Химический элемент

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Химические элементы // Мрия Урок
Химия - просто. Урок 1 "ПСЭ"

Химический элемент — совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Носителем положительного заряда ядра являются протоны. Их число определяет величину заряда ядра, и следовательно, атомный (порядковый) номер химического элемента.

Близкое к современному определение химического элемента было дано Д. И. Менделеевым: «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».

Содержание

[править] Физические основы

Важной характеристикой ядра является массовое число А, которое равно общему числу нуклоновпротонов Z и нейтронов N входящих в ядро:

А = Z + N.

Масса ядра всегда меньше арифметической суммы масс протонов и нейтронов, входящих в его состав. Разность между этими величинами называют дефектом массы.

Согласно соотношению Эйнштейна дефект массы и энергия связи нуклонов в ядре эквивалентны:

[math]\! \Delta E = \Delta m c^2 = {c^2}{\Delta}m[/math]

где [math]\Delta m[/math] — дефект массы и сскорость света в вакууме.

Энергия связи нуклонов в ядре в миллионы раз превышает энергию химической связи. Поэтому при химических превращениях веществ атомные ядра не изменяются, и элементы остаются неизменными.

Для понимания физических основ устройства атомов элементов важно также знать законы квантовой механики.

Химическая природа элемента обусловливается способностью его атома терять и приобретать электроны. Эта способность может быть количественно оценена энергией ионизации атома и его сродством к электрону.

[править] Распространенность химических элементов

Распространенность элементов в космосе в целом уменьшается по убыванию атомного номера. Исторически все элементы возникли из водорода в результате ядерных реакций, и до сих пор Вселенная практически полностью состоит из водорода. Космическое вещество Солнечной системы состоит примерно на три четверти из водорода и гелия. Элементы с завершенными ядерными слоями ("магические числа" 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126: гелий-кислород-кальций-железо-сурьма-свинец) как правило играют большую роль в природе и чаще встречаются, чем окружающие их элементы. Распространенность элементов зависит от многих факторов, но в конечном счете определяется вероятностью ядерных реакций их образования и относительной устойчивостью отдельных изотопов.

Об образовании и превращении элементов см. также Ядерная реакция.


[править] Периодическая система элементов

[править] Элементы малых периодов

Об устройстве электронного облака см. также атомная орбиталь.

Первый период периодической системы состоит из двух элементов - водород и гелий. Электронная формула невозбужденного атома водорода 1s1. В соответствии с принципом Паули в одной орбитали могут находиться два электрона с противоположными спинами. Следовательно, электронная формула следующего после водорода элемента — гелия 1s2.

Второй и третий периоды содержат по 8 элементов. Во втором периоде заполняется второй квантовый слой, в третьем периоде - третий. У двух первых элементов (натрий и магний), заполняются s-орбитали, у шести последних (алюминий - аргон) заполняются p-орбитали. У последних элементов этих периодов - аргона и неона, завершается заполнение орбиталей.

[править] Элементы больших периодов

Четвертый и пятый периоды содержат по 18 элементов. У атомов элементов 4-го периода начинает заполняться 4s-орбиталь слоя N (n = 4). Появление электрона в 4s-состоянии при наличии свободных 3d-орбиталей обусловливается экранированием ядра плотным и симметричным электронным слоем 3s23p6. В связи с отталкиванием от этого слоя для 19-го электрона атома калия и 20-го электрона атома кальция оказывается энергетически выгодным 4s-состояние.

При дальнейшем возрастании заряда ядра у следующего после кальция элемента — скандия состояние 3d становится энергетически более выгодным, чем 4р.

Элементы, в атомах которых заполняются d-орбитали, называются d-элементами. У d-элементов 4-го периода, следовательно, достраивается слой М до 18 электронов.

После заполнения 3d-орбиталей у последующих шести элементов (Ga — Kr) заполняются р-орбитали внешнего слоя.

В пятом периоде заполнение электронных слоев и подслоев происходит, как и в четвертом периоде.

Шестой период содержит 32 элемента и тоже начинается двумя s-элементами (Cs и Ва). Далее, у лантана начинает заполняться d-орбиталь предвнешнего слоя (5d-подслой).

У следующих за лантаном 14 элементов (Се — Lu) энергетически более выгодно 4f-состояние по сравнению с 5d-состоянием. Поэтому у этих элементов происходит заполнение 4f-орбиталей, чем и объясняется существование лантаноидов.

Аналогичная ситуация в седьмом периоде: имеются два s-элемента (Fr, Ra), за ними следуют d-элемент Ас и четырнадцать f-элементов (Th — Lr)(актиноиды), далее снова d-элементы.

Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты