Muchas cosas y objetos diferentes, vivos ycuerpos inanimados de la naturaleza nos rodean. Y todos tienen su propia composición, estructura, propiedades. En los seres vivos se producen reacciones bioquímicas complejas que acompañan a los procesos vitales. Los cuerpos inanimados realizan diversas funciones en la naturaleza y la vida de la biomasa y tienen una compleja composición molecular y atómica.
Pero todos juntos los objetos del planeta tienen un comúncaracterística: constan de muchas partículas estructurales diminutas llamadas átomos de elementos químicos. Tan pequeños que no se pueden ver a simple vista. ¿Qué son los elementos químicos? ¿Qué características poseen y cómo se supo de su existencia? Intentemos resolverlo.
El concepto de elementos químicos.
En el sentido convencional, los elementos químicos -es solo una representación gráfica de átomos. Partículas que componen todo lo que existe en el Universo. Es decir, a la pregunta "qué son los elementos químicos" se le puede dar la siguiente respuesta. Se trata de pequeñas estructuras complejas, colecciones de todos los isótopos de átomos, unidos por un nombre común, que tienen su propia designación gráfica (símbolo).
Hasta la fecha se conocen 118 elementos,que se descubren tanto en condiciones naturales como sintéticas, mediante la implementación de reacciones nucleares y desintegraciones radiactivas de los núcleos de otros átomos. Cada uno de ellos tiene un conjunto de características, su ubicación en el sistema general, historia de descubrimiento y nombre, y también juega un papel determinado en la naturaleza y la vida de los seres vivos. La ciencia de la química se dedica al estudio de estas características. Los elementos químicos son la base para la construcción de moléculas, compuestos simples y complejos y, por lo tanto, interacciones químicas.
Historia del descubrimiento
La comprensión misma de qué producto químicoLos elementos llegaron solo en el siglo XVII gracias a las obras de Boyle. Fue él quien habló por primera vez de este concepto y le dio la siguiente definición. Se trata de pequeñas sustancias indivisibles y sencillas que componen todo lo que nos rodea, incluidas todas las complejas.
Antes de este trabajo, las opiniones dominantes de los alquimistas, que reconocieron la teoría de los cuatro elementos - Empidocles y Aristóteles, así como descubrieron "principios combustibles" (azufre) y "principios metálicos" (mercurio).
Casi todo el siglo XVIII estuvo muy extendidouna teoría del flogisto completamente errónea. Sin embargo, ya al final de este período, Antoine Laurent Lavoisier demuestra que es insostenible. Repite la formulación de Boyle, pero al mismo tiempo la complementa con el primer intento de sistematizar todos los elementos conocidos en ese momento, distribuyéndolos en cuatro grupos: metales, radicales, tierras, no metales.
El siguiente gran paso para comprender qué eselementos químicos, lo hace Dalton. El mérito del descubrimiento de la masa atómica le pertenece. En base a esto, distribuye algunos de los elementos químicos conocidos en orden de masa atómica creciente.
Desarrollo intensivo estable de ciencia y tecnologíale permite realizar una serie de descubrimientos de nuevos elementos en la composición de los cuerpos naturales. Por lo tanto, en 1869, la época de la gran creación de D. I. Mendeleev, la ciencia se dio cuenta de la existencia de 63 elementos. El trabajo del científico ruso se convirtió en la primera clasificación completa y permanentemente arraigada de estas partículas.
La estructura de los elementos químicos en ese momento.no ha sido establecido. Se creía que el átomo es indivisible, que es la unidad más pequeña. Con el descubrimiento del fenómeno de la radiactividad, se demostró que se divide en partes estructurales. Prácticamente todos en este caso existen en forma de varios isótopos naturales (partículas similares, pero con un número diferente de estructuras de neutrones, lo que cambia la masa atómica). Así, a mediados del siglo pasado, fue posible lograr un orden en la definición del concepto de elemento químico.
Sistema de elementos químicos de Mendeleev.
