Что такое химический элемент? Атомы. Химические элементы Характеристикой которая определяет вид химического элемента является

Все элементы периодической системы подразделяются на четыре типа:

1. У атомов s–элементов заполняются s–оболочки внешнего слоя (n). К s–элементам относятся водород, гелий и первые два элемента каждого периода.

2. У атомов р–элементов электронами заполняются р–оболочки внешнего уровня (np). К р-элементам относятся последние 6 элементов каждого периода (кроме первого).

3. У d–элементов заполняется электронами d–оболочка второго снаружи уровня (n–1)d. Это элементы вставных декад больших периодов, расположенных между s– и p–элементами.

4. У f–элементов заполняется электронами f–подуровень третьего снаружи уровня (n–2)f. К семейству f–элементов относятся лантаноиды и актиноиды.

Из рассмотрения электронной структуры невозбужденных атомов в зависимости от порядкового номера элемента следует:

1. Число энергетических уровней (электронных слоев) атома любого элемента равно номеру периода, в котором находится элемент. Значит, s–элементы находятся во всех периодах, р–элементы – во втором и последующих, d–элементы – в четвертом и последующих и f–элементы – в шестом и седьмом периодах.

2. Номер периода совпадает с главным квантовым числом внешних электронов атома.

3. s– и p–элементы образуют главные подгруппы, d–элементы – побочные подгруппы, f–элементы образуют семейства лантаноидов и актиноидов. Таким образом, подгруппа включает элементы, атомы которых обычно имеют сходное строение не только внешнего, но и предвнешнего слоя (за исключением элементов, в которых имеет место «провал» электрона).

4. Номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей. В этом состоит физический смысл номера группы. У элементов побочных подгрупп валентными являются электроны не только внешних, но и предпоследних оболочек. Это является основным различием в свойствах элементов главных и побочных подгрупп.

5. Элементы с валентными d– или f–электронами называются переходными.

6. Номер группы, как правило, равен высшей положительной степени окисления элементов, проявляемой ими в соединениях. Исключением является фтор – его степень окисления равна –1; из элементов VIII группы только для Os, Ru и Xe известна степень окисления +8.

Химическая связь и типы взаимодействия молекул

Химическая связь – это взаимодействие атомов, обусловленное перекрыванием их электронных облаков и сопровождающееся уменьшением полной энергии системы.

В зависимости от характера распределения электронной плотности между взаимодействующими атомами различают три основных типа химической связи: ковалентную, ионную и металлическую.

Основные характеристики связи:

Энергия связи (Е, кДж/моль) – количество энергии, выделяющееся при образовании химической связи. Чем больше энергия связи, тем устойчивее молекулы.

Длина связи – расстояние между ядрами химически связанных атомов.

Кратность связи – определяется количеством электронных пар, связывающих два атома. С увеличением кратности связи длина связи уменьшается, а прочность ее возрастает.

Валентный угол – угол между воображаемыми линиями, которые можно провести через ядра связанных атомов. Валентный угол определяет геометрию молекул.

Дипольный момент возникает, если связь образована между атомами элементов с разной электроотрицательностью и служит мерой полярности молекулы.

Ковалентная связь

Ковалентная связь образуется путем обобществления пары электронов двумя атомами. Особенностями ковалентной химической связи являются ее направленность и насыщаемость. Направленность обусловлена тем, что атомные орбитали имеют определенную конфигурацию и расположение в пространстве. Перекрывание орбиталей при образовании связи осуществляется по соответствующим направлениям. Насыщаемость обусловлена ограниченными валентными возможностями атомов.

Различают ковалентную полярную и неполярную связь. Ковалентная неполярная связь образуется между атомами с одинаковой электроотрицательностью; обобществленные электроны равномерно распределены между ядрами взаимодействующих атомов. Ковалентная полярная связь образуется между атомами с различной электроотрицательностью; общие электронные пары смещены в сторону более электроотрицательного элемента.

Возможны два механизма образования ковалентной связи: 1) спаривание электронов двух атомов при условии противоположной ориентации их спинов (обменный механизм); 2) донорно-акцепторное взаимодействие, при котором общей становится электронная пара одного из атомов (донора) при наличии энергетически выгодной свободной орбитали другого атома (акцептора).

