מה הם יסודות כימיים? מערכת ומאפיינים של יסודות כימיים

הרבה דברים וחפצים שונים, גופים חיים ולא חיים של הטבע מקיפים אותנו. ולכולם יש הרכב משלהם, מבנהם, תכונותיהם. אצל יצורים חיים יש תגובות ביוכימיות מורכבות המלוות את תהליכי החיים. גופים שאינם חיים לבצע פונקציות שונות בטבע החיים של ביומסה יש הרכב מורכב מולקולרית אטומית.

אבל לכולן יש לחפצים של הפלנטה תכונה משותפת: הם מורכבים ממערכת של חלקיקים מבניים זעירים הנקראים אטומים של יסודות כימיים. כל כך קטנים שלא ניתן להתייחס אליהם בעין בלתי מזוינת. מה הם יסודות כימיים? אילו מאפיינים יש להם ואיך הם הפכו מודעים לקיומם? בואו ננסה להבין.

הרעיון של יסודות כימיים

במובן המקובל, אלמנטים כימיים הם רק ייצוג גרפי של אטומים. חלקיקים, שמהם כל מה שקיים ביקום מורכב. כלומר, התשובה לשאלה "מה הם יסודות כימיים"? אלה הם מבנים קטנים מורכבים, אגרגטים של איזוטופים של כל האטומים, מאוחדים בשם משותף, בעל ייעוד גרפי משלהם (סמל).

עד כה, אנו מכירים 118 מרכיבים פתוחים הן בתנאים טבעיים והן באופן סינטטי, על ידי ביצוע תגובות גרעיניות וחרדות רדיואקטיביות של גרעיני אטומים אחרים. לכל אחד מהם יש קבוצה של מאפיינים, מיקומו במערכת המשותפת, ההיסטוריה של גילוי שם, וכן מבצע תפקיד מסוים בטבע ובחיים של יצורים חיים. המחקר של תכונות אלה הוא מדע הכימיה. יסודות כימיים הם הבסיס לבניית מולקולות, תרכובות פשוטות ומורכבות, ולכן אינטראקציות כימיות.

היסטוריה של הגילוי

עצם ההבנה של מה הם יסודות כימיים, הגיע רק במאה ה XVII הודות לעבודתו של בויל. זה היה הראשון שדיבר על המושג הזה ונתן לו את ההגדרה הבאה. מדובר בחומרים פשוטים בלתי ניתנים לחלוקה, שהכול מורכב מהם, כולל כל אלה המורכבים.

לפני עבודה זו, נשלטו השקפותיהם של האלכימאים, והכירו בתיאוריה של ארבעת היסודות - אמדיקלס ואריסטו, וכן גילו "עקרונות דליקים" (גופרית) ו"עקרונות מתכתיים "(כספית).

כמעט כל המאה ה- XVIII, התיאוריה השגויה לחלוטין של phlogiston היה להפיץ. עם זאת, כבר בסוף תקופה זו, אנטואן לורן Lavoisier טוען כי זה בלתי נסבל. הוא חוזר על ניסוחו של בויל, אך בו בזמן משלים אותו עם הניסיון הראשון לשיטה שיטתית של כל האלמנטים הידועים באותה עת, תוך הפצתם לארבע קבוצות: מתכות, רדיקלים, אדמה, לא מתכות.

הצעד הגדול הבא בהבנת מה הם יסודות כימיים, דלטון עושה. הוא ראוי לזכות על גילוי המסה האטומית. על בסיס זה, הוא מפיץ חלק מהרכיבים הכימיים הידועים כדי להגדיל את מסת האטום שלהם.

פיתוח אינטנסיבי ביסודיות של המדע והטכנולוגיה מאפשר לבצע מספר תגליות של אלמנטים חדשים בהרכב של גופים טבעיים. לכן, בשנת 1869 - זמן היצירה הגדולה של די מנדלייב - למד המדע על קיומם של 63 אלמנטים. עבודתו של המדען הרוסי הפכה את הסיווג הראשון המלא קבוע קבוע של חלקיקים אלה.

באותו זמן, המבנה של היסודות הכימיים לא הוקמה. הוא האמין כי האטום הוא בלתי ניתן לחלוקה, כי זו היחידה הקטנה ביותר. עם גילוי תופעת הרדיואקטיביות, הוכח כי היא מחולקת לחלקים מבניים. כמעט כל אחד מהמקרים הללו קיים בצורה של איזוטופים טבעיים (חלקיקים אנלוגיים, אך עם מספר שונה של מבני נויטרונים, שמהם משתנה המסה האטומית). כך, באמצע המאה הקודמת, היה אפשר להשיג סדר בהגדרת המושג של יסוד כימי.

