Таблица Менделеева является одним из величайших открытий человечества, позволившим упорядочить знания об окружающем мире и открыть новые химические элементы . Она является необходимой для школьников, а так же для всех, кто интересуется химией. Кроме того, данная схема является незаменимой и в других областях науки.
Данная схема содержит все известные человеку элементы, причем они группируются в зависимости от атомной массы и порядкового номера
. Эти характеристики влияют на свойства элементов. Всего в коротком варианте таблицы имеется 8 групп, элементы, входящие в одну группу, обладают весьма сходными свойствами. Первая группа содержит водород, литий, калий, медь, латинское произношение на русском которой купрум. А так же аргентум — серебро, цезий, золото — аурум и франций. Во второй группе расположены бериллий, магний, кальций, цинк, за ними идут стронций, кадмий, барий, заканчивается группа ртутью и радием.
В состав третьей группы вошли бор, алюминий, скандий, галлий, потом следуют иттрий, индий, лантан, завершается группа таллием и актинием. Четвертая группа начинается с углерода, кремния, титана, продолжается германием, цирконием, оловом и завершается гафнием, свинцом и резерфордием. В пятой группе имеются такие элементы, как азот, фосфор, ванадий, ниже расположены мышьяк, ниобий, сурьма, потом идут тантал висмут и завершает группу дубний. Шестая начинается с кислорода, за которым лежат сера, хром, селен, потом следуют молибден, теллур, далее вольфрам, полоний и сиборгий.
В седьмой группе первый элемент – фтор, потом следует хлор, марганец, бром, технеций, за ним находится йод, потом рений, астат и борий. Последняя группа является самой многочисленной . В нее входят такие газы, как гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Так же к данной группе относятся металлы железо, кобальт, никель, родий, палладий, рутений, осмий, иридий, платина. Далее идут ханний и мейтнерий. Отдельно расположены элементы, которые образуют ряд актиноидов и ряд лантаноидов . Они обладают сходными свойствами с лантаном и актинием.
Данная схема включает в себя все виды элементов, которые делятся на 2 большие группы – металлы и неметаллы , обладающие разными свойствами. Как определить принадлежность элемента к той или иной группе, поможет условная линия, которую необходимо провести от бора к астату. Следует помнить, что такую линию можно провести только в полной версии таблицы. Все элементы, которые находятся выше этой линии, и располагаются в главных подгруппах считаются неметаллами. А которые ниже, в главных подгруппах – металлами. Так же металлами являются вещества, находящиеся в побочных подгруппах . Существуют специальные картинки и фото, на которых можно детально ознакомиться с положением этих элементов. Стоит отметить, что те элементы, которые находятся на этой линии, проявляют одинаково свойства и металлов и неметаллов.
Отдельный список составляют и амфотерные элементы, которые обладают двойственными свойствами и могут образовывать в результате реакций 2 вида соединений. При этом у них проявляются одинаково как основные, так и кислотные свойства . Преобладание тех или иных свойств зависит от условий реакции и веществ, с которыми амфотерный элемент реагирует.
Стоит отметить, что данная схема в традиционном исполнении хорошего качества является цветной. При этом разными цветами для удобства ориентирования обозначаются главные и побочные подгруппы
. А так же элементы группируются в зависимости от схожести их свойств.
Однако в настоящее время наряду с цветной схемой очень распространенной является периодическая таблица Менделеева черно белая. Такой ее вид используется для черно-белой печати. Несмотря на кажущуюся сложность, работать с ней так же удобно, если учесть некоторые нюансы. Так, отличить главную подгруппу от побочной в таком случае можно по отличиям в оттенках, которые хорошо заметны. К тому же в цветном варианте элементы с наличием электронов на разных слоях обозначаются разными цветами
.
Стоит отметить, что в одноцветном исполнении ориентироваться по схеме не очень трудно. Для этого будет достаточно информации, указанной в каждой отдельной клеточке элемента.
Егэ сегодня является основным видом испытания по окончанию школы, а значит, подготовке к нему необходимо уделять особое внимание. Поэтому при выборе итогового экзамена по химии , необходимо обратить внимание на материалы, которые могут помочь в его сдаче. Как правило, школьникам на экзамене разрешено пользоваться некоторыми таблицами, в частности, таблицей Менделеева в хорошем качестве. Поэтому, чтобы она принесла на испытаниях только пользу, следует заблаговременно уделить внимание ее строению и изучению свойств элементов, а так же их последовательности. Необходимо научиться, так же пользоваться и черно-белой версией таблицы , чтобы на экзамене не столкнуться с некоторыми трудностями.