Часто в образовании связи участвуют электроны разных подуровней, а, следовательно, орбитали разных конфигураций. В этом случае может происходить гибридизация (смешение) электронных облаков (орбиталей). Образуются новые, гибридные облака с одинаковой формой и энергией. Число гибридных орбиталей равно числу исходных. В гибридной атомной орбитали (АО) электронная плотность смещается в одну сторону от ядра, поэтому при взаимодействии ее с АО другого атома происходит максимальное перекрывание, приводящее к повышению энергии связи. Гибридизация АО определяет пространственную конфигурацию молекул.

Так, при смешении одной s-орбитали и одной p-орбитали, образуются две гибридные орбитали, угол между которыми = 180 о, такой тип гибридизации называется sp-гибридизацией . Молекулы, в которых осуществляется sp-гибридизация, имеют линейную геометрию (C 2 H 2 , BeF 2).

При смешении одной s и двух p-орбиталей образуются 3 гибридные орбитали, угол между которыми = 120 о. Такой тип гибридизации называется sp 2 -гибридизацией , ему соответствует образование плоской треугольной молекулы (BF 3 , C 2 H 4).

При смешении одной s и трех p-орбиталей образуются четыре sp 3 -гибридные орбитали , угол между которыми = 109 о 28". Форма такой молекулы является тетраэдрической. Примеры таких молекул: CCl 4 , CH 4 , GeCl 4 .

При определении типа гибридизации необходимо также учитывать неподеленные электронные пары элемента. Например, кислород в молекуле воды (Н 2 О) имеет sp 3 -гибридизацию (4 гибридных орбитали), а химическая связь с атомами водорода образована двумя электронными парами.

Возможны также более сложные виды гибридизации с участием d и f-орбиталей атомов.

Ионная связь

Ионная связь представляет собой электростатическое взаимодействие отрицательно и положительно заряженных ионов в химическом соединении. Ее можно рассматривать как предельный случай ковалентной полярной связи. Такая связь возникает лишь в случае большой разности электроотрицательностей взаимодействующих атомов, например между катионами s-металлов I и II групп периодической системы и анионами неметаллов VI и VII групп (LiF, CsCl, KBr и др.).

Так как электростатическое поле иона имеет сферическую симметрию, то ионная связь не обладает направленностью. Ей также не свойственна насыщаемость. Все ионные соединения в твердом состоянии образуют ионные кристаллические решетки, в узлах которых каждый ион окружен несколькими ионами противоположного знака. Чисто ионной связи не существует. Можно говорить лишь о доле ионности связи.

Металлическая связь

В отличие от ковалентных и ионных соединений, в металлах небольшое число электронов одновременно связывает большое число ядерных центров, а сами электроны могут перемещаться в металле. Таким образом, в металлах имеет место сильно нелокализованная химическая связь.

Биогенные элементы

Элементы, необходимые организму для построения и жизнедеятельности клеток и органов, называют биогенными элементами.

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.

В химических реакциях происходят превращения одних веществ в другие. Чтобы понять, как это происходит, нужно вспомнить из курса природоведения и физики, что вещества состоят из атомов. Существует ограниченное число видов атомов. Атомы могут различным образом соединяться друг с другом. Как при складывании букв алфавита образуются сотни тысяч разных слов, так из одних и тех же атомов образуются молекулы или кристаллы разных веществ. Атомы могут образовать молекулы – мельчайшие частицы вещества, которые сохраняют его свойства. Известно, например, несколько веществ, образованных всего из двух видов атомов – атомов кислорода и атомов водорода, но разными видами молекул. К числу таких веществ относятся вода, водород и кислород. Молекула воды состоит из трех частиц, связанных друг с другом. Это и есть атомы. К атому кислорода (атомы кислорода обозначаются в химии буквой О) присоединены два атома водорода (они обозначаются буквой Н). Молекула кислорода состоит из двух атомов кислорода; молекула водорода – из двух атомов водорода. Молекулы могут образовываться в ходе химических превращений, а могут и распадаться. Так, каждая молекула воды распадается на два атома водорода и один атом кислорода. Две молекулы воды образуют вдвое больше атомов водорода и кислорода. Одинаковые атомы связываются попарно в молекулы новых веществ – водород и кислород. Молекулы, таким образом, разрушаются, а атомы сохраняются. Отсюда и произошло слово «атом», что значит в переводе с древнегреческого «неделимый». Атомы – это мельчайшие химически неделимые частицы вещества В химических превращениях образуются другие вещества из тех же атомов, из которых состояли исходные вещества. Как микробы стали доступны наблюдению с изобретением микроскопа, так атомы и молекулы – с изобретением приборов, дающих еще большее увеличение и даже позволяющих атомы и молекулы фотографировать. На таких фотографиях атомы выглядят в виде расплывчатых пятен, а молекулы – в виде сочетания таких пятен. Однако существуют и такие явления, при которых атомы делятся, атомы одного вида превращаются в атомы других видов. При этом получены искусственно и такие атомы, которые в природе не найдены. Но эти явления изучаются не химией, а другой наукой – ядерной физикой. Как уже говорилось, существуют и другие вещества, в состав которых входят атомы водорода и кислорода. Но, независимо от того, входят эти атомы в состав молекул воды, или в состав других веществ – это атомы одного и того же химического элемента. Химический элемент – определенный вид атомов Сколько всего существует видов атомов? На сегодняшний день человеку достоверно известно о существовании 118 видов атомов, то есть 118 химических элементов. Из них в природе встречаются 90 видов атомов, остальные получены искусственно в лабораториях.

