§7. Химические элементы

От древних мыслителей в химию перешло помимо слова «атом» слово «элемент», что означает «составная часть». Философы старой Греции считали, что все вещества построены из четырех частей, взятых в разных пропорциях. Это земля, воздух, огонь и вода. В XVII веке английский ученый Роберт Бойль опроверг учение о четырех элементах. В древности люди были знакомы с 11 химическими элементами. Начиная с XVII века количество известных элементов быстро растет. В настоящее время их известно 112. В течение 1998-2000 годов ученые добыли элементы с порядковыми номерами 114, 116, 118.

В природе существуют разные атомы или химические элементы, отличающиеся между собой зарядом ядра, атомной массой, способностью сочетаться с другими атомами и прочее. Заряд ядра определяется числом содержащихся в нем протонов. Для химической классификации атомов важен именно заряд ядра.

Интересно отметить, что вне Земли, в пределах, доступных для наблюдения, не обнаружено других элементов. Элементы, содержащиеся в метеоритах, падающих на землю одинаковы с земными.

Вспомните строение атома.
Атомы одного вида – это химические элементы.
Химический элемент – это определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Под названием «химический элемент» следует понимать определенный вид атомов независимо от того, свободны они или соединены в молекулах. Например, название «элемент Оксиген» относится как к отдельному атому Оксигена, так и атому Оксигена, входящему в состав молекулы воды Н₂О. Когда речь идет о составе любых веществ, следует помнить, что в состав этих соединений входят атомы определенного вида или химические элементы. Следовательно, о Гидрогене, который входит в состав молекулы водорода (Н₂), в состав кислоты (HCl), воды (Н₂О), метана (СН₄) можно говорить как о химическом элементе.

Названия химических элементов

Каждый химический элемент имеет свое название и обозначение.

Общего правила, по которому давали названия разным элементам, не существует. Названия некоторых элементов связаны с физическими свойствами веществ, образуемых этими элементами, или с историей открытия. Например, название «Аргентум» происходит от санскритского «аргента», что означает «светлый», «белый». Элемент Гелий впервые обнаружили на Солнце и дали ему название от латинского «гелиос» – «солнце». Названия другим элементам даны в честь известных ученых (Менделеевий – в честь Д. И. Менделеева), стран (Рутений – в честь Руси) и другое. Происхождение названий некоторых элементов неизвестно. Общепринятым названием элементов для всех стран их латинское название.

Кроме латинского названия в каждой стране существует название элемента на своем языке. Современные украинские названия исходят из соответствующих латинских и греческих названий элементов. По правилу украинского правописания названия элементов являются именами и их пишут с заглавной буквы.

Символы химических элементов

Йёнс Якоб Берцелиус

Из разнообразных комбинаций химических элементов состоит более двадцати миллионов известных веществ. Поскольку для записи состава веществ пользоваться полными названими химических элементов неудобно, начали использовать их сокращенные обозначения – знаки.

Каждый химический элемент, кроме названия, имеет свой символ. Во всех странах используются одинаковые символы элементов. Сначала элементы изображались кружками разного типа. Каждый ученый стремился придумать свои обозначения и они с трудом понимали друг друга. По предложению шведского химика Й. Я. Берцелиуса, химический символ обозначают одной или двумя буквами его латинского названия. Так для обозначения Оксигена он выбрал символ «О» – первую букву слова «Oxygenium», для Гидрогена – «Н» (от «Hydrogenium»), для Натрия – «Na» (от «Natrium») и так далее. Когда названия нескольких элементов начинаются с одинаковой буквы, то один из них начинается первой, а другие – первой и одной из следующих букв в латинском названии. Так, латинские названия элементов Сульфур (Sulfur), Силиций (Silicim), Станум (Stanum) начинаются с буквы «S». И чтоб не путать эти элементы их обозначают соответственно: S, Si, Sn. Такой символикой пользуются с 1814 года.

