Хімічний елемент

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
(Перенаправлено з Хімічні елементи)
Перейти до: навігація, пошук

Хімі́чний елеме́нт (заст. первень[1])  — тип атомів з однаковим зарядом атомних ядер (тобто однаковою кількістю протонів в ядрі атому) і певною сукупністю властивостей. Маса ядра атома хімічного елементу може бути різною, в залежності від кількості нейтронів у ньому. Сукупність атомів елементу з однаковою масою називається нуклідом, а ізотопами називаються атоми одного елементу з різними масами. Атоми даного хімічного елементу відрізняються від атомів інших елементів величиною заряду ядра, кількістю та характером розміщення електронів навколо ядра, розмірами і хімічними властивостями. У нейтрального атома число електронів на електронних оболонках дорівнює заряду ядра. У разі, коли кількість електронів не збігається з кількістю протонів у ядрі, утворюється іон, однак це іон відповідного хімічного елемента.

Кількість атомів хімічного елемента не змінюється при хімічних реакціях. Для перетворення атома одного хімічного елемента в інший необхідні ядерні реакції. Зокрема, за допомогою ядерних реакцій отримують нові хімічні елементи, які не існують у природі. На 2010 рік було відомо 118 хімічних елементів: з них 89 виявлені в природі, інші отримані штучно в результаті ядерних реакцій.

Історія[ред.ред. код]

Вперше поняття хімічного елемента сформулював Роберт Бойль у 1661 році. Термін елемент має у своїй основі уявлення древніх про первинні стихії, з яких на їхню думку складалася матерія: вода, повітря, земля, вогонь. Бойль назвав хімічними елементами речовини, які жодним чином не можна було розкласти на простіші. Він також показав, що таких хімічних елементів більше, ніж чотири. У 1789 році Лавуазьє опублікував список 33 відомих на той час елементів, до яких він також включив світло й теплець. До 1818 року Барцеліус визначив атомні маси 45 з 49 визнаних на той час хімічних елементів. У періодичній таблиці, яку склав Менделєєв, було 66 хімічних елементів. У 1913 році Генрі Мозлі відкрив те, що атомний номер хімічного елемента збігається з зарядом його ядра.

Окрім 89 хімічних елементів, виявлених в природі, інші отримані штучно внаслідок ядерних реакцій (атоми технецію, прометію, протактинію, плутонію в надмалих кількостях були виявлені в уранових і торієвих мінералах).

Атомний номер[ред.ред. код]

Докладніше: Атомний номер

Ядро атома складається з протонів (число яких відповідає атомному числу хімічного елемента) і нейтронів; число останніх може бути різним. Атоми хімічних елементів з однаковим числом протонів, але з різним числом нейтронів називаються ізотопами. За своїми хімічними властивостями ізотопи хімічних елементів практично не відрізняються між собою.

Атом з конкретним числом протонів і нейтронів називається нуклідом. Нуклід характеризується масовим числом — загальною кількістю нуклонів.

Хімічні символи та назви[ред.ред. код]

Докладніше: Хімічна нотація

Усі хімічні елементи позначають спеціальними символами — однією або двома латинськими літерами, причому перша літера завжди велика, а друга мала. Наприклад, водень позначають символом H, сірку — символом S, залізо — символом Fe, кисень — символом O і т. д. Сучасні символи хімічних елементів були введені в хімію на початку XIX ст.

Кожний хімічний символ означає, по-перше, назву елементу, по-друге, при записах формул хімічних реакцій — один атом цього елементу. Хімічні символи служать також для складання хімічних формул речовин.

Нукліди позначають символом хімічного елемента із переднім верхнім індексом, рівним масовому числу, наприклад, 12C означає нуклід вуглецю з 12-ма нуклонами, з яких 6 протонів та 6 нейтронів.

