Природа химического элемента определяется чем

Химический элемент

Понятие «химический элемент» является одним из основных понятий химии. Понятие «элемент » в качестве научного термина впервые использовано Р. Бойлем в 1661г. Со времен Бойля элементом считали всякое простое вещество, которое можно получить в результате разложения сложных веществ, но которое не способно к дальнейшему разложению на еще более простые вещества.

Начало XIX в. ознаменовалось открытием новых количествен­ных закономерностей. Разработка атомно-молекулярной теории позволила Дальтону высказать атомную гипотезу и ввести в хи­мию понятие об относительном атомном весе элементов и опреде­лить атомные веса некоторых элементов. Таким образом, качест­венное своеобразие химических элементов начинают связывать с количественными — относительной атомной массой.

Атомистическая гипотеза в том виде, как она была дана Дальтоном, не могла внести ничего нового в первое определение элемента. По Дальтону, элемент можно определить как вид ато­мов, характеризующихся определенным значением атомного веса. По представлению Дальтона, простые вещества всегда состоят из определенного вида атомов, следовательно, простые вещества суть элементы.

Путаница была устранена позже, когда было установлено, что многие простые вещества образованы из молекул, а не из атомов. Впервые Менделеев в связи с этим указал на необходимость ясно различать два понятия: элемент и простое вещество, или простое тело. «Простое тело — это вещество, металл или металлоид, с ря­дом физических признаков и химических реакций. Ему свойствен частичный вес, содержащий один (как Hg или Cd, а вероятно, и многие другие простые тела) или несколько (S6, S₂, О₂, Нг, С1₂ и т. д.) атомов. Оно способно являться в изомерных и полимерных формах (0₂ и 0₃, S₂ и S₈) и отличается от сложных тел толь­ко тем, что в простом теле все атомы однородны. Под именем эле­ментов должно подразумевать те материальные составные части простых и сложных тел, которые придают им известную совокуп­ность физических и химических свойств. Если простому телу соот­ветствует понятие о частице, то элементу отвечает понятие об ато­ме. Углерод есть элемент, а уголь, графит и алмаз суть тела про­стые».

Следовательно, по Менделееву, химический элемент есть вид атомов, входящих в состав простых и сложных тел, характеризую­щийся определенным значением атомной массы.

Наряду с качественными ха­рактеристиками свойств были накоплены сведения о свойствах, которые в отличие от первых подлежат точному измерению, и сре­ди них атомная масса элементов и их валентность, т. е. способ­ность образовывать различные формы соединений.

Итак, открытие новых элементов и изучение свойств элементов и их соединений, с одной стороны, позволили накопить большой фактический материал, с другой — выявили необходимость его си­стематизации. Прежде всего, нужно было решить основной вопрос: являются ли химические элементы разрозненными, независимыми или они закономерно связаны между собой в единую систему.

На языке диалектики естественная систематика должна озна­чать раскрытие взаимосвязи между единичным (элемент) и всеоб­щим (система) через особенное (группа). Решение этой задачи оказалось под силу только такому гению, каким был Менделеев. Оно состояло в открытии периодического закона и разработке пе­риодической системы элементов.

Периодический закон был открыт при поисках классификации химических элементов. Менделеев избирает за основу систематики элементов двойной критерий: атомная масса и химические свойства. Атомнаямасса — основной решающий признак элемента, средство систематизации, давшее ему возможность превратить хаос накопленных химией фактов и понятий в стройную систему — фундамент современной химии.

Д. И. Менделеев раскрывает содержание периодического зако­на следующим образом:

a) «Элементы, расположенные по величине их атомного веса, представляют явственную периодичность свойств».

b) «Величина атомного веса определяет характер элемента, как величина частицы определяет свойства сложного тела». «Оттого, например, соединения S и Те, С1 и Вг и т. п. при сходстве пред­ставляют и различия весьма ясные».

c) «Должно ожидать открытия еще многих неизвестных про­стых тел».

d) «Величина атомного веса элемента иногда может быть исправлена, зная его аналоги».

e) «Некоторые аналоги элементов открываются по величине веса их атома».

f) «Распространенные в природе простые тела имеют малый атомный вес, а все элементы с малым атомным весом характеризуются разностью свойств. Они поэтому суть типические элементы».