Символы химических элементов

В химии для обозначения химических элементов используют химическую символику. Это язык химии . Для понимания речи на любом языке необходимо знать буквы, в химии точно так же. Чтобы понимать и описывать свойства веществ, и изменения, происходящие с ними, прежде всего, необходимо знать символы химических элементов. В эпоху алхимии химических элементов было известно намного меньше, чем сейчас. Алхимики отождествляли их с планетами, различными животными, античными божествами. В настоящее время во всем мире пользуются системой обозначений, введенной шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом. В его системе химические элементы обозначают начальной или одной из последующих букв латинского названия данного элемента. Например, элемент серебро обозначается символом – Ag (лат. Argentum). Ниже приведены символы, произношения символов, и названия наиболее распространенных химических элементов. Их нужно заучить на память!

Русский химик Дмитрий Иванович Менделеев первым упорядочил разнообразие химических элементов, и на основании открытого им Периодического Закона составил Периодическую Систему химических элементов. Как устроена Периодическая Система химических элементов? На рисунке 58 изображен короткопериодный вариант Периодической Системы. Периодическая Система состоит из вертикальных столбцов и горизонтальных строк. Горизонтальные строки называются периодами. На сегодняшний день все известные элементы размещаются в семи периодах. Периоды обозначают арабскими цифрами от 1 до 7. Периоды 1–3 состоят из одного ряда элементов – их называют малыми. Периоды 4–7 состоят из двух рядов элементов, их называют большими. Вертикальные столбцы Периодической Системы называют группами элементов. Всего групп восемь, и для их обозначения используют римские цифры от I до VIII. Выделяют главные и побочные подгруппы. Периодическая Система – универсальный справочник химика, с ее помощью можно получить информацию о химических элементах. Существует еще один вид Периодической Системы – длиннопериодный. В длиннопериодной форме Периодической Системы элементы сгруппированы иначе, и распределены на 18 групп. В данном варианте Периодической Системы элементы сгруппированы по «семействам», то есть в каждой группе элементов расположены элементы со сходными, похожими свойствами. В данном варианте Периодической Системы , номера групп, как и периодов, обозначают арабскими цифрами. Периодическая Система химических элементов Д.И. Менделеева Характеристики элемента в Периодической Системе

Распространенность химических элементов в природе

Атомы элементов, встречающихся в природе, распределенные в ней очень неравномерно. В космосе самым распространенным элементом является водород – первый элемент Периодической Системы. На его долю приходится около 93% всех атомов Вселенной. Около 6,9% составляют атомы гелия – второго элемента Периодической Системы. Остальные 0,1% приходится на все остальные элементы. Распространенность химических элементов в земной коре значительно отличается от их распространенности во Вселенной. В земной коре больше всего атомов кислорода и кремния. Вместе с алюминием и железом они формируют основные соединения земной коры. А железо и никель – основные элементы, из которых состоит ядро нашей планеты. Живые организмы также состоят из атомов различных химических элементов. В организме человека больше всего содержится атомов углерода, водорода, кислорода и азота.

Делаем выводы из статьи про Химические элементы.