Крім номера кожен хімічний елемент має назву, що склалася історично. Системою найменувань хімічних сполук опікується Міжнародний союз фундаментальної та прикладної хімії (IUPAC). З метою уніфікації хімічних назв IUPAC розробив рекомендації латинізованих назв хімічних елементів, затверджений в Україні ДСТУ 2439-94. Визначені цим стандартом назви повинні вживатися в науковій літературі. Таким чином, деякі з хімічних елементів мають дві назви — латинізовану та історичну, українську. Наприклад, назва гідроген є науковою назвою водню, арсен є науковою назвою миш'яку. Стандарт критикують деякі науковці, зокрема за те, що «українські назви хімічних елементів недоречно замінено на латинізовані відповідники». Така заміна насправді відсутня в рекомендаціях IUPAC, і в жодній національній хімічній номенклатурі (англійській, французькій, російській тощо) її не роблять (наприклад, англійською елементи gold та iron не замінено на Aurum та Ferrum)[2][3][4][5].

Назви хімічних елементів за ДСТУ 2439-94 разом із історичними назвами наведені в алфавітному показнику в кінці статті.

Ізотопи[ред.ред. код]

Докладніше: Ізотопи

Хімічні елементи можуть мати декілька ізотопів. Для ізотопів зберігаються назви і символи хімічних елементів, винятки складають тільки ізотопи гідрогену, які мають власні назви і позначення — 1Н -протій, 2Н (D) — дейтерій, 3Н (Т) — тритій. Хімічні елементи, які мають стабільні нукліди, в природі представлені одним або декількома ізотопами. Відомо близько 270 стабільних ізотопів, які належать 81 природному хімічному елементу, і понад 1800 радіонуклідів. Хімічні елементи, всі ізотопи яких радіоактивні, називаються радіоактивними елементами. До них належать технецій, прометій, полоній і всі елементи з атомним номером, більшим ніж 84.

Атомна маса[ред.ред. код]

Природний ізотопний склад хімічних елементів, які зустрічаються на Землі, практично постійний, тому кожний елемент має певну атомну масу, яка є однією з найважливіших його характеристик. Атомна маса хімічного елементу дорівнює середньому значенню мас всіх його природних ізотопів з врахуванням поширеності останніх. Її звичайно виражають в атомних одиницях маси, за яку прийнята 1/12 частина маси нукліду 12С.

Прості речовини[ред.ред. код]

Формам існування хімічних елементів у природі відповідають прості речовини. За ДСТУ 2439-94 назви простих речовин можуть не збігатися з назвами хімічних елементів. Наприклад, хімічний елемент гідроґен існує в природі у вигляді газу водню, молекула якого складається з двох атомів гідроґену.

Елемент може існувати у вигляді декількох простих речовин (явище алотропії), відмінних одна від іншої складом молекул (наприклад, для хімічного елементу оксигену простими речовинами є кисень О2 і озон О3) або типом кристалічної ґратки (наприклад, модифікації вуглецю — алмаз, лонсдейліт, графіт; явище поліморфізму). Число речовин простих перевищує 500. Складна речовина — хімічна сполука, складається з хімічно пов'язаних атомів двох або більше різних елементів. Відомо понад 100 тисяч неорганічних і понад 3 млн. органічних сполук.

Кожний хімічний елемент характеризується ступенями окиснення, який можуть проявляти атоми даного елемента у хімічних сполуках, а також значенням електронегативності, яка характеризує здатність атомі хімічного елемента віддавати і приймати електрони. У хімічних реакціях хімічні елементи зберігаються, бо в результаті відбувається лише перерозподіл електронів зовнішніх електронних оболонок атомів, а ядра атомів залишаються незмінними.

Періодична система елементів[ред.ред. код]

Докладніше у статті Періодична система елементів
Періодична система елементів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

За хімічними властивостями хімічних елементів їх можна упорядкувати в періодичну систему.

