Mnoho různých věcí a předmětů, živých aneživá těla přírody nás obklopují. A všechny mají své vlastní složení, strukturu, vlastnosti. V živých věcech probíhají komplexní biochemické reakce, které doprovázejí životně důležité procesy. Neživá těla plní v přírodě a v biomase různé funkce a mají složité molekulární a atomové složení.
Ale všechny objekty planety mají společnéfunkce: skládají se z mnoha drobných strukturálních částic nazývaných atomy chemických prvků. Tak malé, že je nelze vidět pouhým okem. Co jsou chemické prvky? Jaké vlastnosti mají a jak se dozvěděli o jejich existenci? Zkusme na to přijít.
Pojem chemických prvků
V konvenčním smyslu chemické prvky -je to jen grafické znázornění atomů. Částice, které tvoří vše, co existuje ve vesmíru. To znamená, že na otázku „jaké jsou chemické prvky“ lze dát následující odpověď. Jedná se o složité malé struktury, soubor všech izotopů atomů, které jsou spojeny společným názvem a mají vlastní grafické označení (symbol).
K dnešnímu dni víme o 118 prvcích,které jsou objeveny jak v přírodních podmínkách, tak synteticky, prováděním jaderných reakcí a radioaktivních rozpadů jader jiných atomů. Každý z nich má soubor charakteristik, jeho umístění v obecném systému, historii objevů a jména a také hraje určitou roli v povaze a životě živých bytostí. Chemická věda se zabývá studiem těchto vlastností. Chemické prvky jsou základem pro konstrukci molekul, jednoduchých a složitých sloučenin, a tedy i chemických interakcí.
Historie objevu
Samotné chápání toho, co chemikálieprvky přišly až v 17. století díky dílům Boylea. Byl to on, kdo poprvé hovořil o tomto konceptu a dal mu následující definici. Jedná se o nedělitelné malé jednoduché látky, které tvoří vše kolem, včetně všech složitých.
Před touto prací byly dominantní názory alchymistů, kteří uznávali teorii čtyř prvků - Empidokla a Aristotela, a také objevili „hořlavé principy“ (síra) a „kovové principy“ (rtuť).
Rozšířené bylo téměř celé 18. stoletízcela mylná flogistonová teorie. Už na konci tohoto období však Antoine Laurent Lavoisier dokazuje, že je neudržitelný. Opakuje Boyleovu formulaci, ale zároveň ji doplňuje prvním pokusem o systematizaci všech v té době známých prvků a rozdělil je do čtyř skupin: kovy, radikály, země, nekovy.
Další velký krok k pochopení toho, co jechemické prvky, dělá Dalton. Patří mu zásluha objevení atomové hmotnosti. Na základě toho distribuuje některé ze známých chemických prvků podle rostoucí atomové hmotnosti.
Stabilní intenzivní rozvoj vědy a technikyumožňuje provést řadu objevů nových prvků ve složení přírodních těl. Proto do roku 1869 - v době velkého stvoření D. I. Mendělejeva - si věda uvědomila existenci 63 prvků. Práce ruského vědce se stala první úplnou a trvale zakořeněnou klasifikací těchto částic.
Struktura chemických prvků v té doběnebyla stanovena. Věřilo se, že atom je nedělitelný, že je nejmenší jednotkou. Objevem fenoménu radioaktivity bylo prokázáno, že je rozdělen na strukturální části. Prakticky každý v tomto případě existuje ve formě několika přírodních izotopů (podobných částic, ale s jiným počtem neutronových struktur, které mění atomovou hmotnost). Do poloviny minulého století tedy bylo možné dosáhnout pořádku v definici pojmu chemický prvek.
Systém chemických prvků Mendělejeva
Vědec na základě rozdílu v atomové hmotnostia dokázal brilantně uspořádat všechny známé chemické prvky ve vzestupném pořadí. Celá hloubka a genialita jeho vědeckého myšlení a předvídavosti však spočívala v tom, že Mendělejev nechal ve svém systému prázdná místa, otevřené buňky pro dosud neznámé prvky, které se podle vědce v budoucnosti otevřou.
