассказывают в школах и университетах!
Галлий: как наука помогает шутникам
Этот химический элемент, расположенный под 13 атомным номером и обозначаемый символом Ga (от лат. Gallium), представляет собой мягкий металл серого цвета. Хрупкое вещество было открыто химиком из Франции Полем Эмилем Лекоком де Буабодраном в 1875 году. Именно благодаря своему первооткрывателю и его родине элемент и получил свое современное название, ведь в переводе с латинского «Галлия» означает «Франция». Также существует версия, что в наименовании галлия ученый захотел скрыто увековечить свое имя. На латинском языке слово «Gallium» оказывается сходно по звучанию с «gallusom» – «петухом». Во французском же «петух» произносится как «le coq». Остается только сравнить это слово с фамилией Поля Эмиля – и вот уже теория не кажется такой неправдоподобной, пусть официально она и не была нигде задокументирована. Кстати, эта же птица является и символом государства!
Удивительные свойства данного химического элемента наиболее ярко демонстрируют себя при переходе из одного состояния в другое. Несмотря на то, что обычно металл находится в твердом состоянии, уже при нагревании до температуры в 30°С он начинает медленно плавиться. Что же это означает?
Теоретически из подобного материала можно вылепить, например, ложку, после чего передать ее своему коллеге. Озадаченное выражение лица приятеля окажется обеспечено, ведь столовый прибор начнет просто-напросто растворяться при соприкосновении с горячей жидкостью! К такому розыгрышу вполне могут прибегнуть изобретательные химики-лаборанты. Вот только от напитка придется отказаться – пусть галлий и практически безвреден для человеческого организма, все же возможные риски лучше исключить совершенно.
Почему кадмий использовался для борьбы с Годзиллой
И снова металл, но на этот раз – уже с порядковым атомным номером 48, мягкий, тягучий и отличающийся серебристо-серым цветом. Может менять состояния и подвергаться обработке деформированием (ковке). Именно из данного вещества изготавливались специальные наконечники на ракеты, с помощью которых военные боролись с удивительным Годзиллой в одном из фильмов про гигантского монстра-мутанта. Но почему же при написании сценария создатели решили отдать предпочтение именно этому химическому элементу?
Все дело заключается в том, что на самом деле данное вещество является смертельно связывающим и крайне токсичным – при проникновении в живой организм оно начисто уничтожает любое благоприятное действие белков, металлотионеина, аминокислот и ферментов, а также провоцирует возникновение злокачественных опухолей. Сначала происходит снижение активности всех ферментных систем, затем одно за другим начинают обнаруживаться:
- общее ухудшение самочувствия;
- рвота и судороги;
- поражение центральной нервной системы, печени и почек;
- нарушение фосфорно-кальциевого обмена;
- анемия и разрушение костей скелета.
Именно эти свойства кадмия проявились в реальной жизни из-за того, что опасность элемента была недооценена ни властями, ни добывающими промышленниками. Случай, начавшийся в Японии еще в 1817 году, растянулся вплоть до наступления 20 века. В те времена о кадмии знали мало – его добывали и рассматривали как примесь цинка, от которой после очистки избавлялись путем сброса в реки. Разумеется, канцерогенные отходы сделали свое дело, и однажды врач, пришедший осмотреть жителей деревни, которая была расположена рядом с одной из таких быстрин, ужаснулся… Он сломал девушке запястье в попытке прощупать ее пульс! Выяснилось, что кадмий отравил злаки, ведь для их полива использовалась именно речная вода. Все необходимые минеральные вещества в организмах людей просто сворачивались, в результате чего их кости стали катастрофически хрупкими.
Добывающая организация признала страшную ошибку только в 1972 году, и выплатила компенсации пострадавшим и их родственникам – в общей сложности 178 жителям.
Как церковь внесла вклад в открытие «видов» воздуха
Удивительные факты о последнем элементе, кислороде, который в соединении с углеродом образует углекислый газ, будут неразрывно связаны с именем Джозефа Пристли. Этот скромный английский священник в действительности сделал множество открытий в газовой химии. Уже в детстве будущий служитель церкви обладал живым и незаурядным мышлением, которое однажды заставило его задаться вопросом: «Что остается в банке, когда в ней умирает паук?». Пристли понимал, что существу оказывается недостаточно воздуха (понятия «кислород» тогда еще не существовало). Но почему же его хватает, например, цветам, которые могут существовать в герметично закупоренных тарах куда дольше животных или насекомых?..