• Химический элемент – определенный вид атомов
• На сегодняшний день человеку достоверно известно о существовании 118 видов атомов, то есть 118 химических элементов. Из них в природе встречаются 90 видов атомов, остальные – получены искусственно в лабораториях
• Существует два варианта Периодической Системы химических элементов Д.И. Менделеева – короткопериодный и длиннопериодный
• Современная химическая символика образована от латинских названий химических элементов
• Периоды – горизонтальные строки Периодической Системы. Периоды разделяют на малые и большие
• Группы – вертикальные строки периодической таблицы. Группы разделяют на главные и побочные

]]>

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"

Залесов Александр Кириллович

Химический элемент - элемент elementum - стихия, самостоятельная часть, являющаяся основой чего-либо, например системы или множества.

Химический элемент -этимология

Латинское слово elementum использовали ещё античные авторы (Цицерон, Овидий, Гораций), причём почти в том же смысле, что и сейчас - как часть чего-то (речи, образования и т. п.).

Древнее изречение гласило: «Cлова состоят из букв, тела из элементов». Отсюда - одно из возможных происхождений этого слова - по названию ряда согласных латинских букв L, M, N (el-em-en).

Михаил Васильевич Ломоносов элементами называл атомы.

Химический элемент - множество атомов с одинаковым зарядом ядра, числом протонов, совпадающим с порядковым или атомным номером в таблице Менделеева. Каждый химический элемент имеет свои название и символ, которые приводятся в Периодической системе элементов Дмитрия Ивановича Менделеева.

Формой существования химических элементов в свободном виде являются простые вещества (одноэлементные)

История становления понятия
Слово элемент (лат. elementum) использовалось еще в античности (Цицероном, Овидием, Горацием) как часть чего-то (элемент речи, элемент образования и т. п.). В древности было распространено изречение «Как слова состоят из букв, так и тела - из элементов». Отсюда - вероятное происхождение этого слова: по названию ряда согласных букв в латинском алфавите: l, m, n, t («el» - «em» - «en» - «tum»).

На международном съезде химиков в г. Карлсруе (Германия) в 1860 г. были приняты определения понятий молекулы и атома.

Химический элемент (с точки зрения атомно-молекулярного учения) представляет собой каждый отдельный вид атомов. Современное определение химического элемента: Химический элемент - каждый отдельный вид атомов, характеризующийся определенным положительным зарядом ядра кикос

Известные химические элементы
На ноябрь 2009 года известно 117 химических элементов,

(с порядковыми номерами с 1 по 116 и 118), из них 94 обнаружены в природе (некоторые - лишь в следовых количествах), остальные 23 получены искусственно в результате ядерных реакций.

Первые 112 элементов имеют постоянные названия, остальные - временные.
Открытие 112-го элемента (самый тяжелый из официальных) признано Международным союзом теоретической и прикладной химии (en:International Union for Pure and Applied Chemistry). Самый стабильный из известных изотопов данного элемента имеет период полураспада 34 секунды. На начало июня 2009 года носит неофициальное имя унунбий, был впервые синтезирован в феврале 1996 года на ускорителе тяжелых ионов в Институте тяжелых ионов (Gesellschaft für Schwerionenforschung, GSI) в Дармштадте, Германия (в результате бомбардировки свинцовой мишени ядрами цинка). Первооткрыватели имеют полгода, чтобы предложить новое официальное название для добавления в таблицу (ими уже предлагались Виксхаузий, Гельмгольций, Венусий, Фриший, Штрассманий и Гейзенбергий). В настоящее время известны трансурановые элементы с номерами 113-116 и 118, полученные в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, однако они официально пока не признаны.

Символы химических элементов

Символ элемента обозначает
- Название элемента
- Один атом элемента
- Один моль атомов этого элемента

Символы химических элементов используются как сокращения для названия элементов. В качестве символа обычно берут начальную букву названия элемента и в случае необходимости добавляют следующую или одну из следующих. Обычно это начальные буквы латинских названий элементов: Cu - медь (cuprum), Ag - серебро (argentum), Fe - железо (ferrum), Au - золото (aurum), Hg - ртуть (hydrargirum).

С помощью цифры, стоящей впереди символа элемента, можно обозначить число атомов или молей атомов данного элемента. Примеры:

- 5H - пять атомов элемента водорода, пять моль атомов элемента водорода
- 3S - три атома элемента серы, три моль атомов серы

Цифрами меньшего размера возле символа элемента обозначаются: слева вверху - атомная масса, слева внизу - порядковый номер, справа вверху - заряд иона, справа внизу - число атомов в молекуле

Примеры:
- H2 - молекула водорода, состоящая из двух атомов водорода
- Cu2 + - ион меди с зарядом 2+
- {}^{12}_6C - атом углерода с зарядом ядра, равным 6 и атомной массой, равной 12.

