Элементы химические

ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ, совокупности атомов с определенным зарядом ядра Z. Д. И. Менделеев определял Э. х. так: "материальные части простых или сложных тел, к-рые придают им известную совокупность физ. и хим. св-в". Взаимосвязи Э. х. отражает периодическая система химических элементов. Порядковый (атомный) номер элемента в ней равен заряду ядра, к-рый в свою очередь численно равен числу содержащихся в ядре протонов. Для каждого Э. х. известны разновидности атомов - изотопы (существующие в природе и полученные искусственно путем ядерного синтеза), различающиеся числом нейтронов в ядрах. Совокупность атомов, характеризующаяся определенной комбинацией протонов и нейтронов в ядре, наз. нуклидом. Атомная масса Э. х. рассчитывается, исходя из значений масс всех его природных изотопов с учетом их относит. распространенности, и выражается в атомных единицах массы, за к-рую принята ¹/₁₂ массы атома углерода ¹²С. Атомная единица массы равна 1,66057 х 10^-27 кг. Суммарное число протонов и нейтронов в ядре равно массовому числу А.
В природе существуют элементы с порядковым номером (число протонов) Z= 1-92, кроме технеция (Z= 43) и прометия (Z=61), к-pыe получают посредством ядерных р-ций. Элементы с Z = 85 (астат) и с Z = 87 (франций) встречаются в ничтожно малых кол-вах как члены природных радиоактивных рядов урана и тория. Все известные трансурановые элементы (Z=93-109) получены искусственно.
Формами существования Э. х. в свободном виде являются простые в-ва, к-рые подразделяют на металлы и неметаллы. Характерные особенности металлов: высокие электрич. проводимость и теплопроводность, обусловленные наличием свободных, не связанных с определенными атомами электронов; способность образовывать положительно заряженные ионы при хим. взаимодействиях. Граница между металлами и неметаллами довольно расплывчата.
Многие Э. х. существуют в виде неск. простых в-в, к-рые могут отличаться числом атомов в молекулах (напр., кислород О₂ и озон О₃), типом кристаллич. решетки (напр., модификации углерода - графит, алмаз, карбин) или др. св-вами. Это явление наз. аллотропией, в случае углерода аллотропия - разновидность полиморфизма. Число известных ныне простых в-в превышает 500. Поскольку определяющим признаком Э. х. служит заряд ядра, то в хим. р-циях элемент сохраняет свою индивидуальность; происходит лишь перераспределение электронов внешних электронных оболочек атомов, тогда как атомные ядра остаются неизменными. Каждый Э. х. характеризуется степенями окисления, к-рые могут проявлять атомы данного элемента в хим. соединениях.
В зависимости от положения в периодич. системе Э. х. подразделяют на s-, р-, d- и f-элементы. К s-элементам относят Н, Не, а также металлы главных подгрупп I и П групп периодич. системы, к p-элементам - элементы главных подгрупп III-VIII групп, к d-элементам - металлы побочных подгрупп I-VIII групп (кроме лантаноидов и актиноидов, принадлежащих к f-элементам); s- и р-элементы наз. непереходными, d- и f-элементы - переходными. Э. х., все изотопы к-рых радиоактивны, наз. радиоактивными.