Помимо основной таблицы, характеризующей свойства элементов и их зависимость от атомной массы, существуют и другие схемы, которые могут оказать помощь при изучении химии. Например, существуют таблицы растворимости и электроотрицательности веществ . По первой можно определить, насколько растворимо то или иное соединение в воде при обычной температуре. При этом по горизонтали располагаются анионы – отрицательно заряженные ионы, а по вертикали – катионы, то есть положительно заряженные ионы. Чтобы узнать степень растворимости того, или иного соединения, необходимо по таблице найти его составляющие. И на месте их пересечения будет нужное обозначение.
Если это буква «р», то вещество полностью растворимо в воде в нормальных условиях. При наличии буквы «м» — вещество малорастворимое, а при наличии буквы «н» — оно почти не растворяется. Если стоит знак «+», — соединение не образует осадок и без остатка реагирует с растворителем. Если присутствует знак «-», это означает, что такого вещества не существует. Иногда так же в таблице можно увидеть знак «?», тогда это обозначает, что степень растворимости этого соединения доподлинно не известна. Электроотрицательность элементов может варьироваться от 1 до 8, для определения этого параметра так же существует специальная таблица.
Еще одна полезная таблица – ряд активности металлов. В нем располагаются все металлы по увеличении степени электрохимического потенциала. Начинается ряд напряжения металлов с лития, заканчивается золотом. Считается, что чем левее занимает место в данном ряду металл, тем он более активен в химических реакциях. Таким образом, самым активным металлом
считается металл щелочного типа литий. В списке элементов ближе к концу так же присутствует водород. Считается, что металлы, которые расположены после него, являются практически неактивными. Среди них такие элементы, как медь, ртуть, серебро, платина и золото.
Таблица Менделеева картинки в хорошем качестве
Данная схема является одним из крупнейших достижений в области химии. При этом существует немало видов этой таблицы
– короткий вариант, длинный, а так же сверхдлинный. Самой распространенной является короткая таблица, так же часто встречается и длинная версия схемы. Стоит отметить, что короткая версия схемы в настоящее время не рекомендуется ИЮПАК для использования.
Всего было разработано больше сотни видов таблицы
, отличающихся представлением, формой и графическим представлением. Они используются в разных областях науки, либо совсем не применяются. В настоящее время новые конфигурации схемы продолжают разрабатываться исследователями. В качестве основного варианта используется либо короткая, либо длинная схема в отличном качестве.
Очень много различных вещей и предметов, живых и неживых тел природы нас окружает. И все они имеют свой состав, строение, свойства. В живых существах протекают сложнейшие биохимические реакции, сопровождающие процессы жизнедеятельности. Неживые тела выполняют различные функции в природе и жизни биомассы и имеют сложный молекулярный и атомарный состав.
Но все вместе объекты планеты имеют общую особенность: они состоят из множества мельчайших структурных частиц, называемых атомами химических элементов. Настолько мелких, что невооруженным взглядом их не рассмотреть. Что такое химические элементы? Какими характеристиками они обладают и откуда стало известно об их существовании? Попробуем разобраться.
Понятие о химических элементах
В общепринятом понимании химические элементы - это лишь графическое отображение атомов. Частиц, из которых складывается все существующее во Вселенной. То есть на вопрос "что такое химические элементы" можно дать такой ответ. Это сложные маленькие структуры, совокупности всех изотопов атомов, объединенные общим названием, имеющие свое графическое обозначение (символ).
На сегодняшний день известно о 118 элементах, которые открыты как в естественных условиях, так и синтетически, путем осуществления ядерных реакций и ядер других атомов. Каждый из них имеет набор характеристик, свое местоположение в общей системе, историю открытия и название, а также выполняет определенную роль в природе и жизни живых существ. Изучением этих особенностей занимается наука химия. Химические элементы - это основа для построения молекул, простых и сложных соединений, а следовательно, химических взаимодействий.