Перший перелік хімічних елементів склав в 1789 році французький хімік Антуан Лавуазьє. До цього списку увійшли 25 відомих на той час елементів. Першу таблицю відносних атомних мас п'яти хімічних елентів (кисень, азот, вуглець, сірка і фосфор) склав англійський учений Джон Дальтон в 1803 році. До часу відкриття періодичного закону (1869) було відомо 63 елементи. Узагальнення закону виконали паралельно Дмитро Менделєєв та Лотар Юліус Маєр. Відкриття періодичної системи дозволило передбачити існування, а також властивості низки невідомих на той час хімічних елементів і послужило науковою основою для їхньої класифікації. Успіхи ядерної фізики дозволили у ХХ ст. уточнити поняття хімічного елемента, синтезувати нові та по новому сформулювати Періодичний закон. Ідею про те, що хімічні властивості атома визначаються кількістю електронів, а, отже, зарядом ядра, висловив Антоніус ван ден Брук. Експериментальне підтвердження ця ідея отримала завдяки роботам Генрі Мозлі.

Хімічні елементи, що належать до однієї групи мають близькі хімічні властивості, а тому їх об'єднюють у родини:

Елементи третьої групи періодичної системи з послідовними номерами, винесені в окремі рядки періодичної системи, об'єднані в окремі групи

Існують також інші об'єднання хімічних елементів в окремі родини за їхніми властивостями, наприклад,

За своїми властивостями хімічні елементи поділяються також на метали і неметали. До неметалів належать 23 елементи (Н, В, С, N, О, Si, Р, S, As, Se, Те та ін.), галогени (F, CI, Br, I, At), інертні гази (Не, Ne, Ar, Kr, Хе, Rn); до металів — решта 86 хімічних елементів. Для хімічних властивостей металів найхарактерніша здатність віддавати зовнішні електрони і утворювати катіони, для неметалів — приєднувати електрони і утворювати аніони. Електронегативність металів, як правило, від 0,7 до 1,8-2,0; неметалів від 1,8-2,0 до 4,0.

Походження хімічних елементів[ред.ред. код]

Докладніше у статті Нуклеосинтез

За сучасними уявленнями, першим хімічним елементом, що утворився після Великого Вибуху був Гідроген. Це сталося тоді, коли первинна плазма охолола настільки, що протони стали приєднувати до себе електрони, формуючи нейтральні атоми. Важчі хімічні елементи утворилися в надрах зірок, де велика густина та висока температура сприяли протіканню термоядерних реакцій. При вибухах наднових важчі хімічні елементи викидалися у міжзоряний простір. Саме ці важчі елементи стали будівельним матеріалом при стрворенні планет, зокрема Землі.

Поширення хімічних елементів[ред.ред. код]

Поширеність хімічних елементів різна у Всесвіті та на Землі. Найпоширенішим елементом у Всесвіті є найпростіший хімічний елемент Гідроґен, ядро якого складається із одного протона. Гідроґен — основний елемент в міжзоряному просторі та в надрах зірок, в яких він перетворюється на Гелій та інші хімічні елементи внаслідок реакцій ядерного синтезу. Розповсюдженість важчих хімічних елементів швидко зменшується з ростом їхнього атомного номера.

В умовах Землі ситуація зовсім інша. Гравітаційне поле Землі недостатньо сильне, щоб утримати водень в атомному чи молекулярному стані. Тому Гідроґен на Землі може існувати лише в складі хімічних сполук із важчими елементами. Те ж стосується і гелію, якого на Землі також мало.

Найпоширеніший на Землі кисень, на частку якого припадає 47,2% маси земної кори. За ним ідуть силіцій — 27,6, алюміній — 8,8, ферум — 5,1, кальцій — 3,6, натрій — 2,6, калій — 2,6 і магній — 2,1%. Разом на ці вісім елементів припадає 99,6% маси земної кори, а на усі інші — лише 0,4%.[6]

Хімічні елементи, концентрація яких у земній корі низька, або вони практично не утворюють власних мінералів (завдяки ізоморфному входженню у мінерали поширеніших елементів), називаються розсіяними.


