ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ

ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ. Каждый Э. х.- это совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер и одинаковым числом электронов в атомной оболочке. Ядро атомное состоит из протонов, число к-рых равно атомному номеру элемента, и нейтронов, число к-рых может быть различным. Разновидности атомов одного и того же Э. х., имеющие различные массовые числа (равные сумме масс протонов и нейтронов, образующих ядро), наз. изотопами. В природе мн. Э. х. представлены двумя или большим числом изотопов. Известно 276 стабильных изотопов, принадлежащих 81 природному Э. х., и ок. 1500 радиоактивных изотопов. Изотопный состав природных элементов на Земле, как правило, постоянен; поэтому каждый элемент имеет практически постоянную атомную массу, являющуюся одной из важнейших характеристик элемента. В наст, время (1978) известно 107 Э. х., они, преим. нерадиоактивные, создают всё многообразие простых и сложных веществ. Простое вещество - форма существования элемента в свободном виде. Нек-рые Э. х. существуют в двух или более аллотропных модификациях (напр., углерод в виде графита и алмаза), различающихся по физ. и хим. свойствам; число простых веществ достигает 400 (см. Аллотропия). Иногда понятия "элемент" и -"простое вещество" отождествляются, поскольку в подавляющем большинстве случаев нет различия в названиях Э. х. и образуемых ими простых веществ; "...тем не менее в понятиях такое различие должно всегда существовать",- писал в 1869 Д. И. Менделеев (Соч., т. 13, 1949, с. 490). Сложное вещество - соединение химическое - состоит из химически связанных атомов двух или нескольких различных элементов; известно более 100 тыс. неорганич. и более 3 млн. органич. соединений. Для обозначения Э. х. служат знаки химические, состоящие из первой или первой и одной из последующих букв лат. назв. элемента. В формулах химических и уравнениях химических каждый такой знак (символ) выражает, кроме названия элемента, относительную массу Э. х., равную его ат. массе. Изучение Э. х. составляет предмет химии, в частности неорганической химии.

Историческая справка. В донауч. период химии как нечто непреложное принималось учение Эмпедокла о том, что основу всего сущего составляют четыре стихии: огонь, воздух, вода, земля. Это учение, развитое Аристотелем, полностью восприняли алхимики. В 8-9 вв. они дополнили его представлением о сере (начале горючести) и ртути (начале металличности) как составных частях всех металлов. В 16 в. возникло представление о соли как начале нелетучести, огне-постоянства. Против учения о 4 стихиях и 3 началах выступил Р. Бойль, к-рый в 1661 дал первое науч. определение Э. х. как простых веществ, к-рые не состоят из каких-либо других веществ или друг из друга и образуют все смешанные (сложные) тела. В 18 в. почти всеобщее признание получила гипотеза И. И. Бехера и Г. Э. Шталя, согласно к-рой тела природы состоят из воды, земли и начала горючести - флогистона. В кон. 18 в. эта гипотеза была опровергнута работами А. Л. Лавуазье. Он определил Э. х. как вещества, к-рые не удалось разложить на более простые и из к-рых состоят другие (сложные) вещества, т. е. по существу повторил формулировку Бойля. Но, в отличие от него, Лавуазье дал первый в истории науки перечень реальных Э. х. В него вошли все известные тогда (1789) неметаллы (О, N, H, S, Р, С), металлы (Ag, As, Bi, Co, Ca, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn), а также "радикалы" [муриевый (Cl), плавиковый (F) и борный (В)] и "земли" - ещё не разложенные известь СаО, магнезия Mgp, барит ВаО, глинозём Аl₂Оз и кремнезём SiO₂ (Лавуазье полагал, что "земли" - вещества сложные, но пока это не было доказано на опыте, считал их Э. х.). Как дань времени он включил в список Э. х. невесомые "флюиды" - свет и теплород. Едкие щёлочи NaOH и КОН он считал веществами сложными, хотя разложить их электролизом удалось позже - только в 1807 (Г. Дэви). Разработка Дж. Дальтоном атомной теории имела одним из следствий уточнение понятия элемента как вида атомов с одинаковой относительной массой (атомным весом). Дальтон в 1803 составил первую таблицу ат. масс (отнесённых к массе атома водорода, принятой за единицу) пяти Э. х. (О, N, С, S, P). Тем самым Дальтон положил начало признанию ат. массы как главной характеристики элемента. Дальтон, следуя Лавуазье, считал Э. х. веществами не разложимыми на более простые.