Эти шесть пунктов не только характеризуют содержание за­кона, но раскрывают его методологическое значение как метода познания и предвидения.

Периодический закон и периодическая система получили свое полное подтверждение и дальнейшее развитие при установлении строения атомов элементов.

Мозли в результате исследования рентгеновских спектров эле­ментов показал, что положительный заряд атома элемента чис­ленно равен порядковому номеру в периодической системе. Сле­довательно, химическая природа элемента определяется не мас­сой (атомным весом), а новой величиной — зарядом ядра или по­рядковым номерам.

Периодически изменяющиеся свойства элементов стали связы­вать не с величиной атомного веса, а с величиной заряда ядра или порядкового номера.

Периодический закон претерпел некоторую эволюцию. Теперь его формулируют так: свойства элементов являются периодиче­ской функцией положительного заряда ядра атомов элементов. В связи с этим претерпели эволюцию и некоторые основные понятия химии, например понятие элемента.

Элемент — это вид атомов с положительным одинаковым зарядом ядра (или зани­мающих одно и то же место в таблице Менделеева).

К настоящему времени сложилось определенное представление о структуре атома и ядра и о квантовомеханических свойствах составляющих их частиц. Раскрыт физический смысл периодического закона и дано квантовомеханическое объяснение строения атомов химических элементов периодической системы Менделеева.

Все известные химические в периодической системе образуют 8 вертикальных столбцов- групп, которые состоят из двух подгрупп. Горизонтальные ряды называются периодами, внутри каждого периода наблюдается более или менее равномерный переход от активных металлов через менее активные металлы и слабоактивные неметаллы к очень активным неметаллам, и, наконец, инертным. В некоторых периодах имеются ряды переходных элементов-металлов со сходными химическими свойствами. Структура периодической системы элементов отвечает порядку заполнения электронных оболочек и слоев в атомах, свойствах атомов элементов определяются числом электронов во внешней электронной оболочке.

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник

3.3. Учение о составе вещества

Учение о составе вещества охватывает три основные проблемы:

1. Проблема химического элемента.
2. Проблема химического соединения.
3. Проблема вовлечения и применения всё большего числа химических элементов и соединений для производства новых материалов.

3.3.1. Проблема химического элемента

В ХVII в. Р. Бойль (1627-1691 гг.) дал первое научное определение понятия “химический элемент”, как предельного “простого вещества”, получаемого при химическом разложении веществ, переходящего без изменения из состава одного сложного тела в состав другого. Однако само открытие химических элементов произошло значительно позже (фосфор был открыт только в 1669 г., кобальт – в 1735г., никель – в 1751 г., водород – в 1766г., фтор – в 1771 г., азот и кислород – в 1772 г. и т.д.) А.А Лавуазье (1743 – 1794 гг.) сделал первую попытку в истории химии систематизации химических элементов. Д.И. Менделеев (1834 – 1907 гг.) открыл периодический закон и разработал Периодическую систему химических элементов (1889 г.). Он исходил из того, что основной характеристикой химических элементов являются их атомные массы. Дальнейшие уточнения показали, что место химического элемента в Периодической системе определяется не атомной массой, а зарядом атомного ядра. В этой связи можно утверждать, что химический элемент – это совокупность атомов (изотопов), обладающих одинаковым зарядом ядра. Каждый химический элемент имеет определённую массу, представляющую собой среднее значение масс всех его изотопов. Изотопы, с точки зрения радиационной химии – разновидности атомов данного химического элемента, обладающие одинаковым зарядом ядра, но различающиеся массой. Во времена Д.И. Менделеева было известно 62 химических элемента, сейчас – более 114. Периодический закон формулируется следующим образом: химические свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядкового номера). Исключение – изотопы водорода: протий, тритий, дейтерий, обладающие различными химическими свойствами. Атомом называется электронейтральная совокупность элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов. В настоящее время раскрыт физико-химический смысл периодического закона, и дано квантово-механическое объяснение строения атомов химических элементов на основе понятия электронной оболочки и принципа Паули.