El científico basado en la diferencia de masa atómica.y logró organizar brillantemente todos los elementos químicos conocidos en orden ascendente. Sin embargo, toda la profundidad y el genio de su pensamiento y previsión científicos radica en el hecho de que Mendeleev dejó espacios vacíos en su sistema, celdas abiertas para elementos aún desconocidos, que, según el científico, se abrirán en el futuro.
Y todo resultó exactamente como él dijo.Los elementos químicos de Mendeleev con el tiempo llenaron todas las celdas vacías. Se han descubierto todas las estructuras predichas por los científicos. Y ahora podemos decir con seguridad que el sistema de elementos químicos está representado por 118 unidades. Es cierto que los tres últimos descubrimientos aún no se han confirmado oficialmente.
El sistema de elementos químicos en sí.mostrados gráficamente mediante una tabla en la que los elementos están ordenados según la jerarquía de sus propiedades, cargas nucleares y características estructurales de las capas electrónicas de sus átomos. Entonces, hay períodos (7 piezas) - filas horizontales, grupos (8 piezas) - verticales, subgrupos (principal y secundario dentro de cada grupo). Muy a menudo, dos filas de familias, lantánidos y actínidos, se extraen por separado en las capas inferiores de la tabla.
La tabla periódica de Mendeleev contiene toda la información necesaria sobre los elementos químicos (número de serie, número de masa, nombre, a veces las últimas capas de la estructura electrónica).
Nombres de los artículos
Se concede el derecho a dar un nombre a quienla persona que hizo el descubrimiento de este elemento químico. Muchos llevan el nombre de planetas (uranio, plutonio, neptunio). Otros recibieron el nombre de grandes científicos (Mendelevium, Rutherfordium, Copernicus y otros).
Los elementos suelen tener nombres de ciudades y países.(rutenio, germanio, dubnio, francio, europio y otros). Incluso los héroes míticos (prometio) sirven como mensaje. También es un fenómeno común cuando se da un nombre particular de acuerdo con las propiedades manifestadas por sustancias simples y complejas de un elemento dado (hidrógeno, oxígeno, carbono).
Los nombres están escritos en latín, pero en nuestroEn el país, también hay una traducción al ruso de ellos con pronunciaciones fijas. El símbolo de cada elemento es la primera letra de la palabra latina, o la primera y cualquiera de las siguientes. Ejemplo: calcio (Ca) - Calcio, boro (B) - Boro.
Caracterización de átomos de elementos químicos.
Cada representante del sistema periódico tienesus características tanto en la estructura como en las propiedades manifestadas. La característica de un elemento químico consiste en un análisis de la composición de su núcleo y capas electrónicas, así como de la determinación de la sustancia simple que forma y los compuestos complejos.
La composición del núcleo de átomos de elementos químicos incluye varias partículas: nucleones:
- protones que determinan su carga positiva (p+1), así como parte de la masa atómica;
- neutrones que afectan el número de masa de un elemento y que no tienen carga (n0).
Otro tipo de partícula son los electrones. Se mueven alrededor del núcleo y tienen carga negativa (e-1). Su orientación no es caótica, sino estrictamente ordenada. Están ubicados en orbitales (s, p, d y f), que forman subniveles y niveles (capas de electrones).
La masa atómica de un elemento es la suma de protones yneutrones, cuyo agregado se denomina "número de masa". El número de protones se determina de forma muy sencilla: es igual al número ordinal de un elemento del sistema. Y dado que el átomo en su conjunto es un sistema eléctricamente neutro, es decir, no tiene carga alguna, el número de electrones negativos es siempre igual al número de partículas positivas de protones.
Por tanto, las características de la sustancia químicaun elemento puede estar dado por su posición en la tabla periódica. Después de todo, casi todo se describe en la celda: el número de serie, que significa electrones y protones, masa atómica (el valor promedio de todos los isótopos existentes de un elemento dado). Se puede ver en qué período se ubica la estructura (lo que significa que los electrones se ubicarán en tantas capas). También puede predecir el número de partículas negativas en el último nivel de energía para los elementos de los subgrupos principales; es igual al número del grupo en el que se encuentra el elemento.