Таблиця кларків хімічних елементів на Землі (мас. %)
Номер
елемента
Символ елемента У літосфері У гідросфері В атмосфері У біосфері
1 H 1,00 0,000033 10,5
2 He 1·10−6 5·10−10 0,000072 сліди
3 Li 0,0032 1,5·10−5 1·10−5
4 Be 0,00038 6·10−11 сліди
5 B 0,0012 4,6·10−4 1·10−3
6 C 0,023 2,8·10−3 0,0151 18,0
7 N 0,0019 5·10−5 75,510 0,3
8 O 47,0 23,1811 70,0
9 F 0,066 1,3·10−4 5·10−4
10 Ne 5·10−7 1·10−8 0,00125 сліди
11 Na 2,50 1,03554 0,02
12 Mg 1,87 0,1297 0,04
13 Al 8,05 1·10−6 5·10−3
14 Si 29,0 3·10−4 0,2
15 P 0,093 7·10−6 0,07
16 S 0,047 0,089 0,05
17 Cl 0,017 1,93534 0,02
18 Ar 4·10−4 6·10−5 1,2800 сліди
19 K 2,5 0,03875 0,3
20 Ca 2,96 0,0408 0,5
21 Sc 0,001 4·10−9 сліди
22 Ti 0,45 1·10−7 8·10−4
23 V 0,009 3·10−7 10−4
24 Cr 0,0083 2·10−9 10−4
25 Mn 0,10 2·10−7 1·10−3
26 Fe 4,65 1·10−6 0,01
27 Co 0,0018 5·10−8 2·10−5
28 Ni 0,0058 2·10−7 5·10−5
29 Cu 0,0047 3·10−7 2·10−4
30 Zn 0,0083 1·10−6 5·10−4
31 Ga 0,0019 3·10−9 сліди
32 Ge 1,4·10−4 6·10−9 10−4
33 As 1,7·10−4 1·10−7 3·10−5
34 Se 5·10−6 1·10−8 10−6
35 Br 2,1·10−4 6,6·10−3 1,5·10−4
36 Kr 2·10−8 3·10−8 0,00029 сліди
37 Rb 0,015 2·10−5 5·10−4
38 Sr 0,034 8·10−4 2·10−3
39 Y 0,0029 3·10−8 сліди
40 Zr 0,017 5·10−9 сліди
41 Nb 0,002 1·10−9
42 Mo 1,1·10−4 1·10−6 1·10−5
44 Ru 5·10−6 сліди
45 Rh 1·10−6 сліди
46 Pd 1,3·10−6 5·10−5
47 Ag 7·10−6 3·10−8 сліди
48 Cd 1,3·10−5 1·10−8 сліди
49 In 2,5·10−5 1·10−9
50 Sn 2,5·10−7 3·10−7 5·10−5
51 Sb 5·10−5 5·10−8 сліди
52 Te 1·10−7 сліди
53 I 4·10−5 5·10−6 1·10−5
54 Xe 3·10−9 0,000036 сліди
55 Cs 3,7·10−4 3,7·10−8 1·10−5
56 Ba 0,065 2·10−6 3·10−3
57 La 2,9·10−3 2,9·10−10 сліди
58 Ce 7·10−3 1,3·10−10 сліди
59 Pr 9·10−4 6·10−11 сліди
60 Nd 3,7·10−3 2,3·10−11 сліди
62 Sm 8·10−4 4,2·10−11 сліди
63 Eu 1,3·10−4 1,1·10−10 сліди
64 Gd 8·10−4 6·10−11 сліди
65 Tb 4,3·10−4 сліди
66 Dy 5·10−4 7,3·10−11 сліди
67 Ho 1,7·10−4 2,2·10−11 сліди
68 Er 3,3·10−4 6·10−11 сліди
69 Tm 2,7·10−5 1·10−11 сліди
70 Yb 3,3·10−5 5·10−11 сліди
71 Lu 8·10−5 1·10−10 сліди
72 Hf 1·10−4 сліди
73 Ta 2,5·10−4 сліди
74 W 1,3·10−4 1·10−5 сліди
75 Re 7·10−8 сліди
76 Os 5·10−6 сліди
77 Ir 1·10−6 сліди
78 Pt 2·10−5 сліди
79 Au 4,3·10−7 4·10−10 сліди
80 Hg 8,3·10−6 3·10−9 10−7
81 Tl 1·10−4 1·10−9 сліди
82 Pb 1,6·10−3 3·10−9
83 Bi 9·10−7 2·10−8 сліди
84 Po 2·10-14
86 Rn 7·10-16 6·10-20
88 Ra 2·10−10 1·10-14 10−12
89 Ac 6·10-14 2·10-20
90 Th 1,3·10−3 1·10−9 сліди
91 Pa 7·10−11 5·10−15
92 U 2,5·10−4 3·10−7 10−6