Тогда Пристли провел практический опыт, который сегодня считается начальной вехой в изучении фотосинтеза и входит во все учебники по естествознанию. Он поместил под стеклянный колпак мышь, свечу и зеленое растение, а также поставил конструкцию под естественный солнечный свет. Так ученому удалось установить, что животные не только не погибают, а продолжают благополучно существовать и дышать в атмосфере вырабатываемого цветком газа. Пристли сравнил результаты первого эксперимента с итогами второго, во время которого он поместил мышь под колпак с одной лишь горящей свечой, и установил, что здесь мышь попросту задыхается. Джозеф решил, что растения очищают, «освежают» воздух, в то время как позднее ученые научно доказали: они сами вырабатывают кислород в результате фотосинтеза. И все же первое практическое, пусть и не до конца точное разграничение химического элемента кислорода и соединения под названием «углекислый газ» произошло именно тогда – в далеком 1774 году.
Кислород, представленный в таблице Менделеева под атомным номером 8,относится к газам и характеризуется отсутствием вкуса, цвета и запаха. Этот неметалл регулярно восполняется наземной растительностью, на долю которой приходится до 30% его выработки, и морскими водорослями (до 70%). Он составляет около 45% от веса всей земной коры и 89% веса воды, а также всегда наблюдается там, где присутствуют живые организмы. Если в будущем человечеству удастся обнаружить планету, богатую кислородом, можно будет почти с абсолютной уверенностью заявить, что соседи во Вселенной найдены!
Химический элемент - это собирательный термин, описывающий совокупность атомов простого вещества, т. е. такого, которое не может быть разделено на какие-либо более простые (по структуре их молекул) составляющие. Представьте себе, что вы получаете кусок чистого железа с просьбой разделить его на гипотетические составляющие с помощью любого устройства или метода, когда-либо изобретенного химиками. Однако вы ничего не сможете сделать, никогда железо не разделится на что-нибудь попроще. Простому веществу - железу - соответствует химический элемент Fe.
Теоретическое определение
Отмеченный выше экспериментальный факт может быть объяснен с помощью такого определения: химический элемент - это абстрактная совокупность атомов (не молекул!) соответствующего простого вещества, т. е. атомов одного и того же вида. Если бы существовал способ смотреть на каждый из отдельных атомов в куске чистого железа, упомянутого выше, то все они были бы однаковыми - атомами железа. В противоположность этому, химическое соединение, например, оксид железа, всегда содержит по меньшей мере два различных вида атомов: атомы железа и атомы кислорода.
Термины, которые следует знать
Атомная масса : масса протонов, нейтронов и электронов, которые составляют атом химического элемента.
Атомный номер : число протонов в ядре атома элемента.
Химический символ : буква или пара латинских букв, представляющих обозначение данного элемента.
Соединение химическое : вещество, которое состоит из двух или более химических элементов, соединенных друг с другом в определенной пропорции.
Металл : элемент, который теряет электроны в химических реакциях с другими элементами.
Металлоид : элемент, который реагирует иногда как металл, а иногда и как неметалл.
Неметалл : элемент, который стремится получить электроны в химических реакциях с другими элементами.
Периодическая система химических элементов : система классификации химических элементов в соответствии с их атомными номерами.
Синтетический элемент : тот, который получен искусственно в лаборатории, и, как правило, не встречается в природе.
Природные и синтетические элементы
Девяносто два химических элемента встречаются в природе на Земле. Остальные были получены искусственно в лабораториях. Синтетический химический элемент - это, как правило, продукт ядерных реакций в ускорителях частиц (устройствах, используемых для увеличения скорости субатомных частиц, таких как электроны и протоны) или ядерных реакторах (устройствах, используемых для управления энергией, выделяющейся при ядерных реакциях). Первым полученным синтетическим элементом с атомным номером 43 стал технеций, обнаруженный в 1937 году итальянскими физиками К. Перрье и Э. Сегре. Кроме технеция и прометия, все синтетические элементы имеют ядра большие, чем у урана. Последний получивший свое название синтетический химический элемент - это ливерморий (116), а перед ним был флеровий (114).
