Pierwiastek chemiczny to ... Układ okresowy pierwiastków chemicznych

Element chemiczny to zbiorowy termin opisujący zbiór atomów prostej substancji, czyli takiej, której nie można podzielić na prostsze (w strukturze ich cząsteczek) składniki. Wyobraź sobie, że otrzymujesz kawałek czystego żelaza z prośbą o podzielenie go na hipotetyczne składniki za pomocą dowolnego urządzenia lub metody kiedykolwiek wymyślonej przez chemików. Jednak nie możesz nic zrobić, nigdy żelazo nie jest podzielone na coś prostszego. Prosta substancja - żelazo - odpowiada pierwiastkowi chemicznemu Fe.

Definicja teoretyczna

Opisany powyżej fakt eksperymentalny można wytłumaczyć za pomocą tej definicji: element chemiczny jest abstrakcyjnym zbiorem atomów (nie cząsteczek!) Z odpowiedniej prostej substancji, czyli atomów tego samego rodzaju. Gdyby można było spojrzeć na każdy z poszczególnych atomów w kawałku czystego żelaza, wspomnianym powyżej, to wszystkie byłyby takie same - atomy żelaza. Natomiast związek chemiczny, taki jak tlenek żelaza, zawsze zawiera co najmniej dwa różne typy atomów: atomy żelaza i atomy tlenu.

Warunki, które powinieneś wiedzieć

Masa atomowa : masa protonów, neutronów i elektronów tworzących atom pierwiastka chemicznego.

Liczba atomowa : liczba protonów w jądrze atomu pierwiastka.

Symbol chemiczny : litera lub para łacińskich liter oznaczających oznaczenie tego elementu.

Związek chemiczny : Substancja składająca się z dwóch lub więcej pierwiastków chemicznych, które są połączone ze sobą w określonej proporcji.

Metal : element, który traci elektrony reakcje chemiczne z innymi elementami.

Metaloid : element, który reaguje czasami jako metal, a czasem jako niemetal.

Niemetalowy : pierwiastek, który stara się wytwarzać elektrony w reakcjach chemicznych z innymi pierwiastkami.

Układ okresowy pierwiastków chemicznych : układ klasyfikacji pierwiastków chemicznych zgodnie z ich liczbą atomową.

Element syntetyczny : sztucznie uzyskany w laboratorium i, z zasady, nie występuje w przyrodzie.

Elementy naturalne i syntetyczne

Dziewięćdziesiąt dwa pierwiastki chemiczne występują w przyrodzie na Ziemi. Reszta została uzyskana sztucznie w laboratoriach. Syntetyczny pierwiastek chemiczny jest zwykle produktem reakcji jądrowych w akceleratorach cząstek (urządzenia stosowane do zwiększania prędkości cząstek subatomowych, takich jak elektrony i protony) lub reaktorów jądrowych (urządzenia stosowane do kontrolowania energii uwalnianej podczas reakcji jądrowych). Pierwszym syntetycznym pierwiastkiem uzyskanym z atomową liczbą 43 był technet, odkryty w 1937 r. Przez włoskich fizyków C. Perrier i E. Segre. Oprócz technetu i prometu wszystkie elementy syntetyczne mają jądra większe niż jądra uranu. Ten ostatni, który otrzymał nazwę, jest syntetycznym pierwiastkiem chemicznym - wątrobem (116), a przed nim był flamerium (114).

Dwa tuziny wspólnych i ważnych elementów

* Jeśli wartość nie jest określona, ​​element jest mniejszy niż 0,1 procent.

Wielki Wybuch jako podstawowa przyczyna powstawania materii

Jaki był pierwszy pierwiastek chemiczny we wszechświecie? Naukowcy uważają, że odpowiedź na to pytanie leży w gwiazdach i procesach, w których powstają gwiazdy. Uważa się, że wszechświat powstał w pewnym momencie z 12 do 15 miliardów lat temu. Do tego momentu myśli się tylko o energii. Ale stało się coś, co zamieniło tę energię w ogromną eksplozję (tak zwany Wielki Wybuch). W następnych sekundach, po Wielkim Wybuchu, materia zaczęła się formować.