A všechno dopadlo přesně tak, jak řekl.Chemické prvky Mendělejeva časem zaplnily všechny prázdné buňky. Každá struktura předpovězená vědci byla objevena. A nyní můžeme bezpečně říci, že systém chemických prvků je reprezentován 118 jednotkami. Je pravda, že poslední tři objevy ještě nebyly oficiálně potvrzeny.
Samotný systém chemických prvkůgraficky zobrazeno v tabulce, ve které jsou prvky uspořádány podle hierarchie jejich vlastností, jaderných nábojů a strukturálních vlastností elektronických obalů jejich atomů. Existují tedy období (7 kusů) - vodorovné řady, skupiny (8 kusů) - svislé, podskupiny (hlavní a vedlejší v každé skupině). Nejčastěji se dvě řady rodin - lanthanoidy a aktinidy - odebírají odděleně do spodních vrstev stolu.
Periodická tabulka Mendělejeva obsahuje všechny potřebné informace o chemických prvcích (sériové číslo, hmotnostní číslo, název, někdy poslední vrstvy elektronické struktury).
Názvy položek
K tomu je přiznáno právo uvést jménoosoba, která objevila tento chemický prvek. Mnoho z nich je pojmenováno po planetách (uran, plutonium, neptunium). Ostatní byli pojmenováni po velkých vědcích (Mendelevium, Rutherfordium, Copernicus a další).
Prvky jsou často pojmenovány podle měst a zemí.(ruthenium, germanium, dubnium, francium, europium a další). I mýtičtí hrdinové (promethium) slouží jako poselství. Je také běžným jevem, když je konkrétní název uveden podle vlastností, které se projevují jednoduchými a složitými látkami daného prvku (vodík, kyslík, uhlík).
Jména jsou psána latinsky, ale našímV zemi existuje také jejich ruský překlad s pevnými výslovnostmi. Symbolem každého prvku je první písmeno latinského slova nebo první a následující. Příklad: vápník (Ca) - vápník, bór (B) - bor.
Charakterizace atomů chemických prvků
Každý zástupce periodického systému májeho rysy jak ve struktuře, tak v projevených vlastnostech. Charakteristika chemického prvku se skládá z analýzy složení jeho jaderných a elektronických vrstev, jakož i ze stanovení jednoduché látky, kterou tvoří, a komplexních sloučenin.
Složení jádra atomů chemických prvků zahrnuje několik částic - nukleonů:
- protony, které určují jeho kladný náboj (str+1), stejně jako část atomové hmotnosti;
- neutrony ovlivňující hmotnostní číslo prvku bez náboje (č0).
Dalším typem částic jsou elektrony. Pohybují se kolem jádra a mají záporný náboj (např-1). Jejich orientace není chaotická, ale přísně uspořádaná. Jsou umístěny na orbitálech (s, p, d af), které tvoří podúrovně a úrovně (elektronové vrstvy).
Atomová hmotnost prvku je součtem protonů aneutrony, jejichž agregát se nazývá „hmotnostní číslo“. Počet protonů se určuje velmi jednoduše - je roven pořadovému číslu prvku v systému. A protože atom jako celek je elektricky neutrální systém, to znamená, že nemá vůbec žádný náboj, počet negativních elektronů se vždy rovná počtu pozitivních částic protonů.
Charakteristiky chemické látkyprvek může být dán jeho polohou v periodické tabulce. V buňce je ostatně popsáno téměř vše: pořadové číslo, což znamená elektrony a protony, atomová hmotnost (průměrná hodnota všech existujících izotopů daného prvku). Je vidět, v jakém období se struktura nachází (což znamená, že elektrony budou umístěny na tolika vrstvách). Můžete také předpovídat počet negativních částic na poslední energetické úrovni pro prvky hlavních podskupin - rovná se počtu skupiny, ve které se prvek nachází.