3.3.2. Проблема химического соединения

• На основании вышеизложенного можно дать определение химическим формулам и реакциям. Химическая формула отображает состав (структуру) вещества в виде химического соединения. Молекулярная формула указывает число атомов химического элемента в молекуле. Структурная (графическая) формула отражает порядок соединения атомов в молекуле и число связей между атомами. Химическая реакция отображает превращение веществ, сопровождающееся изменением их состава и (или) строения. Записывается схематически с помощью формул реагентов и продуктов реакции.
• В рамках современной электронной модели можно дать и краткую характеристику основным типам химических связей (см. схему 43)

Источник

3.3. Учение о составе вещества

Учение о составе вещества охватывает три основные проблемы:

1. Проблема химического элемента.
2. Проблема химического соединения.
3. Проблема вовлечения и применения всё большего числа химических элементов и соединений для производства новых материалов.

3.3.1. Проблема химического элемента

В ХVII в. Р. Бойль (1627-1691 гг.) дал первое научное определение понятия “химический элемент”, как предельного “простого вещества”, получаемого при химическом разложении веществ, переходящего без изменения из состава одного сложного тела в состав другого. Однако само открытие химических элементов произошло значительно позже (фосфор был открыт только в 1669 г., кобальт – в 1735г., никель – в 1751 г., водород – в 1766г., фтор – в 1771 г., азот и кислород – в 1772 г. и т.д.) А.А Лавуазье (1743 – 1794 гг.) сделал первую попытку в истории химии систематизации химических элементов. Д.И. Менделеев (1834 – 1907 гг.) открыл периодический закон и разработал Периодическую систему химических элементов (1889 г.). Он исходил из того, что основной характеристикой химических элементов являются их атомные массы. Дальнейшие уточнения показали, что место химического элемента в Периодической системе определяется не атомной массой, а зарядом атомного ядра. В этой связи можно утверждать, что химический элемент – это совокупность атомов (изотопов), обладающих одинаковым зарядом ядра. Каждый химический элемент имеет определённую массу, представляющую собой среднее значение масс всех его изотопов. Изотопы, с точки зрения радиационной химии – разновидности атомов данного химического элемента, обладающие одинаковым зарядом ядра, но различающиеся массой. Во времена Д.И. Менделеева было известно 62 химических элемента, сейчас – более 114. Периодический закон формулируется следующим образом: химические свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядкового номера). Исключение – изотопы водорода: протий, тритий, дейтерий, обладающие различными химическими свойствами. Атомом называется электронейтральная совокупность элементарных частиц, состоящая из ядра (образованного протонами и нейтронами) и электронов. В настоящее время раскрыт физико-химический смысл периодического закона, и дано квантово-механическое объяснение строения атомов химических элементов на основе понятия электронной оболочки и принципа Паули.

3.3.2. Проблема химического соединения

• На основании вышеизложенного можно дать определение химическим формулам и реакциям. Химическая формула отображает состав (структуру) вещества в виде химического соединения. Молекулярная формула указывает число атомов химического элемента в молекуле. Структурная (графическая) формула отражает порядок соединения атомов в молекуле и число связей между атомами. Химическая реакция отображает превращение веществ, сопровождающееся изменением их состава и (или) строения. Записывается схематически с помощью формул реагентов и продуктов реакции.
• В рамках современной электронной модели можно дать и краткую характеристику основным типам химических связей (см. схему 43)

Источник