Произношение символов элементов не подчиняется единому правилу. Некоторые символы, такие как H, O, C, P, S, N, читаются как соответствующие буквы латинского алфавита, а другие как химические названия элементов или веществ. Например Al – «алюминий», Na – «натрий».

Познакомимся поподробнее с важнейшими химическими символами. Химические символы (знаки), их произношение, название и относительные атомные массы наиболее распространенных элементов представлены в таблице №2.

Таблица 2. Названия и символы химических элементов

Если вы увидите в учебнике символ элемента, который не внесен в эту таблицу, откройте периодическую таблицу Д. И. Менделеева, найдите элемент и прочтите его название. Символы и названия известных ныне химических элементов вместе с другой информацией о них содержатся в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

Что означает химический символ?

Химический символ означает элемент, один его атом, относительную атомную массу (A_r), простое вещество атомного строения.

Например:
Химический символ – Fe
Название элемента – Ферум
Чисто атомов – один атом Ферума
Относительная атомная масса – A_r(Fe) = 56
Простое вещество – железо.

Если нужно показать не один, а несколько не связанных между собой атомов, то перед химическим знаком пишут соответствующую цифру, которую называют коэффициентом.

Например: 3S – три атома Сульфура, 5Н – пять атомов Гидрогена, 7Fe – семь атомов Ферума.

С помощью символов записывают состав веществ так же, как из букв азбуки составляют слова.

Распространение химических частей в природе

В природе найдено около 90 элементов. Химические элементы на Земле и в разных объектах Вселенной распространены в неодинаковой степени. Некоторые из них редки, других – распространённые. Сравните соотношение химических элементов на Земле, во Вселенной, морской воде и в воздухе.

Как видно из рисунка, наиболее распространенным элементом на Земле является Оксиген. Он входит в состав воды, кислорода, углекислого газа и многих минералов. Силиций занимает второе место и входит в состав песка, глины и разных минералов. Третье место занимает Алюминий. Во Вселенной наиболее распространены Гидроген и Гелий, в воздухе – Нитроген и Оксиген, в морской воде – Оксиген и Гидроген.

Химические элементы входят в состав как неорганических, так и органических соединений, из которых состоят все живые организмы. Важнейшими из них являются такие элементы как Оксиген, Гидроген, Карбон, Нитроген, Хлор, Сульфур, Фосфор. В небольшом количестве входят в состав организмов также Ферум, Кальций, Купрум, Магний, Цинк, Натрий, Кальций, Калий и т.д.

Организм человека примерно на 98% состоит из таких элементов как Н, С, О. Еще 1,4% приходится на N.

Итог

• «Химический элемент» – это оперделённый вид атомов, имеющий одинаковый заряд ядра.
• «Химический символ» – сокращенное латинское название элемента.
• Химический символ используется для обозначения химических элементов в формулах и уравнениях.
• Химический символ означает химический элемент, один атом, название элемента, относительную атомную массу.

?

1. Что называют «атомом»?
2. Что называют «химическим элементом»?
3. Что такое символ?
4. Кто из учёных предложил современные символы химических элементов?
5. Какие элементы наиболее распространены на Земле?

Любознательным

Символы элементов

Алхимики считали, что в природе существует семь металлов, по количеству известных в то время планет, поэтому металлы имели названия планет. Их обозначения изображены в таблице №3.

Таблица 3. Алхимические символы элементов

Это было условное изображение, не характеризовавшее химический элемент, который образовывал каждое из этих простых веществ. Позже французские ученые ввели обозначение химических элементов в виде дуг, чёрточек и кружков, в которые помещали первые буквы французского названия элемента: «∕» – «N», «⊃» – H, «–» –  «O», «∪«– «S», «©» – «Cu».