מערכת של אלמנטים כימיים של מנדלייב

בבסיס המדען לשים את ההבדל המונית האטומית הצליח גאון כדי לסדר את כל האלמנטים הכימיים הידועים בסדר גודל של הגידול שלה. עם זאת, העומק והגאוניות של חשיבתו המדעית וראיית הנולד שלו היה כי מנדלייב הותיר מקומות ריקים במערכת שלו, תאים פתוחים עבור אלמנטים לא ידועים, אשר, לדעת המדען, יתגלו בעתיד.

והכול התברר בדיוק כמו שאמר. האלמנטים הכימיים של מנדלייב מילאו במשך הזמן את כל התאים הריקים. כל מבנה שנחזה על ידי מדענים התגלה. ועכשיו אנחנו יכולים לומר בבטחה כי המערכת של יסודות כימיים מיוצג על ידי 118 יחידות. נכון, שלושת התגליות האחרונות טרם אושרו רשמית.

כשלעצמה, מערכת האלמנטים הכימיים מוצגת בצורה גרפית על ידי שולחן שבו האלמנטים מסודרים לפי ההיררכיה של תכונותיהם, החיובים הגרעיניים והמאפיינים המבניים של פגזי האלקטרונים של האטומים שלהם. אז יש תקופות (7 חלקים) - שורות אופקיות, קבוצות (8 חלקים) - אנכי, subgroups (הראשי ואת הצד בתוך כל קבוצה). לרוב, שתי שורות של משפחות מופקות בנפרד לתוך השכבות התחתונות של השולחן: lanthanides ו actinides.

מערכת מנדלייב התקופתית מכילה את כל המידע הדרוש על אלמנטים כימיים (מספר סידורי, מספר מסה, שם, לפעמים השכבות האחרונות של המבנה האלקטרוני).

שמות של רכיבים

הזכות לתת שם ניתנת לאדם שעשה את גילוי היסוד הכימי הזה. רבים נקראים על שם כוכבי הלכת (אורניום, פלוטוניום, נפטון). אחרים קיבלו את השם לכבודם של המדענים הגדולים (מנדלייב, ריפורד, קופרניקוס ואחרים).

לעתים קרובות אלמנטים נקראים על שם ערים ומדינות (רוטניום, גרמניום, dubny, צרפת, אירופיום ואחרים). מבטיח אפילו לשרת גיבורים מיתיים (promethium). תופעה נפוצה גם כאשר שם נתון נתון על המאפיינים המוצגים על ידי חומרים פשוטים ומורכבים של אלמנט נתון (מימן, חמצן, פחמן).

השמות כתובים בלטינית, אבל במדינה שלנו יש גם תרגום רוסי של אותם עם נימוקים קבועים. סמל כל אלמנט הוא האות הראשונה של המילה הלטינית או הראשונה וכל אחד מהבאים. דוגמה: סידן (Ca) - סידן, בורון (B) - בורון.

מאפיינים של אטומים של יסודות כימיים

לכל נציג של המערכת התקופתית יש מוזרויות משלה הן במבנה והן בתכונות המתגלות. המאפיין של אלמנט כימי מורכב מניתוח הרכב של שכבות הליבה והאלקטרוניקה שלו, כמו גם את ההגדרה של החומר הפשוט שהוא יוצר, ותרכובות מורכבות.

הרכב הגרעין של אטומים של יסודות כימיים כולל כמה חלקיקים - נוקלאונים:

• פרוטונים הקובעים את המטען החיובי (p ¹ ), וכן חלק מהמסה האטומית;
• נויטרונים המשפיעים על מספר המסה של האלמנט ואין להם תשלום (n ⁰ ).

סוג אחר של חלקיקים הוא אלקטרונים. הם נעים סביב הגרעין ויש להם מטען שלילי (דואר ^-1 ). הכיוון שלהם הוא לא כאוטי, אבל הורה בהחלט. הם נמצאים על אורביטלים (s, p, d ו- f), אשר טופס sublevels ורמות ( שכבות אלקטרוניות ).

המסה האטומית של אלמנט מורכבת מפרוטונים ונייטרונים, שמספרם נקרא "מספר המסה". מספר הפרוטונים הוא פשוט מאוד - הוא שווה למספר הסוד של האלמנט במערכת. ומכיוון שהאטום בכללותו הוא נייטרלי מבחינה חשמלית, כלומר, ללא תשלום בכלל, מספר האלקטרונים השליליים שווה תמיד למספר הפרוטון החיובי.

לכן, המאפיין של אלמנט כימי יכול להינתן על ידי מעמדה במערכת תקופתיים. אחרי הכל, התא מתאר כמעט הכל: המספר הסידורי, ולכן, אלקטרונים ופרוטונים, המסה האטומית (הערך הממוצע של כל האיזוטופים הקיימים של אלמנט זה). זה ניכר באיזו תקופה המבנה ממוקם (ולכן, על כל כך הרבה שכבות יהיה ממוקם אלקטרונים). ניתן גם לחזות את מספר החלקיקים השליליים ברמת האנרגיה האחרונה עבור האלמנטים של תת הקבוצות העיקריות - הוא שווה למספר הקבוצה שבה נמצא האלמנט.