История открытия
Само понимание того, что такое химические элементы, пришло только в XVII веке благодаря работам Бойля. Именно он впервые заговорил об этом понятии и дал ему следующее определение. Это неделимые маленькие простые вещества, из которых складывается все вокруг, в том числе и все сложные.
До этой работы господствовали взгляды алхимиков, признававшим теорию четырех стихий - Эмпидокла и Аристотеля, а также открывших "горючие начала" (сера) и "металлические начала" (ртуть).
Практически весь XVIII век была распространена совершенно ошибочная теория флогистона. Однако уже в конце этого периода Антуан Лоран Лавуазье доказывает, что она несостоятельна. Он повторяет формулировку Бойля, но при этом дополняет ее первой попыткой систематизации всех известных на тот момент элементов, распределив их на четыре группы: металлы, радикалы, земли, неметаллы.
Следующий большой шаг в понимании того, что такое химические элементы, делает Дальтон. Ему принадлежит заслуга открытия атомной массы. На основе этого он распределяет часть известных химических элементов в порядке возрастания их атомной массы.
Стабильно интенсивное развитие науки и техники позволяет делать ряд открытий новых элементов в составе природных тел. Поэтому к 1869 году - времени великого творения Д. И. Менделеева - науке стало известно о существовании 63 элементов. Работа русского ученого стала первой полной и навсегда закрепившейся классификацией этих частиц.
Строение химических элементов на тот момент установлено не было. Считалось, что атом неделим, что это мельчайшая единица. С открытием явления радиоактивности было доказано, что он делится на структурные части. Практически каждый при этом существует в форме нескольких природных изотопов (аналогичных частиц, но с иным количеством структур нейтронов, от чего меняется атомная масса). Таким образом, к середине прошлого столетия удалось добиться порядка в определении понятия химического элемента.
Система химических элементов Менделеева
В основу ученый положил различие в атомной массе и сумел гениальным образом расположить все известные химические элементы в порядке ее возрастания. Однако вся глубина и гениальность его научного мышления и предвидения заключалась в том, что Менделеев оставил пустые места в своей системе, открытые ячейки для еще неизвестных элементов, которые, по мнению ученого, в будущем будут открыты.
И все получилось именно так, как он сказал. Химические элементы Менделеева с течением времени заполнили все пустые ячейки. Была открыта каждая предсказанная ученым структура. И теперь мы можем смело говорить о том, что система химических элементов представлена 118 единицами. Правда, три последних открытия пока еще официально не подтверждены.
Сама по себе система химических элементов отображается графически таблицей, в которой элементы располагаются согласно иерархичности их свойств, зарядам ядер и особенностям строения электронных оболочек их атомов. Так, имеются периоды (7 штук) - горизонтальные ряды, группы (8 штук) - вертикальные, подгруппы (главная и побочная в пределах каждой группы). Чаще всего отдельно в нижние слои таблицы выносятся два ряда семейств - лантаноиды и актиноиды.
Атомная масса элемента складывается из протонов и нейтронов, совокупность которым имеет название "массовое число". Количество протонов определяется очень просто - оно равно порядковому номеру элемента в системе. А так как атом в целом - система электронейтральная, то есть не имеющая вообще никакого заряда, то количество отрицательных электронов всегда равно количеству положительных частиц протонов.
Таким образом, характеристика химического элемента может быть дана по его положению в периодической системе. Ведь в ячейке описано практически все: порядковый номер, а значит, электроны и протоны, атомная масса (усредненное значение всех существующих изотопов данного элемента). Видно, в каком периоде находится структура (значит, на стольких слоях будут располагаться электроны). Также можно предсказать количество отрицательных частиц на последнем энергетическом уровне для элементов главных подгрупп - оно равно номеру группы, в которой располагается элемент.
Количество нейтронов можно рассчитать, если вычесть из массового числа протоны, то есть порядковый номер. Таким образом, можно получить и составить целую электронно-графическую формулу для каждого химического элемента, которая будет в точности отражать его строение и показывать возможные и проявляемые свойства.
Распространение элементов в природе
Изучением этого вопроса занимается целая наука - космохимия. Данные показывают, что распределение элементов по нашей планете повторяет такие же закономерности во Вселенной. Главным источником ядер легких, тяжелых и средних атомов являются ядерные реакции, происходящие в недрах звезд - нуклеосинтез. Благодаря этим процессам Вселенная и космическое пространство снабдили нашу планету всеми имеющимися химическими элементами.