Два десятка распространенных и важных элементов
| Название | Символ | Процент всех атомов * | Свойства химических элементов (при обычных комнатных условиях) |
|||
| Во вселенной | В земной коре | В морской воде | В человеческом организме |
|||
| Алюминий | Al | - | 6,3 | - | - | Легкий, серебристый металл |
| Кальций | Ca | - | 2,1 | - | 0,02 | Входит в состав природных минералов, ракушек, костей |
| Углерод | С | - | - | - | 10,7 | Базис всех живых организмов |
| Хлор | Cl | - | - | 0,3 | - | Ядовитый газ |
| Медь | Cu | - | - | - | - | Только красный металл |
| Золото | Au | - | - | - | - | Только желтый металл |
| Гелий | He | 7,1 | - | - | - | Очень легкий газ |
| Водород | Н | 92,8 | 2,9 | 66,2 | 60,6 | Самый легкий из всех элементов; газ |
| Йод | I | - | - | - | - | Неметалл; используется в качестве антисептического средства |
| Железо | Fe | - | 2,1 | - | - | Магнитный металл; используется для производства чугуна и стали |
| Свинец | Pb | - | - | - | - | Мягкий, тяжелый металл |
| Магний | Mg | - | 2,0 | - | - | Очень легкий металл |
| Ртуть | Hg | - | - | - | - | Жидкий металл; один из двух жидких элементов |
| Никель | Ni | - | - | - | - | Устойчивый против коррозии металл; используют в монетах |
| Азот | N | - | - | - | 2,4 | Газ, основной компонент воздуха |
| Кислород | О | - | 60,1 | 33,1 | 25,7 | Газ, второй важный компонент воздуха |
| Фосфор | Р | - | - | - | 0,1 | Неметалл; важен для растений |
| Калий | К | - | 1.1 | - | - | Металл; важен для растений; обычно называют "поташ" |
* Если величина не указана, то элемент составляет менее 0,1 процента.
Большой взрыв как первопричина образования материи
Какой химический элемент был самым первым во Вселенной? Ученые считают, что ответ на этот вопрос лежит в звездах и в процессах, с помощью которых формируются звезды. Вселенная, как полагают, возникла в какой-то момент времени от 12 до 15 миллиардов лет назад. До этого момента ничего сущего, кроме энергии, не мыслится. Но что-то произошло, что превратило эту энергию в огромный взрыв (так называемый Большой взрыв). В следующие секунды после Большого взрыва начала формироваться материя.
Первыми появившимися простейшими формами материи были протоны и электроны. Некоторые из них объединяются в атомы водорода. Последний состоит из одного протона и одного электрона; это самый простой атом, который может существовать.
Медленно, в течение длительных периодов времени атомы водорода стали собираться вместе в определенных областях пространства, образуя плотные облака. Водород в этих облаках стягивался в компактные образования гравитационными силами. В конце концов эти облака водорода стали достаточно плотными, чтобы сформировать звезды..
Звезды как химические реакторы новых элементов
Звезда - просто масса вещества, которая генерирует энергию ядерных реакций. Наиболее распространенная из этих реакций представляет комбинацию четырех атомов водорода, образующих один атом гелия. Как только звезды начали формироваться, то гелий стал вторым элементом, появившимся во Вселенной.
Когда звезды становятся старше, они переходят от водородно-гелиевых ядерных реакций на другие их типы. В них атомы гелия образуют атомы углерода. Позже атомы углерода образуют кислород, неон, натрий и магний. Еще позже неон и кислород соединяются друг с другом с образованием магния. Поскольку эти реакции продолжаются, то все более и более химических элементов образуются.
Первые системы химических элементов
Более 200 лет назад химики начали искать способы их классификации. В середине девятнадцатого века были известны около 50 химических элементов. Один из вопросов, который стремились разрешить химики. сводился к следующему: химический элемент - это полностью отличное от любого другого элемента вещество? Или некоторые элементы, связанные с другими в некотором роде? Есть ли общий закон, их объединяющий?