Алфавітний покажчик хімічних елементів[ред.ред. код]

Примітки:

  1. Агрегатний стан простої речовини вказаний за нормальних умов
  2. Назва за ДСТУ 2439-94 вказана тільки тоді, коли вона відрізняється від загальновживаної назви
Назва Символ Атомний номер Середня атомна маса Період Група Підгрупа Характеристика елемента та простої речовини Назва за ДСТУ 2439-94 Інші назви
Азот N 7 14,01 2 5 головна неметал; газ Нітроґен
Актиній Ac 89 227 7 3 побічна перехідний елемент
Алюміній Al 13 26,98 3 3 головна метал
Америцій Am 89 227 7 3 побічна актиноїд
Аргон Ar 28 39,95 3 8 інертний газ
Арсен As 33 74,92 4 5 головна неметал Миш'як
Астат At 85 186,2 6 7 головна неметал, галоген
Барій Ba 56 137,34 6 2 головна лужноземельний метал
Берилій Be 4 9,01 2 2 головна лужноземельний метал
Берклій Bk 97 247 7 3 побічна актиноїд
Бор B 5 10,81 2 3 головна неметал
Бром Br 35 79,91 4 7 головна неметал, галоген; рідина
Ванадій V 23 50,94 4 5 побічна перехідний елемент
Бісмут Bi 83 208,98 6 5 головна метал Вісмут
Водень H 1 1,01 1 1 неметал; газ Гідроген
Вольфрам W 74 183,85 6 6 побічна перехідний елемент
Вуглець C 6 12,01 2 4 головна неметал; має алотропні форми Карбон
Гадоліній Gd 64 157,25 6 3 побічна лантаноїд; метал Ґадоліній
Галій Ga 31 69,72 4 3 головна метал Ґалій
Гафній Hf 72 148,49 6 4 побічна перехідний елемент
Гелій He 2 4,00 1 8 інертний газ
Германій Ge 32 72,59 4 4 головна метал Ґерманій
Гольмій Ho 67 164,93 6 3 побічна лантаноїд
Диспрозій Dy 66 162,50 6 3 побічна лантаноїд
Ербій Er 68 167,26 6 3 побічна лантаноїд
Європій Eu 63 151,96 6 3 побічна лантаноїд
Залізо Fe 26 55,85 4 8 тріада заліза перехідний елемент Ферум
Золото Au 79 196,97 6 1 побічна перехідний елемент Аурум
Індій In 49 114,82 5 3 головна метал
Іридій Ir 77 192,2 6 8 тріада платини перехідний елемент
Ітербій Yb 70 173,04 6 3 побічна лантаноїд
Ітрій Y 39 88,91 5 3 побічна перехідний елемент
Йод I 53 126,90 5 7 головна неметал, галоген
Кадмій Cd 48 112,40 5 2 побічна перехідний елемент
Калій K 19 39,10 4 1 головна лужний метал
Каліфорній Cf 98 249 7 3 побічна актиноїд
Кальцій Ca 20 40,08 4 2 головна лужноземельний метал
Кисень O 8 16,0 2 6 головна неметал, халькоген; газ Оксиґен
Кобальт Co 27 58,93 4 8 тріада заліза перехідний елемент
Кремній Si 14 28,09 3 4 головна неметал Силіцій
Криптон Kr 36 83,8 4 8 інертний газ
Ксенон Xe 54 131,30 5 8 інертний газ
Кюрій Cm 96 247 7 3 побічна актиноїд
Лантан La 57 138,91 6 3 побічна метал
Літій Li 3 6,94 2 1 головна лужний метал
Лютецій Lu 71 174,97 6 3 побічна лантаноїд
Магній Mg 12 24,31 3 2 головна лужноземельний метал
Марганець Mn 25 54,94 4 7 побічна перехідний елемент Манґан Манган
Менделєвій Md 101 256 7 3 побічна актиноїд
Мідь Cu 29 63,54 4 1 побічна перехідний елемент Купрум
Молібден Mo 42 95,94 5 6 побічна перехідний елемент