Всего из известных 118 представителей в естественных природных источниках людьми были обнаружены 89. Это основополагающие, самые распространенные атомы. Химические элементы также были синтезированы искусственно, путем бомбардировки ядер нейтронами (нуклеосинтез в лабораторных условиях).
Самыми многочисленными считаются простые вещества таких элементов, как азот, кислород, водород. Углерод входит в состав всех органических веществ, а значит, также занимает лидирующие позиции.
Классификация по электронному строению атомов
Одна из самых распространенных классификаций всех химических элементов системы - это распределение их на основе электронного строения. По тому, сколько энергетических уровней входит в состав оболочки атома и который из них содержит последние валентные электроны, можно выделить четыре группы элементов.
S-элементы
Это такие, у которых последней заполняется s-орбиталь. К этому семейству относятся элементы первой группы главной подгруппы (или Всего один электрон на внешнем уровне определяет схожие свойства этих представителей как сильных восстановителей.
Р-элементы
Всего 30 штук. Валентные электроны располагаются на р-подуровне. Это элементы, формирующие главные подгруппы с третьей по восьмую группу, относящиеся к 3,4,5,6 периодам. Среди них по свойствам встречаются как металлы, так и типичные неметаллические элементы.
d-элементы и f-элементы
Это переходные металлы с 4 по 7 большой период. Всего 32 элемента. Простые вещества могут проявлять как кислотные, так и основные свойства (окислительные и восстановительные). Также амфотерные, то есть двойственные.
К f-семейству относятся лантаноиды и актиноиды, у которых последние электроны располагаются на f-орбиталях.
Вещества, образуемые элементами: простые
Также все классы химических элементов способны существовать в виде простых или сложных соединений. Так, простыми принято считать такие, которые образованы из одной и той же структуры в разном количестве. Например, О 2 - кислород или дикислород, а О 3 - озон. Такое явление носит название аллотропии.
Простые химические элементы, формирующие одноименные соединения, характерны для каждого представителя периодической системы. Но не все они одинаковы по проявляемым свойствам. Так, существуют простые вещества металлы и неметаллы. Первые образуют главные подгруппы с 1-3 группу и все побочные подгруппы в таблице. Неметаллы же формируют главные подгруппы 4-7 групп. В восьмую основную входят особые элементы - благородные или инертные газы.
Среди всех открытых на сегодня простых элементов известны при обычных условиях 11 газов, 2 жидких вещества (бром и ртуть), все остальные - твердые.
Сложные соединения
К таковым принято относить все, которые состоят из двух и более химических элементов. Примеров масса, ведь химических соединений известно более 2 миллионов! Это соли, оксиды, основания и кислоты, сложные комплексные соединения, все органические вещества.
Как пользоваться таблицей Менделеева?Для непосвященного человека читать таблицу Менделеева – все равно, что для гнома смотреть на древние руны эльфов. А таблица Менделеева, между прочим, если ей правильно пользоваться, может рассказать о мире очень многое. Помимо того, что сослужит Вам службу на экзамене, она еще и просто незаменима при решении огромного количества химических и физических задач. Но как ее читать? К счастью, сегодня этому искусству может научиться каждый. В этой статье расскажем, как понять таблицу Менделеева.
Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) – это классификация химических элементов, которая устанавливает зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра.
История создания Таблицы
Дмитрий Иванович Менделеев был не простым химиком, если кто-то так думает. Это был химик, физик, геолог, метролог, эколог, экономист, нефтяник, воздухоплаватель, приборостроитель и педагог. За свою жизнь ученый успел провести фундаментально много исследований в самых разных областях знаний. Например, широко распространено мнение, что именно Менделеев вычислил идеальную крепость водки – 40 градусов. Не знаем, как Менделеев относился к водке, но точно известно, что его диссертация на тему «Рассуждение о соединении спирта с водой» не имела к водке никакого отношения и рассматривала концентрации спирта от 70 градусов. При всех заслугах ученого, открытие периодического закона химических элементов – одного их фундаментальных законов природы, принесло ему самую широкую известность.