Химики предлагали различные системы химических элементов. Так, например, английский химик Уильям Праут в 1815 г. предположил, что атомные массы всех элементов кратны массе атома водорода, если принять ее равной единице, т. е. они должны быть целыми числами. В то время атомные массы многих элементов уже были вычислены Дж. Дальтоном по отношению к массе водорода. Однако если для углерода, азота, кислорода это примерно так, то хлор с массой 35,5 в эту схему никак не вписывался.
Немецкий химик Иоганн Вольфганг Доберайнер (1780 — 1849) показал в 1829 году, что три элемента из так называемой группы галогенов (хлор, бром и йод) могут классифицироваться по их относительным атомным массам. Атомный вес брома (79,9) оказался почти точно средним из атомных весов хлора (35,5) и йода (127), а именно 35,5 + 127 ÷ 2 = 81,25 (близко к 79,9). Это был первый подход к построению одной из групп химических элементов. Доберайнер обнаружил еще две таких триады элементов, но сформулировать общий периодический закон ему не удалось.
Как появилась периодическая система химических элементов
Большинство ранних классификационных схем было не очень успешными. Затем, около 1869 года, двумя химиками было сделано почти одно открытие и почти в одно время. Русский химик Дмитрий Менделеев (1834-1907) и немецкий химик Юлиус Лотар Мейер (1830-1895) предложили организовать элементы, которые имеют аналогичные физические и химические свойства, в упорядоченную систему групп, рядов и периодов. При этом Менделеев и Мейер указывали, что свойства химических элементов периодически повторяются в зависимости от их атомных весов.
Сегодня Менделеев, как правило, считается первооткрывателем периодического закона, потому что он сделал один шаг, который Мейер не сделал. Когда все элементы были расположены в периодической таблице, в ней появились некоторые пробелы. Менделеев предсказал, что это места для элементов, которые еще не были обнаружены.
Однако он пошел еще дальше. Менделеев предсказал свойства этих еще не открытых элементов. Он знал, где они расположены в периодической таблице, так что мог прогнозировать их свойства. Примечательно, что каждый предсказанный химический элемент Менделеева,будущие галлий, скандий и германий, были обнаружены менее чем через десять лет после опубликования им периодического закона.
Короткая форма периодической таблицы
Были попытки подсчитать, сколько вариантов графического изображения периодической системы предлагалось разными учеными. Оказалось, больше 500. Причем 80% общего числа вариантов - это таблицы, а остальное - геометрические фигуры, математические кривые и т. д. В итоге практическое применение нашли четыре вида таблиц: короткая, полудлинная, длинная и лестничная (пирамидальная). Последняя была предложена великим физиком Н. Бором.
На рисунке ниже показана короткая форма.
В ней химические элементы расположены по возрастанию их атомных номеров слева направо и сверху вниз. Так, первый химический элемент периодической таблицы водород имеет атомный номер 1 потому, что ядра атомов водорода содержит один и только один протон. Аналогично и кислород имеет атомный номер 8, так как ядра всех атомов кислорода содержат 8 протонов (см. рисунок ниже).
Главные структурные фрагменты периодической системы - периоды и группы элементов. В шести периодах все клетки заполнены, седьмой еще не завершен (элементы 113, 115, 117 и 118 хотя и синтезированы в лабораториях, однако еще официально не зарегистрированы и не имеют названий).
Группы подразделяются на главные (A) и побочные (B) подгруппы. Элементы первых трех периодов, содержащих по одному ряду-строке, входят исключительно в A-подгруппы. Остальные четыре периода включают по два ряда-строки.
Химические элементы в одной группе, как правило, имеют схожие химические свойства. Так, первую группу составляют щелочные металлы, вторую - щелочноземельные. Находящиеся в одном периоде элементы имеют свойства, медленно изменяющиеся от щелочного металла до благородного газа. Рисунок ниже показывает, как одно из свойств - атомный радиус - изменяется для отдельных элементов в таблице.
Длиннопериодная форма периодической таблицы
Она показана на рисунке ниже и делится в двух направлениях, по строкам и по столбцам. Есть семь строк-периодов, как и в короткой форме, и 18 столбцов, называемых группами или семьями. По сути, увеличение числа групп с 8 в короткой форме до 18 в длинной получено путем размещения всех элементов в периодах, начиная с 4-го, не в две, а в одну строку.