История
Система химических символов была предложена в 1811г. шведским химиком Я. Берцелиусом. Временные символы элементов состоят из трёх букв, представляющих аббревиатуру их атомного номера на латыни. Символика химических элементов выявляет не только качественный состав химических соединений, но и количественный, так как за символом каждого элемента скрывается присущий только ему заряд атомного ядра, определяющий количество электронов в атомной оболочке нейтрального атома и, таким образом, его химические свойства. Атомная масса также считалась ранее (в 19-м - начале 20-го века) характерным свойством, количественно определяющим химический элемент, однако с открытием изотопов стало ясно, что различные совокупности атомов одного и того же элемента могут иметь различающиеся атомные массы; так, радиогенный гелий, выделенный из урановых минералов, в связи с преобладанием изотопа 4He имеет атомную массу больше, чем гелий космических лучей.

Химический элемент:

1 - обозначение химического элемента.
2 - русское название.
3 - порядковый номер химического элемента, равный количеству протонов в атоме.
4 - атомная масса.
5 - распределение электронов по энергетическим уровням.
6 - электронная конфигурация.

Распространённость химических элементов в природе:
Из всех химических элементов в природе найдено 88; такие элементы, как технеций Tc (порядковый номер 43), прометий Pm (61), астат At (85) и франций Fr (87), а также все элементы, следующие за ураном U(порядковый номер 92), впервые получены искусственно. Некоторые из них в исчезающе малых количествах обнаружены в природе.

Из химических элементов наиболее распространены в земной коре кислород и кремний. Эти элементы вместе с элементами алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний, водород и титан составляют более 99% массы земной оболочки, так что на остальные элементы приходится менее 1%. В морской воде, помимо кислорода и водорода - составных частей самой воды, высокое содержание имеют такие элементы, как хлор, натрий, магний, сера, калий, бром и углерод. Массовое содержание элемента в земной коре называется кларковым числом или кларком элемента.

Содержание элементов в коре Земли отличается от содержания элементов в Земле, взятой как целое, поскольку химсоставы коры, мантии и ядра Земли различны. Так, ядро состоит в основном из железа и никеля. В свою очередь, содержания элементов в Солнечной системе и в целом во Вселенной также отличаются от земных. Наиболее распространённым элементом во Вселенной является водород, за ним идёт гелий. Исследование относительных распространённостей химических элементов и их изотопов в космосе является важным источником информации о процессах нуклеосинтеза и об эволюции Солнечной системы и небесных тел.

Химические вещества
Химическое вещество может состоять как из одного химического элемента (простое вещество), так и из разных (сложное вещество или химическое соединение). Способность одного элемента существовать в виде различных простых веществ, отличающихся по свойствам, называется аллотропией.

Агрегатное состояние
В обычных условиях соответствующие простые вещества для 11 элементов являются газами (H, He, N, O, F, Ne, Cl, Ar, Kr, Xe, Rn), для 2 - жидкостями (Br, Hg), для остальных элементов - твёрдыми телами. Химические элементы образуют около 500 простых веществ.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Химические элементы в живых организмах

Все живые существа состоят из химических элементов. Необходимо знать, какие элементы важны для здоровья растений, животных и человека, а какие вредны и в каком количестве. Введение

Начнём с тех химических элементов, без которых жизнь на Земле была бы невозможна. Водород, кислород, и их соединение - вода. Основы

Является структурной единицей органических соединений, участвующий в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности. Водород (Hydrogenium)

Водород был открыт англичанином Х. Кавендишем в 1766 году. Своё название он получил от греч. Слов хидор – вода и генес – род. Водород (Hydrogenium) Х. Кавендиш

Кислород – биоэлемент. В атмосфере его всего 21%. В живых организмах кислорода около 70%. Кислород (Oxygenium)

Кислород необходим для дыхания всех живых организмов, он главный участник окислительно-восстановительных реакций. Также участвует в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности. Кислород (Oxygenium)

Участвует в процессах фотосинтеза и дыхания. Весь кислород возник благодаря деятельности зелёных растений, которые выделяют кислород в процессе фотосинтеза на свету. Кислород в жизни растений Фотосинтез

Большинство живых организмов используют кислород для дыхания и поэтому являются аэробными организмами. Но каждому нужно разное количество кислорода. К примеру, для разных пород рыб нужно разное количества кислорода в воде. Кому-то 4мг/мл, а кому-то намного больше. Кислород в жизни животных