Существует легенда, согласно которой периодическая система приснилась ученому, после чего ему осталось лишь доработать явившуюся идею. Но, если бы все было так просто.. Данная версия о создании таблицы Менделеева, по-видимому, не более чем легенда. На вопрос о том, как была открыта таблица, сам Дмитрий Иванович отвечал: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово»
В середине девятнадцатого века попытки упорядочить известные химические элементы (известно было 63 элемента) параллельно предпринимались несколькими учеными. Например, в 1862 году Александр Эмиль Шанкуртуа разместил элементы вдоль винтовой линии и отметил циклическое повторение химических свойств. Химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс предложил свой вариант периодической таблицы в 1866 году. Интересен тот факт, что в расположении элементов ученый пытался обнаружить некую мистическую музыкальную гармонию. В числе прочих попыток была и попытка Менделеева, которая увенчалась успехом.
В 1869 году была опубликована первая схема таблицы, а день 1 марта 1869 года считается днем открытия периодического закона. Суть открытия Менделеева состояла в том, что свойства элементов с ростом атомной массы изменяются не монотонно, а периодически. Первый вариант таблицы содержал всего 63 элемента, но Менделеев предпринял ряд очень нестандартных решений. Так, он догадался оставлять в таблице место для еще неоткрытых элементов, а также изменил атомные массы некоторых элементов. Принципиальная правильность закона, выведенного Менделеевым, подтвердилась очень скоро, после открытия галлия, скандия и германия, существование которых было предсказано ученым.
Современный вид таблицы Менделеева
Ниже приведем саму таблицу
Сегодня для упорядочения элементов вместо атомного веса (атомной массы) используется понятие атомного числа (числа протонов в ядре). В таблице содержится 120 элементов, которые расположены слева направо в порядке возрастания атомного числа (числа протонов)
Столбцы таблицы представляют собой так называемые группы, а строки – периоды. В таблице 18 групп и 8 периодов.
- Металлические свойства элементов при движении вдоль периода слева направо уменьшаются, а в обратном направлении – увеличиваются.
- Размеры атомов при перемещении слева направо вдоль периодов уменьшаются.
- При движении сверху вниз по группе увеличиваются восстановительные металлические свойства.
- Окислительные и неметаллические свойства при движении вдоль периода слева направо увеличиваютс я.
Что мы узнаем об элементе по таблице? Для примера, возьмем третий элемент в таблице – литий, и рассмотрим его подробно.
Первым делом мы видим сам символ элемента и его название под ним. В верхнем левом углу находится атомный номер элемента, в порядке которого элемент расположен в таблице. Атомный номер, как уже было сказано, равен числу протонов в ядре. Число положительных протонов, как правило, равно числу отрицательных электронов в атоме (за исключением изотопов).
Атомная масса указана под атомным числом (в данном варианте таблицы). Если округлить атомную массу до ближайшего целого, мы получим так называемое массовое число. Разность массового числа и атомного числа дает количество нейтронов в ядре. Так, число нейтронов в ядре гелия равно двум, а у лития – четырем.
Вот и закончился наш курс "Таблица Менделеева для чайников". В завершение, предлагаем Вам посмотреть тематическое видео, и надеемся, что вопрос о том, как пользоваться периодической таблицей Менделеева, стал Вам более понятен. Напоминаем, что изучать новый предмет всегда эффективнее не одному, а при помощи опытного наставника. Именно поэтому, никогда не стоит забывать о , которые с радостью поделятся с Вами своими знаниями и опытом.
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА
Построение периодической таблицы химических элементов Менделеева отвечает характерным периодам теории чисел и ортогональных базисов. Дополнение матриц Адамара матрицами четных и нечетных порядков создает структурный базис вложенных матричных элементов: матриц первого (Odin), второго (Euler), третьего (Mersenne), четвертого (Hadamard) и пятого (Fermat) порядков.
Несложно заметить, что порядкам 4k матриц Адамара соответствуют инертные элементы с атомной массой, кратной четырем: гелий 4, неон 20, аргон 40 (39.948) и т.п., но также и основы жизни и цифровой техники: углерод 12, кислород 16, кремний 28, германий 72.