Две разных системы нумерации используются для групп, как показано в верхней части таблицы. Система на основе римских цифр (IA, IIA, IIB, IVB и т. д.) традиционно была популярна в США. Другая система (1, 2, 3, 4 и т. д.) традиционно используется в Европе, а несколько лет назад была рекомендована для использования в США.
Вид периодических таблиц на рисунках выше немного вводит в заблуждение, как и в любой такой опубликованной таблице. Причиной этого является то, что две группы элементов, показанных в нижней части таблиц, на самом деле должны быть расположены внутри них. Лантаноиды, например, принадлежат к периоду 6 между барием (56) и гафнием (72). Кроме того, актиноиды принадлежат периоду 7 между радием (88) и резерфордием (104). Если бы они были вставлены в таблицу, то она стала бы слишком широкой, чтобы поместиться на листе бумаги или настенной диаграмме. Поэтому принято эти элементы размещать в нижней части таблицы.
Химические элементы - см. Элементы, Вес атомов, Периодическая законность, Химия и Лавуазье … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Синтезированные химические элементы - Синтезированные (искусственные) химические элементы элементы, впервые идентифицированные как продукт искусственного синтеза. Часть из них (тяжёлые трансурановые элементы, все трансактиноиды), по видимому, отсутствует в природе; другие… … Википедия
ЭЛЕМЕНТЫ-ПРИМЕСИ - химические элементы, присутствующие в минералах других элементов в виде изоморфных примесей или тонких механических включений; иногда извлекаются в качестве попутных или даже основных (напр., золото из пирита) компонентов. В число элементов… … Большой Энциклопедический словарь
ХИМИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА - химические элементы и соединения, их смеси, как натуральные, так и искусственные, а также готовые изделия, содержащие в своем составе Х. в., способные оказать вредное воздействие на человека при нормальных или непредсказуемых условиях их… … Российская энциклопедия по охране труда
элементы петрогенные - Главнейшие химические элементы, образующие горные породы; к ним относятся наиболее распространенные элементы земной коры (O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, К и др). [Словарь геологических терминов и понятий. Томский Государственный Университет] Тематики… … Справочник технического переводчика
ЭЛЕМЕНТЫ БИОФИЛЬНЫЕ - поглощаемые из геохим. среды (почвы, воды) организмами и используемые в процессах жизнедеятельности. К ним относятся: макроэлементы N, С, О, Н, Са, Mg, Na, К, Р, S, Cl, Si, Fe и микроэлементы Сu, Со, Mn, Zn, V, Ni, Mo, Sr, В, Se, F, Br, I. Кроме… … Геологическая энциклопедия
Элементы зольные - химические элементы, входящие в состав золы растений и животных. Обычно это все элементы, которые могут находиться в растениях и животных, кроме углерода, водорода, кислорода и азота; последние не входят в состав золы, так как улетучиваются при… … Толковый словарь по почвоведению
ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ - 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 … Энциклопедия Кольера
Элементы химические - Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева H … Википедия
элементы-примеси - химические элементы, присутствующие в минералах других элементов в виде изоморфных примесей или тонких механических включений; иногда извлекаются в качестве попутных или даже основных (например, золото из пирита) компонентов. В число элементов… … Энциклопедический словарь
Книги
- Химические элементы , Вайткене Любовь Дмитриевна , Fe, Au, Cu Феррум, аурум, купрум Ты еще не знаешь, что означают эти слова, но очень хотел бы узнать? Тогда эта книга твой верный помощник в освоении такой непростой науки, как химия.… Категория: Разное Серия: Для самых любознательных Издатель: АСТ , Производитель: АСТ , Купить за 987 грн (только Украина)
- Химические элементы , Вайткене , Любовь Дмитриевна , Fе, Au, Cu ... Феррум, аурум, купрум... Ты еще не знаешь, что означают эти слова, но очень хотел бы узнать? Тогда эта книга - твой верный помощник в освоении такой непростой науки, как… Категория:
Инструкция
Лавуазье отнес к элементам ряд простых веществ – все известные к тому времени металлы, а также фосфор, серу, водород, кислород, азот. Помимо этого, он отнес к элементам свет, теплород и. «солеобразующие землистые вещества». Разумеется, с позиции сегодняшнего дня, многие его утверждения кажутся наивными, но для того времени это был большой шаг вперед.