Pierwszymi pierwotnymi formami materii były protony i elektrony. Niektóre z nich są połączone w atomy wodoru. Ten ostatni składa się z jednego protonu i jednego elektronu; jest to najprostszy atom, jaki może istnieć. Powoli, przez długi czas, atomy wodoru zaczęły się łączyć w pewnych obszarach przestrzeni, tworząc gęste chmury. Wodór w tych chmurach był zwarty. siły grawitacyjne. W końcu te chmury wodoru stały się wystarczająco gęste, aby utworzyć gwiazdy.

Gwiazdy jako chemiczne reaktory nowych pierwiastków

Gwiazda to po prostu masa materii, która generuje energię reakcji jądrowych. Najbardziej powszechną z tych reakcji jest kombinacja czterech atomów wodoru tworzących jeden atom helu. Gdy tylko gwiazdy zaczęły się formować, hel stał się drugim elementem, który pojawił się we Wszechświecie.

Kiedy gwiazdy się starzeją, przechodzą od reakcji jądrowych wodoru z helem do ich innych typów. W nich atomy helu tworzą atomy węgla. Później atomy węgla tworzą tlen, neon, sód i magnez. Jeszcze później neon i tlen łączą się ze sobą tworząc magnez. W miarę kontynuowania tych reakcji powstaje coraz więcej pierwiastków chemicznych.

Pierwsze układy pierwiastków chemicznych

Ponad 200 lat temu chemicy zaczęli szukać sposobów ich klasyfikacji. W połowie XIX wieku znanych było około 50 pierwiastków chemicznych. Jedno z pytań, które chemicy próbowali rozwiązać. było tak: pierwiastek chemiczny jest zupełnie inną substancją niż jakikolwiek inny pierwiastek? Lub niektóre elementy związane z innymi w jakiś sposób? Czy istnieje ogólne prawo je jednoczące?

Chemicy zaproponowali różne układy pierwiastków chemicznych. Tak więc, na przykład, angielski chemik William Praut w 1815 r. Zasugerował, że masy atomowe wszystkich pierwiastków są wielokrotnościami masy atomu wodoru, jeśli uznamy je za jeden, to znaczy muszą być liczbami całkowitymi. W tym czasie masy atomowe wielu pierwiastków zostały już obliczone przez J. Daltona w odniesieniu do masy wodoru. Jednakże, jeśli jest to w przybliżeniu przypadek węgla, azotu, tlenu, wówczas chlor o masie 35,5 nie mieści się w tym schemacie.

Niemiecki chemik Johann Wolfgang Dobereiner (1780 - 1849) wykazał w 1829 r., Że trzy pierwiastki z tak zwanej grupy halogenowej (chlor, brom i jod) można sklasyfikować względne masy atomowe. Masa atomowa bromu (79,9) była prawie dokładnie średnią masą atomową chloru (35,5) i jodu (127), a mianowicie 35,5 + 127 ÷ 2 = 81,25 (blisko 79,9). Było to pierwsze podejście do budowy jednej z grup pierwiastków chemicznych. Dobereiner odkrył jeszcze dwie takie triady pierwiastków, ale nie sformułował ogólnego prawa okresowego.

Jak układ okresowy pierwiastków chemicznych

Większość wczesnych schematów klasyfikacji nie była zbyt udana. Następnie, około 1869 roku, dwóch chemików dokonało prawie jednego odkrycia i prawie w tym samym czasie. Rosyjski chemik Dmitrij Mendelejew (1834-1907) i niemiecki chemik Julius Lothar Meyer (1830-1895) sugerowali organizowanie elementów, które mają podobne właściwości fizyczne i chemiczne do uporządkowanego systemu grup, rzędów i okresów. W tym samym czasie Mendeleev i Meyer wskazali, że właściwości pierwiastków chemicznych są okresowo powtarzane w zależności od ich ciężaru atomowego.

Dziś Mendelejewa powszechnie uważa się za odkrywcę prawa okresowego, ponieważ zrobił krok, którego Meyer nie wziął. Kiedy wszystkie elementy znajdowały się w układzie okresowym, pojawiły się w nim pewne luki. Mendelejew przepowiedział, że są to miejsca dla elementów, które jeszcze nie zostały odkryte.