ניתן לחשב את מספר הנייטרונים על ידי חיסור הפרוטון ממספר המסה, כלומר המספר הסידורי. לפיכך, ניתן להשיג ולעבד מלוא הנוסחה האלקטרונית הגרפית עבור כל רכיב כימי, אשר משקפים במדויק את המבנה שלה להראות מצבי חמצון אפשריים המאפיינים לידי ביטוי.

חלוקת אלמנטים בטבע

המחקר של בעיה זו עוסקת מדע שלם - cosmochemistry. הנתונים מראים כי התפלגות האלמנטים על הפלנטה שלנו חוזרת על אותם דפוסים ביקום. המקור העיקרי של גרעיני אטום אור, כבדים ובינוניים הם תגובות גרעיניות המתרחשות בתוך הכוכבים - נוקליוסינתזה. הודות לתהליכים אלה, היקום והחלל החיצוני סיפקו לכוכב הלכת שלנו את כל האלמנטים הכימיים הזמינים.

בסך הכל, מבין 118 הנציגים הטבעיים המקוריים, 89 נתגלו על ידי בני אדם, אלה הם האטומים הבסיסיים ביותר, הנפוצים ביותר. אלמנטים כימיים היו גם מסונתז באופן מלאכותי, על ידי הפצצת גרעינים עם נויטרונים (נוקליאסינתזה בתנאי מעבדה).

החומרים הפשוטים ביותר של אלמנטים כגון חנקן, חמצן ומימן נחשבים לרבים ביותר. פחמן הוא חלק מכל החומרים האורגניים, ולכן גם לוקח עמדה מובילה.

סיווג המבנה האלקטרוני של האטומים

אחד הסיווגים הנפוצים ביותר של כל האלמנטים הכימיים של המערכת היא הפצה של אותם על בסיס של המבנה האלקטרוני. לפי מספר רמות האנרגיה הכלולות בקליפה האטומית ואשר מכיל את האלקטרונים הערכיים האחרונים, ניתן להבחין בין ארבע קבוצות של אלמנטים.

אלמנטים

אלה הם אלה שבהם s- מסלולית מלא עם האחרון. משפחה זו כוללת אלמנטים של הקבוצה הראשונה של תת הקבוצה העיקרית (או מתכות אלקליות). רק אלקטרון אחד ברמה החיצונית קובע את המאפיינים הדומים של הנציגים הללו כסוכני הפחתה חזקים.

P- אלמנטים

רק 30 חתיכות. ואלנס אלקטרונים ממוקמים על p-sublevel. אלה הם היסודות המרכיבים את קבוצות המשנה העיקריות מהקבוצה השלישית עד השמינית, המתייחסים ל -3,4,5,6 תקופות. ביניהם, המאפיינים נמצאים הן מתכות והן טיפוסית אלמנטים מתכתיים.

אלמנטים D ו- F- אלמנטים

אלה הם מתכות המעבר מ 4 עד 7 תקופה ארוכה. רק 32 פריטים. חומרים פשוטים יכולים להפגין הן תכונות חומציות והן בסיסיים (חמצון וצמצום). גם אמפוטרי, כלומר, מעורפל.

משפחת F כוללת lanthanoids ו actinides, שבו האלקטרונים האחרונים ממוקמים על f- אורביטלים.

חומרים שנוצרו על ידי אלמנטים: פשוט

כמו כן, כל המעמדות של יסודות כימיים יכולים להתקיים בצורה של תרכובות פשוטות או מורכבות. לכן, זה נפוץ לשקול אלה נוצרות מאותו המבנה במספרים שונים. לדוגמה, O ₂ הוא חמצן או חמצן, ו- O ₃ הוא אוזון. תופעה זו נקראת allotropy.

אלמנטים כימיים פשוטים, המרכיבים את אותם תרכובות שם, אופייניים לכל נציג של המערכת התקופתית. אבל לא כולם הם אותו דבר במונחים של נכסים. אז, יש חומרים פשוטים, מתכות nonmetals. הטופס הראשון של תת הקבוצות העיקריות עם קבוצת 1-3 וכל קבוצות המשנה בטבלה. ללא מתכות מהווים את תת הקבוצות העיקריות של 4-7 קבוצות. הבסיס השמיני כולל אלמנטים מיוחדים - גזים אצילים או אינרטיים.

בין כל האלמנטים הפשוטים שהתגלו עד כה, 11 גזים, 2 חומרים נוזליים (ברום וכספית) ידועים בתנאים רגילים, כל האחרים מוצקים.

קשרים מורכבים

לאלה המקובל להתייחס כל זה מורכב משני יסודות כימיים או יותר. דוגמאות של מסת, כי תרכובות כימיות ידועים יותר מ -2 מיליון! אלה מלחים, תחמוצות, בסיסים וחומצות, קומפלקסים מורכבים מורכבים, כל החומרים האורגניים.