Последующее быстрое развитие химии привело, в частности, к открытию большого числа Э. х. В списке Лавуазье было всего 25 Э. х., включая "радикалы", но не считая "флюидов" и "земель". Ко времени открытия периодического закона Менделеева (1869) было известно уже 63 элемента. Открытие Д. И. Менделеева позволило предвидеть существование и свойства ряда неизвестных тогда Э. х. и явилось основой для установления их взаимосвязи и классификации.

Открытие радиоактивности в кон. 19 в. поколебало более чем столетнее убеждение в том, что атомы нельзя разложить. В связи с этим почти до сер. 20 в. продолжалась дискуссия о том, что такое Э. х. Конец ей положила совр. теория строения атома, к-рая позволила дать строго объективную дефиницию Э. х., приведённую в начале статьи. Распространённость в природе. Распространённость Э. х. в космосе определяется нуклеогенезом внутри звёзд. Хим. состав Солнца, планет земного типа Солнечной системы и метеоритов, по-видимому, практически тождествен. Образование ядер Э. х. связано с различными ядерными процессами в звёздах. Поэтому на разных этапах своей эволюции различные звёзды и звёздные системы имеют неодинаковый хим. состав (см. Космогония). Распространённость и распределение Э. х. во Вселенной, процессы сочетания и миграции атомов при образовании космич. вещества, хим. состав космич. тел изучает космохимия. Осн. массу космич. вещества составляют Н и Не (99,9%). Наиболее разработанной частью космохимии является геохимия.

Из 107 Э. х. только 89 обнаружены в природе, остальные, а именно технеций (ат. н. 43), прометий (ат. н. 61), астат (ат. н. 85), франций (ат. н. 87) и трансурановые элементы, получены искусственно посредством ядерных реакций (ничтожные количества Тс, Pm, Np, Fr образуются при спонтанном делении урана и присутствуют в урановых рудах). В доступной части Земли наиболее распространены 10 элементов с атомными номерами в интервале от 8 до 26. В земной коре они содержатся в следующих относительных количествах:

Элемент

Атомный номер

Содержание, % по массе

О

8

47,00

Si

14

29.50

А1

13

8,05

Fe

26

4,65

Ca

20

3,30

Na

11

2,50

К

19

2,50

Mg

12

1,87

Ti

22

0,45

Mn

25

0,10

Перечисленные 10 элементов составляют 99,92% массы земной коры.

Классификация и свойства. Наиболее совершенную естественную классификацию Э. х., раскрывающую их взаимосвязь и показывающую изменение их свойств в зависимости от ат. н., даёт периодическая система элементов Д. И. Менделеева. По свойствам Э. х. делятся на металлы и неметаллы, причём периодическая система позволяет провести границу между ними (см. табл. в т. 16, стр. 132). Для хим. свойств металлов наиболее характерна проявляемая при хим. реакциях способность отдавать внешние электроны и образовывать катионы, для неметаллов - способность присоединять электроны и образовывать анионы. Неметаллы характеризуются высокой элек-троотрицателъностью. Различают Э. х. главных подгрупп, или непереходные элементы, в к-рых идёт последовательное заполнение электронных подоболочек s и р, и Э. х. побочных подгрупп, или переходные, в к-рых идёт достраивание d- и f-подоболочек. При комнатной темп-ре два Э. х. существуют в жидком состоянии (Hg и Вг), одиннадцать - в газообразном (Н, N, О, F, Cl, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), остальные - в виде твёрдых тел, причём темп-pa плавления их колеблется в очень широких пределах - от ок. 30 ⁰С (Cs 28,5 °С; Ga 29,8 °С) до 3000 °С и выше (Та 2996 °С; W 3410 ⁰С; графит ок. 3800± 200 °С под давлением 125 кбар). О свойствах, получении и применении Э. х. см. в статьях об отдельных элементах, а также о семействах Э. х. (Актиноиды, Инертные газы, Лантаноиды, Платиновые металлы, Рассеянные элементы, Редкие элементы, Редкоземельные элементы).

Лит.: Кедров Б. М., Эволюция понятия элемента в химии, М., 1956; С иб о р г Г. Т., В э л е н с Э. Г., Элементы Вселенной, пер. с англ., М., 1962; С иборг Г., Искусственные трансурановые элементы, пер. с англ., М., 1965; Ф и г уровский Н. А., Открытие химических элементов и происхождение их названий, М., 1970; Популярная библиотека химических элементов, М., 1971 - 73; Н е к р а с о в Б. В., Основы общей химии, 3 изд., [т.] 1 - 2, М., 1973; П о л и н г Л., Общая химия, пер. с англ., М., 1974; ДжуаМ., История химии, пер. с итал., 2 изд., М., 1975; Weeks М. Е., Discovery of the elements, 6 ed., Easton, 1956. С. А. Погодин.