Jednak poszedł jeszcze dalej. Mendelejew przepowiedział właściwości tych jeszcze nie otwartych elementów. Wiedział, gdzie się znajdują w układzie okresowym, żeby mógł przewidzieć ich właściwości. Warto zauważyć, że każdy przewidywany pierwiastek chemiczny Mendelejewa, przyszły galu, skandu i germanu odkryto mniej niż dziesięć lat po opublikowaniu prawa okresowego.

Krótka forma układu okresowego

Podejmowano próby obliczenia, ile różnych wariantów graficznego obrazu układu okresowego zaproponowali różni naukowcy. Okazało się, że jest ponad 500. Ponadto, 80% całkowitej liczby wariantów to tabele, a reszta to figury geometryczne, krzywe matematyczne itp. W rezultacie cztery rodzaje tabel znalazły zastosowanie praktyczne: krótkie, półdługie, długie i drabinkowe (piramidalne). Ten ostatni został zaproponowany przez wielkiego fizyka N. Bohra.

Poniższy rysunek przedstawia krótki formularz. W nim elementy chemiczne są ułożone w porządku rosnącym ich liczb atomowych od lewej do prawej i od góry do dołu. Tak więc pierwszy pierwiastek chemiczny układu okresowego wodoru ma liczbę atomową 1, ponieważ jądro atomów wodoru zawiera jeden i tylko jeden proton. Podobnie tlen ma liczbę atomową 8, ponieważ jądra wszystkich atomów tlenu zawierają 8 protonów (patrz rysunek poniżej).

Głównymi strukturalnymi fragmentami układu okresowego są okresy i grupy elementów. W sześciu okresach wszystkie komórki są wypełnione, siódma nie jest jeszcze ukończona (elementy 113, 115, 117 i 118, chociaż zsyntetyzowane w laboratoriach, nie są jeszcze oficjalnie zarejestrowane i nie mają nazw).

Grupy są podzielone na podgrupy główne (A) i drugorzędne (B). Elementy z pierwszych trzech okresów, zawierające po jednym rzędzie, są zawarte wyłącznie w podgrupach A. Pozostałe cztery okresy obejmują dwa rzędy wierszy.

Pierwiastki chemiczne w jednej grupie mają z reguły podobne właściwości chemiczne. Tak więc pierwsza grupa to metale alkaliczne drugi to ziemia alkaliczna. Elementy w tym samym okresie mają właściwości, które powoli zmieniają się od metalu alkalicznego do gazu szlachetnego. Poniższy rysunek pokazuje, w jaki sposób jedna z właściwości - promień atomowy - zmienia się dla poszczególnych elementów w tabeli.

Długoterminowa forma układu okresowego

Zostało to pokazane na poniższym rysunku i jest podzielone na dwa kierunki, w rzędach i kolumnach. Jest siedem okresów wierszy, jak w skróconej formie, i 18 kolumn, zwanych grupami lub rodzinami. W rzeczywistości, wzrost liczby grup od 8 w krótkiej formie do 18 w długich uzyskuje się poprzez umieszczenie wszystkich elementów w okresach rozpoczynających się od czwartego, nie w dwóch, ale w jednym wierszu.

Dwa różne systemy numerowania są używane dla grup, jak pokazano na górze tabeli. System oparty na cyfrach rzymskich (IA, IIA, IIB, IVB itp.) Tradycyjnie był popularny w Stanach Zjednoczonych. Drugi system (1, 2, 3, 4 itd.) Jest tradycyjnie stosowany w Europie i był zalecany do użytku w Stanach Zjednoczonych kilka lat temu.

Wygląd okresowych tabel na powyższych rysunkach jest nieco mylący, jak w każdej takiej opublikowanej tabeli. Powodem tego jest fakt, że dwie grupy elementów pokazane na dole tabel powinny znajdować się w ich środku. Na przykład lantanowce należą do okresu 6 między barami (56) i hafnu (72). Ponadto aktynowce należą do okresu 7 między radem (88) a rutherfordem (104). Gdyby zostały włożone do stołu, staną się zbyt szerokie, aby zmieściły się na arkuszu papieru lub na ścianie. Dlatego zwyczajowo umieszcza się te elementy u dołu stołu.