Все Э. х. образовались в результате многообразных сложных процессов ядерного синтеза в звездах и космич. пространстве. Эти процессы описываются разл. теориями происхождения Э. х., к-рые объясняют особенности распространенности Э. х. в космосе. наиб. распространены в космосе водород и гелий, а в целом распространенность элементов уменьшается по мере роста Z. Такая же тенденция сохраняется и для распространенности Э. х. на Земле, однако на Земле наиб. распространен кислород (47% от массы земной коры), далее следуют кремний (27,6%), алюминий (8,8%), железо (4,65%). Эти элементы вместе с кальцием, натрием, калием и магнием составляют более 99% массы земной коры, так что на долю остальных Э. х. приходится менее 1% (см. Кларки химических элементов). Практич. доступность Э. х. определяется не только величиной их распространенности, но и способностью концентрироваться в ходе геохим. процессов. Нек-рые Э. х. не образуют собств. минералов, а присутствуют в виде примесей в минералах других. Они наз. рассеянными (рубидий, галлий, гафний и др.). Э. х., содержание к-рых в земной коре менее 10^-2-10^-3 %, объединяются понятием "редких" (см. Редкие элементы).
Благородные газы встречаются в природе исключительно в виде простых в-в, нек-рые элементы - в виде простых в-в и соединений, но большинство - только в форме соединений. Большая часть простых в-в при нормальных условиях -твердые; бром и ртуть - жидкости; водород, азот, кислород, благородные газы, фтор и хлор - газы.
В разл. историч. эпохи в понятие "элемент" вкладывался разный смысл. Представление о том, что все Э. х. имеют материальный характер, а их число м. б. велико, высказал в 1661 Р. Бойль; он же предложил первое определение элемента как в-ва, неразложимого на составные части. В 1789 А. Лавуазье охарактеризовал элементы как предел разлагаемости в-в и составил первый список Э. х. - "Таблицу простых тел". В 1803-04 Дж. Дальтон ввел понятие атомного веса (массы) и опубликовал первую таблицу атомных весов Э. х. В 1870-х гг. Д. И. Менделеев четко разделил понятия элемента и простого в-ва.
Открытие существующих в природе Э. х. происходило на протяжении длит. времени (табл.). Хронологич. последовательность открытий определялась специфич. св-вами Э. х. и разработкой новых методов хим. анализа. Еще в древности стали известны золото, серебро, ртуть, железо, олово, свинец, сера, углерод. Они легко извлекаются из содержащих их соединений или встречаются в самородном виде. В средние века, в период господства алхимии, были открыты и изучены мышьяк, сурьма, висмут, цинк, а в 1669 - фосфор (причем фосфор - первый элемент, открытие к-рого м. б. датировано). Массовое и в значит. степени осознанное открытие Э. х. началось в сер. 18 в., чему способствовало развитие пневматич. химии (изучение св-в газов) и в особенности - хим. анализа минералов. Итогом явилось обнаружение водорода, кислорода, азота, хлора, а также более 20 металлов. Элект-рохим. метод позволил в свободном виде получить натрий, калий, магний и кальций. Спектральный анализ, введенный в хим. практику Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом в 1859-60, способствовал открытию рубидия, цезия, таллия, индия, галлия и благородных газов, а также неск. РЗЭ. С помощью радиометрич. метода были открыты полоний, радий, актиний, радон и протактиний. В 1920-х гг. благодаря рентгеновскому анализу были найдены гафний, рений. Синтез искусственных Э. х. осуществлялся с кон. 30-х гг.