На долю кислорода приходится 62% от массы тела человека. Кислород входит в состав белков, нуклеиновых кислот и др. Окисление пищи – источник энергии. Кислород доставляется гемоглобином, который образует соединение – оксигемоглобин. Оно окисляет белки, жиры и углеводы, образуя углекислый газ и воду, и выделяя энергию, необходимую для жизнедеятельности. Кислород в жизни человека Гемоглобин

Аллотропное видоизменение кислорода – озон. Это газ, образующийся во время грозы из молекул кислорода. На высоте 15-20 км. над Землёй, озон образует слой, защищающий от ультрафиолетовых лучей. Использую озон для обеззараживания и дезинфекции. Озон Земля и озоновый слой

Основным соединением водорода и кислорода является вода. Растения на 70-80% состоят из воды. Совокупность процессов поглощения, усвоения и выделения воды, называется водным режимом. Вода (Aqua) Молекула воды

Вода выполняет множество функций: является средой для биохимических реакций, участвует в фотосинтезе, определяет функциональную активность ферментов и структурных белков клеточных мембран и органоидов. Вода (Aqua) в жизни растений

В процессе эволюции растения приобрели различные адаптации, связанные с регуляцией водного режима в конкретных условиях обитания. По этим признакам их относят к разным экологическим группам. Вода (Aqua) в жизни растений

Жизнедеятельность многих бактерий проходит во влажной среде. В почве широко распространены водородные бактерии, которые в процессе хемосинтеза окисляют водород, постоянно образующийся при анаэробном разложении различных органических остатков микроорганизмами почвы. Вода (Aqua) в жизни бактерий 2 H 2 +O 2 =2H 2 O+ энергия

Вода с растворёнными в ней минеральными веществами включается в водно-солевой обмен – совокупность процессов потребления, всасывания и выделения воды и солей. Вода (Aqua) в жизни животных и человека Водно-солевой обмен обеспечивает постоянство ионного состава, кислотно-щелочного равновесия и объёма жидкостей внутренней среды организма

Кроме обычной воды, существует метаболическая вода, которая образуется в процессе обмена веществ. Она необходима для нормального развития зародыша. У верблюдов вода образуется в процессе окисления жиров. Из 100 грамм – 107 мл. воды. Вода (Aqua) в жизни животных и человека Верблюды в пустыне. В горбах – метаболическая вода.

Роль воды в жизни живых организмов огромна. Если человек потеряет 50% массы в результате голодания, он может остаться в живых, но если потеряет 15-20% массы в результате обезвоживания – он умрёт. Вода (Aqua) в жизни животных и человека

Следующая группа химических элементов также очень важна для жизни. Человек должен употреблять их не менее 400 мг в день. А такие вещества как Na и K – 3000 мг день. Ca, P, Na, K, Mg

Кальций был открыт Х. Дэви в 1808 году. Название происходит от лат. калцис (камень, известняк). Суточное поступления кальция в организм составляет 800-1500 мг. Кальций (Calcium) Х. Дэви

В организме животного, кальция – 1,9-2,5%. Кальций – материал для постройки костных скелетов. Карбонат кальция CaCO 3 входит в состав кораллов, раковин, панцирей и скелетов микроорганизмов. Роль кальция в жизни животных Раковина

В организме человека 98-99% кальция содержится в костях. Кальций необходим для процессов кроветворения и свёртывания крови, для регуляции работы сердца, обмена веществ, для нормального роста костей (скелет, зубы). Роль кальция в жизни человека

Кальций находится в кисломолочных продуктах, в овощах, фруктах, миндале, злаках… Но больше всего кальция содержится в сырах. Где находится кальций?

CaCo 3 – кальцит, мел и др. Ca 3 (PO 4) 2 – костная мука Ca(NO 3) 2 – кальц. селитра CaO – негашеная известь Ca(OH) 2 -известковая вода CaOCl 2 – хлорка Соединения кальция Кальцит

Фосфор входит в состав важнейших веществ клеток: ДНК, РНК, фосфолипидов, глицерина и АТФ. Открыт фосфор Х. Брандом в 1669 г. Фосфор (Р) Бранд открывает фосфор. Картина Дж. Райта

Фосфор составляет 0,1-0,7% от массы растения. Фосфор ускоряет созревание плодов, поэтому удобрения из фосфора активно применяют в сельском хозяйстве. Фосфор в жизни растений