В первой половине 10-го века, усилиями Дальтона и других известных ученых, атомно-молекулярная гипотеза элементов. Она рассматривает любой химический элемент как отдельный вид атомов, а простые и сложные вещества, как состоящие, соответственно, из атомов одного или разных видов.
Дальтону же принадлежит в определении атомного веса элемента, как важнейшего показателя, от которого напрямую зависят его . Другой химик – Берцелиус - провел большую работу по определению атомных весов элементов. Это во многом способствовало открытию Периодического закона Менделеевым. К этому моменту, было известно 63 элемента. С помощью Периодического закона, стало возможным предсказывать физико-химические свойства еще не открытых элементов.
Каждому элементу в Таблице Менделеева отведено строго определенное место. Он имеет как полное название, так и сокращенную форму записи – символ, состоящий из одной или двух латинских букв, взятых из латинского же названия элемента. Например, Fe (ferrum, железо), Сu (сuprum, медь), Н (hydrogenium, водород). Возле символа элемента располагается следующая информация о нем: порядковый номер, соответствующий количеству протонов в ядре, атомная масса, распределение электронов по энергетическим уровням, электронная конфигурация.
Видео по теме
Абсолютно все, что нас окружает, облака, лес или новенький автомобиль, состоит из чередования мельчайших атомов. Атомы отличаются размером, массой, сложностью строения. Даже принадлежащие к одному виду, атомы могут незначительно различаться. Чтобы навести порядок во всем этом многообразии, ученые придумали такое понятие, как химический элемент. Этим термином принято обозначать постоянное соединение атомов с одинаковым количеством протонов, то есть с постоянным зарядом ядра.
Во время любого возможного взаимодействия между собой атомы химических элементов не изменяются, трансформируются только связи между ними. Например, если на кухне привычным жестом зажечь газовую конфорку, произойдет химическая реакция между элементами. При этом метан (СН4) вступает в реакцию с кислородом (О2), образуя диоксид углерода (СО2) и воду, точнее, водяной пар (Н2О). Но во время этого взаимодействия не было образовано ни одного нового химического элемента, а вот связи между ними изменились.
Систематизация элементов
Впервые идея о существовании постоянных, не изменяющихся химических элементов возникла у знаменитого противника алхимии Роберта Бойля в далеком 1668 году. В своей книге он рассматривал свойства всего 15 элементов, но допускал существование, новых, еще не открытых учеными.
Примерно через 100 лет гениальный химик из Франции, Антуан Лавуазье, создал и опубликован перечень уже из 35 элементов. Правда, не все из них оказались неделимыми, но это запустило процесс поиска, в который включились ученые всей Европы. Среди задач было не только распознавание постоянных атомных соединений, но и возможная систематизация уже определенных элементов.
Впервые о возможной связи между атомной массой элементов и их расположением задумался гениальный русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев. Гипотеза занимала его долгое время, но логичную строгую последовательность расположения известных элементов создать не получалось. Основную идею своего открытия Менделеев представил в 1869 году в докладе Русскому химическому обществу, но наглядно продемонстрировать свои выводы он тогда не смог.
Существует легенда, что ученый в течение трех суток кропотливо работал над созданием таблицы, не отвлекаясь даже на сон и еду. Не выдержав напряжения, ученый задремал и именно во сне увидел систематизированную таблицу, в которой элементы заняли свои места согласно своей атомной массе. Конечно, легенда о сне звучит очень увлекательно, но Менделеев размышлял над своей гипотезой больше двадцати лет, поэтому и результат получился настолько исключительным.
Открытие новых элементов
Работу над природой химических элементов Дмитрий Менделеев продолжал и после признания своего открытия. Он смог доказать, что существует прямая зависимость между расположением элемента в системе и совокупности его свойств в сравнении с другими типами элементов. В далеком XVII веке он смог предсказать скорое открытие новых элементов, для которых предусмотрительно оставил пустые клеточки в своей таблице.