ХРОНОЛОГИЯ ОТКРЫТИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, СУЩЕСТВУЮЩИХ НА ЗЕМЛЕ

Азот 1772 Д. Резерфорд
Актиний 1899 А. Дебьерн
Алюминий 1825 X. Эрстед
Аргон 1894 У. Рамзай, Дж. Рэлей
Барий 1774 К. Шееле, Ю. Ган
Бериллий 1798 Л. Воклен
Бор 1808 Ж. Гей-Люссак, Л. Тенар
Бром 1826 А. Балар
Ванадий 1830 Н. Сефстрём
Висмут Получен в средние века
Водород 1766 Г. Кавендиш
Вольфрам 1781 К. Шееле
Гадолиний 1886 П. Лекок де Буабодран
Галлий 1875 П. Лекок де Буабодран
Гафний 1923 Д. Костер, Д. Хевеши
Гелий 1895 У. Рамзай, У. Крукс
Германий 1886 К. Винклер
Гольмий 1879 П. Клеве
Диспрозий 1886 П. Лекок де Буабодран
Европий 1901 Э. Демарсе
Железо Известно с древности
Золото Известно с древности
Индий 1863 Ф. Рейх, Т. Рихтер
Иод 1811 Б. Куртуа
Иридий 1804 С. Теннант
Иттербий 1878 Ж. Мариньяк
Иттрий 1794 Ю. Гадолин
Кадмий 1817 Ф. Штромейер
Калий 1807 Г.Дэви
Кальций 1808 Г.Дэви
Кислород 1774 Дж. Пристли, К. Шееле
Кобальт 1735 Г. Брандт
Кремний 1823 И. Берцелиус
Криптон 1898 У. Рамзай, М. Траверс
Ксенон 1898 У. Рамзай, М. Траверс
Лантан 1839 К. Мосандер
Литий 1817 Ю. Арфведсон
Лютеций 1907 Ж. Урбен
Магний 1808 Г.Дэви
Марганец 1774 К. Шееле, Ю. Ган
Медь Известна с древности
Молибден 1778 К. Шееле Мышьяк Получен в средние века
Натрий 1807 Г.Дэви
Неодим 1885 К. Ауэр фон Вельсбах
Неон 1898 У. Рамзай, М. Траверс
Никель 1751 А. Кронстедт
Ниобий 1801 Ч. Хатчет
Олово Известно с древности
Осмий 1804 С. Теннант
Палладий 1803 У. Волластон
Платина 1748 А. де Уллоа
Полоний 1898 П. Кюри, М. Склодовская-Кюри
Празеодим 1885 К. Ауэр фон Вельсбах
Протактиний 1918 О. Ган, Л. Мейтнер; Ф. Содди, Дж. Кранстон
Радий 1898 П. Кюри, М. Склодовская-Кюри, Г. Бемон
Радон 1899 Р. Оуэне, Э. Резерфорд
Рений 1927 И. Ноддак (Такке), В. Ноддак
Родий 1804 У. Волластон
Ртуть Известна с древности
Рубидий 1861 Р. Бунзен, Г. Кирхгоф
Рутений 1844 К.К. Клаус
Самарий 1879 П. Лекок де Буабодран
Свинец Известен с древности
Селен 1817 Й. Берцелиус
Сера Известна с древности
Серебро Известно с древности
Скандий 1879 Л. Нильсон
Стронций 1790 А. Крофорд
Сурьма Получена в средние века
Таллий 1861 У. Крукс
Тантал 1802 А. Экеберг
Теллур 1782 Ф. Мюллер фон Рейхенштейн
Тербий 1843 К. Мосандер
Титан 1795 М. Клапрот
Торий 1828 И. Берцелиус
Тулий 1879 П. Клеве
Углерод Известен с древности
Уран 1789 М. Клапрот
Фосфор 1669 X. Бранд
Фтор 1771 К. Шееле
Хлор 1774 К. Шееле
Хром 1797 Л. Воклен
Цезий 1861 Р. Бунзен, Г. Кирхгоф
Церий 1803 И. Берцелиус, В. Хизингер; М. Клапрот
Цинк Получен в средние века
Цирконий 1789 М. Клапрот
Эрбий 1843 К. Мосандер

Многие Э. х. (гл. обр. металлы) первоначально стали известны в виде соед. (преим. оксидов) и получены в свободном виде много лет спустя, что было связано с трудностями хим. восстановления этих металлов из их соединений. В составе животных и растительных организмов обнаружено более 70 Э. х. Подавляющее большинство Э. х. находит то или иное практич. применение. Нек-рые элементы, считавшиеся ранее бесперспективными, теперь играют исключительно важную роль как материалы новой техники (напр., бериллий, титан, цирконий, галлий, германий, ниобий, тантал, рений).

Лит.: Трифонов Д. Н., Кривомазов А. Н., Лисневский Ю. И., Химические элементы и нуклиды, М., 1980; Открытие химических элементов. Специфика и методы открытия, М., 1980; Популярная библиотека химических элементов, 3 изд., кн. 1-2, М., 1983.

Д. Н. Трифонов.