При недостатке фосфора замедляется обмен веществ, корни слабеют, листья принимают пурпурный цвет… Фосфор в жизни растений

В организме человека содержится 4,5 кг фосфора. Фосфор входит в состав липидов, ДНК, РНК, АТФ. Почти все важнейшие процессы человека связаны с превращением фосфорсодержащих веществ. Фосфор в жизни человека Молекула ДНК

Для организма, фосфора необходимо в двое больше, чем кальция. Но кальций и фосфор не могут друг без друга. Фосфор, также как и кальций, является составной частью костной ткани. Если баланс фосфора и кальция нарушается, то организм для выживания должен будет брать запасы из костей и зубов. Фосфор в жизни человека Суточная норма потребления фосфора 1000-1300 мг.

В активно работающих органах – печени, мышцах, мозге – наиболее интенсивно расходуется АТФ. АТФ – это энергия, и одну из главных ролей в этом нуклеотиде играет фосфор. Поэтому А.Е. Ферсман назвал фосфор «элементом жизни и мысли». Фосфор в жизни человека Молекула АТФ

Белый фосфор окисляется на воздухе, давая зелёное свечение. Очень ядовит. Используется в производстве серной кислоты и красного фосфора. Белый фосфор

Порошок, не ядовит, не горюч. Используется в качестве наполнителя в лампах накаливания и при производстве спичек. Красный фосфор

Натрий важен для транспорта веществ через клеточные мембраны. Также натрий регулирует транспорт углерода в растении. При его недостатке происходит торможение в образовании хлорофилла. Натрий в жизни растений

Натрий распределён по всему организму. 40% натрия находится в костной ткани, часть в эритроцитах, мышцах и др. Натрий в жизни человека Суточная норма потребления натрия – - 4000-6000 мг.

Натрий входит в состав натрий-калиевого насоса, особого белка, выкачивающего из клетки ионы натрия и накачивающий ионы калия, тем самым обеспечивая активный транспорт вещей в клетку. Натрий в жизни человека

Натрий поддерживает кислотно-щелочной баланс в организме, регулирует кровяное давление, синтез белков и многое другое. Недостаток натрия приводит к головным болям, слабости, потере аппетита. Натрий в жизни человека Поваренная соль – один из главных источников натрия.

Роль калия в жизни растений велика. Калий содержится в плодах, стеблях, корнях, листьях. Он активирует синтез органических веществ, регулирует транспорт углерода, влияет на азотный обмен и водный баланс. Калий в жизни растений

При недостатке калия в клетках накапливается избыток аммиака, что может привести к гибели растения. Признак нехватки элемента – жёлтые листья. Калий в жизни растений

Калий входит в состав натрий-калиевого насоса. В организме человека, массой 70 кг, содержится 140 грамм калия. Взрослый человек должен потреблять в сутки 2-3 мг на 1 кг веса, а ребёнок – 12-13 мг на 1 кг веса. Недостаток калия ведёт заболеванию глаз, плохой памяти, пародонтозу. Калий в жизни человека

KOH – едкий калий KCl - сильвин K2SO4 - арканит KAL(SO4)2*12H2O – - алюмокалиевые квасцы Основные соединения калия

Магний участвует в аккумуляции солнечной энергии, он входит в состав молекулы хлорофилла, являясь центральным атомом в молекуле. Магний в жизни растений

При дефиците магния снижается урожайность, нарушается образование хлоропластов. Листья становятся «мраморными»: бледнеют между жилками, а вдоль жилок остаются зелёными. Магний в жизни растений

При весе человека 70 кг, магния в нём содержится 20 грамм. Он оказывает антисептическое действие, снижает артериальное давление и содержание холестерина, укрепляет иммунную систему. При недостатке магния повышается предрасположенность к инфарктам. Магний в жизни человека

Мы рассмотрели несколько химических элементов и увидели, что все они важны для жизни растений, животных и человека. Многие важные элементы не были освещены в этой презентации, т.к. брались только те вещества, которые нужно употреблять человеку в достаточно большом количестве каждый день (минимум – 300мг). Итог

Над презентацией работал ученик 9 «А» класса, ГОУ СОШ №425 Залесов А.К. Используемые ресурсы: а) И.А. Шапошникова, И.В. Болгова. «Таблица Менделеева в живых организмах» б) www.wikipedia.org в) www.xumuk.ru