Натрій Na 11 22,99 3 1 головна лужний метал
Неодим Nd 60 144,24 6 3 побічна лантаноїд
Неон Ne 10 20,18 2 8 інертний газ
Нептуній Np 93 237 7 3 побічна актиноїд
Нікель Ni 28 58,71 4 8 тріада заліза перехідний елемент Нікель, Нікол
Ніобій Nb 41 92,91 5 5 побічна перехідний елемент
Нобелій No 102 256 7 3 побічна актиноїд
Олово Sn 50 118,69 5 4 головна метал Станум цина, оливо
Осмій Os 76 190,2 6 8 тріада платини перехідний елемент
Паладій Pd 46 106,4 5 8 тріада платини перехідний елемент
Платина Pt 78 195,09 6 8 тріада платини перехідний елемент
Плутоній Pu 94 242 7 3 побічна актиноїд
Полоній Po 84 210 6 6 головна неметал, халькоген
Празеодим Pr 59 140,91 6 3 побічна лантаноїд
Прометій Pm 61 147 6 3 побічна лантаноїд
Протактиній Pa 91 231 7 3 побічна актиноїд
Радій Ra 88 226 7 2 головна лужноземельний метал
Радон Rn 86 222 6 8 інертний газ
Реній Re 75 186,2 6 7 побічна перехідний елемент
Родій Rh 45 102,9 5 8 тріада платини перехідний елемент
Ртуть Hg 80 200,6 6 2 побічна перехідний елемент, рідина Меркурій
Рубідій Rb 37 85,47 5 1 головна лужний метал
Рутеній Ru 44 101,07 5 8 тріада платини перехідний елемент
Самарій Sm 62 150,35 6 3 побічна перехідний елемент
Свинець Pb 82 207,19 6 4 головна метал Плюмбум
Селен Se 34 78,96 4 6 головна неметал, халькоген
Сірка S 16 32,06 3 6 головна неметал, халькоген Сульфур
Скандій Sc 21 44,96 4 3 побічна метал
Срібло Ag 47 107,87 5 1 побічна перехідний елемент Арґентум
Стибій Sb 51 121,75 5 5 головна метал антимон, сурма
Стронцій Sr 38 87,62 5 2 головна лужноземельний метал
Талій Tl 81 204,37 6 3 головна метал
Тантал Ta 73 180,95 6 5 побічна метал
Телур Te 52 127,60 5 6 головна неметал, халькоген
Тербій Tb 65 158,92 6 3 побічна лантаноїд
Технецій Tc 43 99 5 7 побічна перехідний елемент
Титан Ti 22 47,90 4 4 побічна перехідний елемент
Торій Th 90 232,04 7 3 побічна актиноїд
Тулій Tm 69 168,93 7 3 побічна лантаноїд
Уран U 92 238,03 7 3 побічна лантаноїд

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. Словник синонімів Караванського
  2. Звернення до Голови Державного комітету з питань технічного регулювання та споживчої політики України учасників VII Міжнародної наукової конференції «Проблеми української термінології СловоСвіт 2002». Додаток 2.
  3. Ганіткевич М., Никипанчук М. Стандартизація назв хемічних елементів та використання їх в освіті й науці // Збірник наукових праць: «Проблеми української термінології». — 2008. — С. 41-42.
  4. Лист-звернення Оргкомітету 10-ї Міжнародної наукової конференції «Проблеми української термінології СловоСвіт 2008» від 18.12.2008 № 66/305.
  5. І. Я. Дубей. Змінювати чи зберігати? Погляд на реформу української хімічної термінології // Ukrainica Bioorganica Acta. — 2008. — Т. 6, № 2. — С. 76-78.
  6. Перевірити посилання!

Література[ред.ред. код]

Посилання[ред.ред. код]