Počet neutronů lze vypočítat, pokudodečíst protony od hmotnostního čísla, tj. sériového čísla. Pro každý chemický prvek je tedy možné získat a vypracovat celý elektronicko-grafický vzorec, který bude přesně odrážet jeho strukturu a ukazovat možné projevené oxidační stavy a vlastnosti.
Distribuce prvků v přírodě
Studiem tohoto problému se zabývá celá věda -kosmochemie. Data ukazují, že distribuce prvků na naší planetě opakuje ve vesmíru stejné vzorce. Hlavním zdrojem jader pro lehké, těžké a střední atomy jsou jaderné reakce probíhající ve vnitřcích hvězd - nukleosyntéza. Díky těmto procesům dodaly Vesmír a vesmír naší planetě všechny dostupné chemické prvky.
Celkem ze známých 118 zástupců vLidé objevili 89 přírodních zdrojů. Toto jsou základní a nejhojnější atomy. Chemické prvky byly také syntetizovány uměle bombardováním jader neutrony (nukleosyntéza v laboratorních podmínkách).
Nejpočetnější jsou považovány za jednoduché látky prvků, jako je dusík, kyslík, vodík. Uhlík je součástí všech organických látek, což znamená, že také zaujímá vedoucí postavení.
Klasifikace podle elektronické struktury atomů
Jedna z nejběžnějších klasifikací ze všechchemické prvky systému jsou jejich distribucí založenou na elektronické struktuře. Podle toho, kolik energetických hladin je obsaženo ve skořápce atomu a která z nich obsahuje poslední valenční elektrony, lze rozlišit čtyři skupiny prvků.
S-prvky
To jsou ty, ve kterých je vyplněn poslednís-orbitální. Tato skupina zahrnuje prvky první skupiny hlavní podskupiny (nebo alkalické kovy). Pouze jeden elektron na vnější úrovni určuje podobné vlastnosti těchto zástupců jako silná redukční činidla.
P-prvky
Pouze 30 kusů.Valenční elektrony jsou umístěny na podúrovni p. To jsou prvky, které tvoří hlavní podskupiny od třetí do osmé skupiny, patřící do 3,4,5,6 období. Mezi nimi jsou podle jejich vlastností jak kovy, tak typické nekovové prvky.
d-prvky a f-prvky
Jedná se o přechodné kovy od 4. do 7. velkého období.K dispozici je celkem 32 prvků. Jednoduché látky mohou vykazovat kyselé i zásadité vlastnosti (oxidují a redukují). Také amfoterní, tedy dvojí.
Rodina f zahrnuje lanthanoidy a aktinidy, ve kterých jsou poslední elektrony umístěny ve f-orbitálech.
Látky tvořené prvky: jednoduché
Všechny třídy chemických prvků jsou také schopnéexistují jako jednoduchá nebo složitá spojení. Považuje se tedy za jednoduché, že ty, které jsou vytvořeny ze stejné struktury v různých množstvích. Například Oh2 - kyslík nebo dioxygen a O3 - ozón. Tento jev se nazývá alotropie.
Jednoduché chemické prvky, které se tvořísloučeniny stejného jména jsou charakteristické pro každého zástupce periodické soustavy. Ale ne všichni jsou stejní, pokud jde o jejich vlastnosti. Existují tedy jednoduché látky kovy a nekovy. První tvoří hlavní podskupiny s 1-3 skupinami a všechny sekundární podskupiny v tabulce. Nekovy naopak tvoří hlavní podskupiny 4-7 skupin. Osmá hlavní obsahuje speciální prvky - vzácné nebo inertní plyny.
Ze všech dosud objevených jednoduchých prvků je za normálních podmínek známo 11 plynů, 2 kapalné látky (brom a rtuť), všechny ostatní jsou pevné.
Složitá spojení
Je obvyklé zahrnout vše, co se skládá zze dvou nebo více chemických prvků. Existuje mnoho příkladů, protože je známo více než 2 miliony chemických sloučenin! Jsou to soli, oxidy, zásady a kyseliny, komplexní komplexní sloučeniny, všechny organické látky.