Такое впечатление, что с матрицами Мерсенна порядков 4k –1, напротив, связано все активное, ядовитое, разрушительное и разъедающее. Но это также радиоактивные элементы – источники энергии, и свинец 207 (конечный продукт, ядовитые соли). Фтор, это, конечно, 19. Порядкам матриц Мерсенна отвечает последовательность радиоактивных элементов, называемая рядом актиния: уран 235, плутоний 239 (изотоп, который является более мощным источником атомной энергии, чем уран) и т.п. Это также щелочные металлы литий 7, натрий 23 и калий 39.
Галлий – атомный вес 68
Порядкам 4k –2 матриц Эйлера (сдвоенный Мерсенн) соответствует азот 14 (основа атмосферы). Поваренная соль образована двумя "мерсенноподобными" атомами натрия 23 и хлора 35, вместе это сочетание характерно, как раз, для матриц Эйлера. Более массивный хлор с весом 35.4 немногим не добирает до адамаровой размерности 36. Кристаллы поваренной соли: куб (! т.е. характер смирный, адамаров) и октаэдр (более вызывающий, это несомненный Эйлер).
В атомной физике переход железо 56 – никель 59, это рубеж между элементами, дающими энергию при синтезе более крупного ядра (водородная бомба) и распаде (урановая). Порядок 58 знаменит тем, что для него нет не только аналогов матриц Адамара в виде матриц Белевича с нулями на диагонали, для него нет и многих взвешенных матриц – ближайшая ортогональная W(58,53) имеет 5 нулей в каждом столбце и строке (глубокий разрыв).
В ряду, соответствующем матрицам Ферма и их замещениям порядков 4k +1, стоит волею судьбы фермий 257. Ничего не скажешь, точное попадание. Здесь же золото 197. Медь 64 (63.547) и серебро 108 (107.868), символы электроники, недотягивают, как видно, до золота и соответствуют более скромным матрицам Адамара. Медь, с ее недалеко ушедшим от 63 атомным весом, химически активна – ее зеленые окислы хорошо известны.
Кристаллы бора под сильным увеличением
С золотым сечением связан бор – атомная масса среди всех прочих элементов наиболее близка к 10 (точнее 10.8, близость атомного веса к нечетным числам тоже сказывается). Бор – достаточно сложный элемент. Бор играет запутанную роль в истории самой жизни. Строение каркаса в его структурах гораздо сложнее, чем в алмазе. Уникальный тип химической связи, которая позволяет бору поглощать любую примесь, очень плохо изучен, хотя за исследования, связанные с ним, большое количество ученых уже получили Нобелевские премии. Форма кристалла бора – икосаэдр, пять треугольников образуют вершину.
Загадка Платины. Пятый элемент, это, без сомнения, благородные металлы, такие, как золото. Надстройка над адамаровой размерностью 4k , на 1 большие.
Стабильный изотоп уран 238
Вспомним, все же, что числа Ферма встречаются редко (ближайшее – 257). Кристаллы самородного золота имеют форму, близкую к кубу, но и пентаграмма просверкивает. Его ближайший сосед, платина, благородный металл, отстоит от золота 197 по атомному весу меньше, чем на 4. Платина имеет атомный вес не 193, а несколько повышенный, 194 (порядок матриц Эйлера). Мелочь, но это переносит ее в стан несколько более агрессивных элементов. Стоит вспомнить, в связи, что при ее инертности (растворяется, разве, в царской водке), платину используют как активный катализатор химических процессов.
Губчатая платина при комнатной температуре воспламеняет водород. Характер у платины вовсе не мирный, смирнее себя ведет иридий 192 (смесь изотопов 191 и 193). Это, скорее, медь, но с весом и характером золота.
Между неоном 20 и натрием 23 нет элемента с атомным весом 22. Конечно, атомные веса – интегральная характеристика. Но среди изотопов, в свою очередь, тоже наблюдается любопытная корреляция свойств со свойствами чисел и соответствующих им матриц ортогональных базисов. В качестве ядерного топлива наибольшее применение имеет изотоп уран 235 (порядок матриц Мерсенна), в котором возможна самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция. В природе этот элемент распространен стабильной форме уран 238 (порядок матриц Эйлера). Элемент с атомным весом 13 отсутствует. Что касается хаоса, то ограниченное количество устойчивых элементов таблицы Менделеева и сложность нахождения уровневых матриц высоких порядков ввиду замеченного у матриц тринадцатого порядка барьера коррелируют.
Изотопы химических элементов, островок стабильности
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.