Гений оказался прав, вскоре последовали новые открытия, за недолгие семьдесят лет были обнаружены еще девять новых элементов, среди которых легкие металлы галлий (Ga) и скандий (Sc), плотный металл рений (Re), полупроводник германий (Ge) и опасный радиоактивный полоний (Po). Кстати, в 1900 году было принято решение о внесении в таблицу инертных газов, которые имеют низкую химическую активность и почти не вступают в реакцию с другими элементами. Их принято называть нулевыми элементами.
Исследование и поиск новых стабильных соединений атомов продолжалось и сейчас в перечне насчитывается 117 химических элементов. Однако происхождение их отличается, только 94 из них были обнаружены в естественной природе, а остальные 23 новых вещества были синтезированы учеными в ходе изучения процессов ядерных реакций. Большинство этих искусственно полученных соединений быстро распадаются на более простые соединения. Поэтому их считают нестабильными химическими элементами и в таблице для них указывают не относительную атомную массу, а массовое число.
У каждого химического элемента есть собственное уникальное название, состоящее из одной или нескольких букв его латинского наименования. Во всех странах мира принята единые правила и символы описания элемента, у каждого обозначено его место и порядковый номер в таблице.
Распространение в космосе
Специалистам современной науки известно, что количество и распределение одних и тех же элементов на планете Земля и в просторах Вселенной очень отличается.
Так, в космосе самыми часто встречающимися соединениями атомов являются водород (H) и гелий (He). В недрах не только далеких звезд, но и нашего светила, идут постоянные термоядерные реакции с участием водорода. Под воздействием немыслимо высоких температур четыре ядра водорода сливаются, образуя гелий. Так из самых простых элементов получаются более сложные. Высвобождающаяся при этом энергия выбрасывается в открытый космос. Все обитатели нашей планеты ощущают эту энергию как свет и тепло солнечных лучей.
Ученые с помощью метода спектрального анализа выяснили, что Солнце на 75% состоит из водорода, на 24 % из гелия и только оставшийся 1% всей огромной массы звезды содержит другие элементы. Также огромное количество молекулярного и атомного водорода рассеяны в кажущемся пустым космическом пространстве.
В составе планет, комет и астероидов обнаруживают кислород, углерод, азот, серу и другие легкие элементы. Часто встречается конечный продукт "жизни" большинства звезд, привычное нам железо. Ведь, как только ядро звезды начинает синтезировать этот элемент, она обречена. Ученые смогли найти в космосе огромное количество лития, причины появления которого до сих пор не изучены. Намного реже встречаются следы таких металлов как золото и титан, они образовываются только при взрывах очень массивных звезд.
А как на нашей планете
На каменистых планетах, подобных Земле, распространение химических элементов совсем другое. Причем они не находятся в статичном состоянии, а постоянно взаимодействуют между собой. Например, на Земле большое количество растворенных газов переносится водами Мирового океана, а живые организмы и их жизнедеятельность привели к значительному увеличению количества кислорода. Путем длительных расчетов ученые определили, что именно этот необходимый для жизни элемент составляет 50% всех веществ на планете. Неудивительно, ведь он входит в состав многих горных пород, соленой и пресной воды, атмосферы и клеток живых организмов. Каждая живая клетка любого создания почти на 65% состоит из кислорода.
На втором месте по распространенности находится кремний, который занимает 25 % всей земной коры. Его невозможно найти в чистом виде, зато в разных пропорциях этот элемент входит в состав всех имеющихся на Земле соединений. А вот водорода, которого так много в космическом пространстве, в земной коре очень мало, всего 0,9 %. В воде его содержание незначительно больше, почти 12 %.
Химический состав атмосферы, коры и ядра нашей планеты довольно разный, например, железо и никель сосредоточены в основном в расплавленном ядре, а основная часть легких газов постоянно находится в атмосфере или воде.
Реже всего на Земле встречается лютеций (Lu), редкий тяжелый элемент, доля которого составляет всего 0,00008 % массы земной коры. Его открыли в 1907 году, но практического применения этот самый тугоплавкий элемент пока не получил.
Источники:
- Энциклопедия "Кругосвет" Статья "Элементы химические"
Это была сенсация - оказывается, важнейшее вещество на Земле состоит из двух не менее важных химических элементов. «АиФ» решил заглянуть в таблицу Менделеева и вспомнить, благодаря каким же элементам и соединениям существует Вселенная, а также жизнь на Земле и человеческая цивилизация.
