1.1 Химический элемент

Понятие "химический элемент" является одним из основных понятий химии. Понятие "элемент " в качестве научного термина впервые использовано Р. Бойлем в 1661г. Со времен Бойля элементом считали всякое простое вещество, которое можно получить в результате разложения сложных веществ, но которое не способно к дальнейшему разложению на еще более простые вещества.

Начало XIX в. ознаменовалось открытием новых количествен­ных закономерностей. Разработка атомно-молекулярной теории позволила Дальтону высказать атомную гипотезу и ввести в хи­мию понятие об относительном атомном весе элементов и опреде­лить атомные веса некоторых элементов. Таким образом, качест­венное своеобразие химических элементов начинают связывать с количественными - относительной атомной массой.

Атомистическая гипотеза в том виде, как она была дана Дальтоном, не могла внести ничего нового в первое определение элемента. По Дальтону, элемент можно определить как вид ато­мов, характеризующихся определенным значением атомного веса. По представлению Дальтона, простые вещества всегда состоят из определенного вида атомов, следовательно, простые вещества суть элементы.

Путаница была устранена позже, когда было установлено, что многие простые вещества образованы из молекул, а не из атомов. Впервые Менделеев в связи с этим указал на необходимость ясно различать два понятия: элемент и простое вещество, или простое тело. «Простое тело - это вещество, металл или металлоид, с ря­дом физических признаков и химических реакций. Ему свойствен частичный вес, содержащий один (как Hg или Cd, а вероятно, и многие другие простые тела) или несколько (S6, S₂, О₂, Нг, С1₂ и т. д.) атомов. Оно способно являться в изомерных и полимерных формах (0₂ и 0₃, S₂ и S₈) и отличается от сложных тел толь­ко тем, что в простом теле все атомы однородны. 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. Углерод есть элемент, а уголь, графит и алмаз суть тела про­стые».

Следовательно, по Менделееву, химический элемент есть вид атомов, входящих в состав простых и сложных тел, характеризую­щийся определенным значением атомной массы.

Наряду с качественными ха­рактеристиками свойств были накоплены сведения о свойствах, которые в отличие от первых подлежат точному измерению, и сре­ди них атомная масса элементов и их валентность, т. е. способ­ность образовывать различные формы соединений.

Итак, открытие новых элементов и изучение свойств элементов и их соединений, с одной стороны, позволили накопить большой фактический материал, с другой - выявили необходимость его си­стематизации. Прежде всего, нужно было решить основной вопрос: являются ли химические элементы разрозненными, независимыми или они закономерно связаны между собой в единую систему.

На языке диалектики естественная систематика должна озна­чать раскрытие взаимосвязи между единичным (элемент) и всеоб­щим (система) через особенное (группа). Решение этой задачи оказалось под силу только такому гению, каким был Менделеев. Оно состояло в открытии периодического закона и разработке пе­риодической системы элементов.

Периодический закон был открыт при поисках классификации химических элементов. Менделеев избирает за основу систематики элементов двойной критерий: атомная масса и химические свойства. Атомная масса - основной решающий признак элемента, средство систематизации, давшее ему возможность превратить хаос накопленных химией фактов и понятий в стройную систему - фундамент современной химии.

Д. И. Менделеев раскрывает содержание периодического зако­на следующим образом:

1. «Элементы, расположенные по величине их атомного веса, представляют явственную периодичность свойств».

2. «Величина атомного веса определяет характер элемента, как величина частицы определяет свойства сложного тела». «Оттого, например, соединения S и Те, С1 и Вг и т. п. при сходстве пред­ставляют и различия весьма ясные».

3. «Должно ожидать открытия еще многих неизвестных про­стых тел».

4. «Величина атомного веса элемента иногда может быть исправлена, зная его аналоги».

5. «Некоторые аналоги элементов открываются по величине веса их атома».

6. «Распространенные в природе простые тела имеют малый атомный вес, а все элементы с малым атомным весом характеризуются разностью свойств. Они поэтому суть типические элементы».

Эти шесть пунктов не только характеризуют содержание за­кона, но раскрывают его методологическое значение как метода познания и предвидения.

Периодический закон и периодическая система получили свое полное подтверждение и дальнейшее развитие при установлении строения атомов элементов.

Мозли в результате исследования рентгеновских спектров эле­ментов показал, что положительный заряд атома элемента чис­ленно равен порядковому номеру в периодической системе. Сле­довательно, химическая природа элемента определяется не мас­сой (атомным весом), а новой величиной - зарядом ядра или по­рядковым номерам.

Периодически изменяющиеся свойства элементов стали связы­вать не с величиной атомного веса, а с величиной заряда ядра или порядкового номера.

Периодический закон претерпел некоторую эволюцию. Теперь его формулируют так: свойства элементов являются периодиче­ской функцией положительного заряда ядра атомов элементов. В связи с этим претерпели эволюцию и некоторые основные понятия химии, например понятие элемента.

Элемент - это вид атомов с положительным одинаковым зарядом ядра (или зани­мающих одно и то же место в таблице Менделеева).

К настоящему времени сложилось определенное представление о структуре атома и ядра и о квантовомеханических свойствах составляющих их частиц. Раскрыт физический смысл периодического закона и дано квантовомеханическое объяснение строения атомов химических элементов периодической системы Менделеева.

Все известные химические в периодической системе образуют 8 вертикальных столбцов- групп, которые состоят из двух подгрупп. Горизонтальные ряды называются периодами, внутри каждого периода наблюдается более или менее равномерный переход от активных металлов через менее активные металлы и слабоактивные неметаллы к очень активным неметаллам, и, наконец, инертным. В некоторых периодах имеются ряды переходных элементов-металлов со сходными химическими свойствами. Структура периодической системы элементов отвечает порядку заполнения электронных оболочек и слоев в атомах, свойствах атомов элементов определяются числом электронов во внешней электронной оболочке.