Названия элементов

Некоторые химические элементы получили свое название от названий:

• частей света (Европий, Америций);
• стран и регионов (Скандий (Скандинавия), Тулий (латинское название Скандинавии – Туле), Галлий (Галлия – латинское название Франции), Германий (Германия), Рутений (Рутения – латинское название Руси), Полоний (латинское название Польши), Франций ( Франция), Калифорний (штат в США);
• городов (Магний (г. Магнизия в древней Греции), Гольмий (Гольмия – древнее название Стокгольма), Лютеций (Лютеция – латинское название Парижа), Гафний (Гафния – древнее название Копенгагена), Берклий (научный центр Беркли в Калифорне).

Названия элементов, связанные с:

• характерными линиями в спектрах их атомов (Рубидий – темно-красный, Цезий – голубой, Индий – темно-синий, Талий – нежно-зеленый);
• цветом, твердостью, запахом и другими свойствами простых веществ и химических соединений (Сульфур – от латинского – «светло-желтый», Хлор – от греческого «хлорос» – «желто-зеленый», Бром – от греческого «бромос» – «вонь» ). Название «Станум» происходит от санскритского «стан», что означает «твердое», или происходит от названий образуемых ими веществ («Гидроген» – от греческих слов «гидро» – «вода» и «генос» – «род, рождение», то есть «рождающий воду», «Оксиген» – от греческих «оксис» – «кислый» и «генос», то есть «рождающий кислоту»).
• астрономией и мифологией (Селен – от греческого «Селене» – «Луна», Уран – от названия планеты Уран (в древнегреческой мифологии Уран – бог неба).

Открытия элементов

К XIII веку было известно только 13 химических элементов. В XVIII веке их было известно уже 30. Через 50 лет добавилось еще 28. Теперь известно 112 химических элементов.

Максимум химических элементов открыли ученые Швеции – 23. В этой стране в XVIII веке была хорошо развита металлургическая промышленность, что требовало поисков новых залежей руд. Одновременно (а часто независимо) обнаруживали новые минералы, в которых открывали неизвестные ранее элементы. Кроме того, химико-аналитический метод исследования был в Швеции на высоком уровне.

Второе место занимает Англия – 20 элементов, третье – Франция – 15 элементов, четвертое место – Германия – 10 элементов. Три элемента открыли в Австрии, два – в Дании, один элемент (Рутений) был открыт в Российской империи в 1844 году.

Глен Сиборг (Glen Theodore Seaborg)

Наибольшее количество элементов (9) открыл выдающийся американский ученый Г. Сиборг вместе со своими коллегами.

Сначала люди ознакомились с самородным золотом и серебром и серой в минералах. Железо впервые увидели в метеоритах и только значительно позже научились извлекать его из руд, что дало начало эре железа. Алхимики открыли пять элементов – Арсен, Бисмут, Фосфор, Цинк, Стибий.

Современные украинские названия элементов исходят из соответствующих греческих и латинских названий, которые, в свою очередь, могли быть заимствованы у других народов.

Воздействие элементов на организм

Для нормального функционирования человеческого организма нужно большая часть химических элементов. При их нехватке, как и при избытке, нарушаются процессы жизнедеятельности, могут возникать разные заболевания. Ученые считают, что при недостатке Кальция в организме возникает около 140 различных заболеваний. При недостаточном количестве Купрума или Магния может возникнуть ранняя седина, Станума – облысение, Цинка – ослабление ощущения вкуса и запаха, Селена – онкологические болезни, Силиция – вирусные заболевания, Сульфура – преждевременное старение организма.

Почему мы говорим: «определенный вид атомов»? Могут ли атомы одного и того же элемента отличаться друг от друга? Оказывается, что они могут. К примеру, есть атомы Хлора, отличающиеся между собой по массе, так как в ядре атомов этих элементов находится разное число нейтронов, но они имеют одинаковый заряд ядра, с одинаковым числом протонов.

Пов'язані публікації:

1.11. Характеристика химических элементов по положению в периодической системе и строению атома §9. Многообразие веществ. Простые вещества. Металлы и неметаллы §8. Понятие периодической системы. Относительная атомная масса 1.10. Периодическая система химических элементов с позиции теории строения атома §1. Общая характеристика неметаллических элементов §10. Сложные вещества