ВОДОРОД (H)
Где встречается:
самый распространённый элемент во Вселенной, её главный «строительный материал». Из него состоят звёзды, в том числе Солнце. Благодаря термоядерному синтезу с участием водорода Солнце будет греть нашу планету ещё 6,5 млрд. лет.
Чем полезен:
в промышленности - при производстве аммиака, мыла и пластмасс. Большие перспективы у водородной энергетики: этот газ не загрязняет окружающую среду, т. к. при сгорании даёт только водяной пар.
УГЛЕРОД (C)
Где встречается:
любой организм в значительной степени построен из углерода. В теле человека этот элемент занимает около 21%. Так, наши мышцы состоят из него на 2/3. В свободном состоянии в природе встречается в виде графита и алмаза.
Чем полезен:
пища, энергоносители и мн. др. Класс соединений на основе углерода огромен - углеводороды, белки, жиры и т. д. Этот элемент незаменим в нанотехнологиях.
АЗОТ (N)
Где встречается:
атмосфера Земли на 75% состоит из азота. Входит в состав белков, аминокислот, гемоглобина и др.
Чем полезен:
необходим для существования животных и растений. В промышленности используется как газовая среда для упаковки и хранения, хладагент. С его помощью синтезируют разнообразные соединения - аммиак, удобрения, взрывчатые вещества, красители.
КИСЛОРОД (O)
Где встречается:
Самый распространённый на Земле элемент, на его долю приходится около 47% массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды на 89% состоят из кислорода, атмосфера - на 23%.
Чем полезен:
Благодаря кислороду живые существа могут дышать, без него не был бы возможен огонь. Этот газ широко используется в медицине, металлургии, пищевой промышленности, энергетике.
УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ (CO2)
Где встречается:
В атмосфере, в морской воде.
Чем полезен:
Благодаря этому соединению растения могут дышать. Процесс поглощения углекислоты из воздуха называется фотосинтезом. Это основной источник биологической энергии. Стоит напомнить, что энергия, которую мы получаем при сжигании ископаемого топлива (угля, нефти, газа), накоплена в недрах земли на протяжении миллионов лет именно благодаря фотосинтезу.
ЖЕЛЕЗО (Fe)
Где встречается:
один из самых распространённых в Солнечной системе элементов. Из него состоят ядра планет земной группы.
Чем полезен:
металл, с древних времён применяемый человеком. Целая историческая эпоха получила название Железного века. Сейчас до 95% мирового производства металлов приходится на железо, это основной компонент сталей и чугунов.
СЕРЕБРО (Ag)
Где встречается:
Один из дефицитных элементов. Раньше встречался в природе в самородном виде.
Чем полезен:
С середины XIII века стал традиционным материалом для изготовления посуды. Обладает уникальными свойствами, поэтому применяется в различных отраслях - в ювелирном деле, в фотографии, электротехнике и электронике. Известны и дезинфицирующие свойства серебра.
ЗОЛОТО (Au)
Где встречается:
раньше встречался в природе в самородном виде. Добывается на приисках.
Чем полезен:
важнейший элемент мировой финансовой системы, т. к. запасы его невелики. Издавна использовалось в качестве денег. В настоящее время все банковские резервы золота оцениваются
в 32 тыс. тонн - если сплавить их воедино, получится куб со стороной всего лишь 12 м. Используется в медицине, микроэлектронике, при ядерных исследованиях.
КРЕМНИЙ (Si)
Где встречается:
По распространённости в земной коре этот элемент занимает второе место (27-30% всей массы).
Чем полезен:
Кремний - основной материал для электроники. Также применяется в металлургии и в производстве стекла и цемента.
ВОДА (H2O)
Где встречается:
Наша планета на 71% покрыта водой. Тело человека на 65% состоит из этого соединения. Вода есть и в космическом пространстве, в теле комет.
Чем полезна:
Имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, потому что благодаря молекулярным свойствам является универсальным растворителем. У воды много уникальных свойств, о которых мы не задумываемся. Так, если бы она при замерзании не увеличивалась в объёме, жизнь просто не зародилась бы: водоёмы каждую зиму промерзали бы до дна. А так, расширяясь, более лёгкий лёд остаётся на поверхности, сохраняя под собой жизнеспособную среду.