El número de neutrones se puede calcular sirestar protones del número de masa, es decir, el número de serie. Así, es posible obtener y elaborar una fórmula electrónica-gráfica completa para cada elemento químico, que reflejará con precisión su estructura y mostrará los posibles estados de oxidación y propiedades manifestadas.
Distribución de elementos en la naturaleza.
Toda una ciencia está involucrada en el estudio de este tema:cosmoquímica. Los datos muestran que la distribución de elementos en nuestro planeta repite los mismos patrones en el Universo. La principal fuente de núcleos de átomos ligeros, pesados y medianos son las reacciones nucleares que se producen en el interior de las estrellas: la nucleosíntesis. Gracias a estos procesos, el Universo y el espacio exterior han suministrado a nuestro planeta todos los elementos químicos disponibles.
En total, de los 118 representantes conocidos enLa gente ha descubierto 89 fuentes naturales, que son los átomos fundamentales y más abundantes. Los elementos químicos también se sintetizaron artificialmente bombardeando núcleos con neutrones (nucleosíntesis en condiciones de laboratorio).
Los más numerosos se consideran sustancias simples de elementos como nitrógeno, oxígeno, hidrógeno. El carbono forma parte de todas las sustancias orgánicas, lo que significa que también ocupa una posición de liderazgo.
Clasificación por la estructura electrónica de los átomos.
Una de las clasificaciones más comunes de todaslos elementos químicos del sistema es su distribución basada en la estructura electrónica. Por cuántos niveles de energía están incluidos en la capa del átomo y cuál de ellos contiene los últimos electrones de valencia, se pueden distinguir cuatro grupos de elementos.
Elementos S
Estos son los en los que se llena el ultimos-orbital. Esta familia incluye elementos del primer grupo del subgrupo principal (o metales alcalinos). Solo un electrón a nivel externo determina las propiedades similares de estos representantes como agentes reductores fuertes.
Elementos P
Solo 30 piezas.Los electrones de valencia se encuentran en el subnivel p. Estos son los elementos que forman los principales subgrupos del tercer al octavo grupo, pertenecientes a los períodos 3,4,5,6. Entre ellos, según sus propiedades, se encuentran tanto metales como elementos típicos no metálicos.
elementos d y elementos f
Estos son metales de transición del cuarto al séptimo período grande.Hay 32 elementos en total. Las sustancias simples pueden presentar propiedades tanto ácidas como básicas (oxidantes y reductoras). También anfótero, es decir, dual.
La familia f incluye lantánidos y actínidos, en los que los últimos electrones se encuentran en orbitales f.
Sustancias formadas por elementos: simple
Además, todas las clases de elementos químicos son capaces deexisten como conexiones simples o complejas. Por lo tanto, es habitual considerar los simples que se forman a partir de la misma estructura en diferentes cantidades. Por ejemplo, oh2 - oxígeno o dioxígeno y O3 - ozono. Este fenómeno se llama alotropía.
Elementos químicos simples que se formanLos compuestos del mismo nombre son característicos de cada representante del sistema periódico. Pero no todos son iguales en cuanto a sus propiedades. Entonces, hay sustancias simples metales y no metales. Los primeros forman los subgrupos principales con 1-3 grupos y todos los subgrupos secundarios en la tabla. Los no metales, por otro lado, forman los principales subgrupos de 4-7 grupos. El octavo principal incluye elementos especiales: gases nobles o inertes.
Entre todos los elementos simples descubiertos hasta la fecha, se conocen 11 gases, 2 sustancias líquidas (bromo y mercurio) en condiciones normales, el resto son sólidos.
Conexiones complejas
Se acostumbra incluir todo lo que consta dede dos o más elementos químicos. Hay muchos ejemplos, ¡porque se conocen más de 2 millones de compuestos químicos! Estos son sales, óxidos, bases y ácidos, compuestos complejos complejos, todas sustancias orgánicas.