Химические элементы

 

Официальное определение гласит, что химическим элементом называется совокупность атомов с одинаковым зарядом атомных ядер. Для строительной химии такое определение вряд ли подойдет, так как, чтобы понять его необходимо углубиться в изучение химии. Мы же рассматриваем это понятие, с точки зрения применимости к строительной индустрии. Поэтому, давайте определим понятие химического элемента проще. Вещества, которые не могут больше быть разложены на отдельные элементы, называют химическими элементами или основными веществами.

На сегодня нам известны 92 природных эле­мента, из которых состоят все веще­ства на нашей планете. 17 элементов получе­ны искусственным путем. Что касается при­родных элементов, то 66 из них — металлы, 16 — неметаллы и 6 —полуметаллы. Металлы блестят и являются хо­рошими проводниками электричес­кого тока и тепла. Неметаллы в основном газообразные, преимуще­ственно диэлектрики и плохие про­водники тепла, как, например, сера. Полуметаллы могут иметь как металлические, так и неметалличес­кие свойства, как, например, крем­ний или селен. Все химические элементы обозначаются краткими обозначениями, ко­торые являются производными от их греческого или латинского названия (табл. «Наименование и краткое обозна­чение важнейших элементов»).

Химические элементы состоят из атомов. Атомы определенных элементов, как мы уже рассмотрели выше, имеют одинаковый заряд, т.е. похожи друг на друга. Поэтому различные свойства элементов объясняются различным строением их атомов (рис. «Атомы в химических элементах»).

 

Атомы

 

Атомы, это мельчайшие частички материи, расчленение которых невозможно физичес­кими или химическими методами. Атомы настолько малы, что они невидимы. Поэтому строение атомов и процес­сы, происходящие в атомах, люди представляют с помощью моделей. Согласно мо­дели, которую представил датский естествоиспытатель Нильс Бор (1885—1962) атомы имеют шарообразное строение и состоят из оболочки атома и атомного ядра (см. рис. «Атомы в химических элементах»).

 

 

 

• Диаметр атомной оболочки — 0,0000001 мм.
• Диаметр атомного ядра — 0,000000000001 мм (рис. «Модель атома в сравнительных размерах»).

 

Атомное ядро

 

• Находится в центре атома.
• Заключает в себе почти всю массу атома.
• Состоит из нуклонов или кир­пичиков атомного ядра.

 

Нуклоны подразделяются на протоны, заряженные положи­тельным электрическим зарядом, и нейтроны, которые электричес­ки нейтральны. Ядра атомов могут состоять из нескольких протонов и нейтронов (рис. «Строение атомного ядра»).

 

• Массовое число или число нуклонов равно числу про­тонов и нейтронов в атоме.
• Порядковое число или вели­чина заряда ядра равно чис­лу протонов в атомном ядре.

Атом гелия или элемент гелий имеет порядковое число 2 и массовое число 4. Атом углерода или элемент углерод имеет порядковое число 6 и массовое число 12 (рис. «Обозначение углерода»).

 

Оболочка атома

 

Оболочка атома образована электронами. Они вращаются с большой скоростью в шарообразной области вокруг атомного ядра. Эту область называют электронной обо­лочкой атома (рис. «Модель атома гелия»).

Электроны имеют отрицатель­ный электрический заряд и обладают очень малой массой. По величине отрицательный заряд соответствует по­ложительному заряду протонов в ядре атома. В атоме число электро­нов и протонов одинаково, атом по отношению к внешней среде явля­ется электрически нейтральным. С помощью противоположных по знаку зарядов электроны удержи­ваются на своих орбитах.

 

Электроны группируются в электронные оболочки, которых вокруг ядра может быть до семи. Они находятся от ядра на различных расстояниях. В каждой электрон­ной оболочке может быть определенное максимальное число электронов. Во внут­ренней оболочке может быть 2 электрона, во второй — 8, в третьей — 18, однако во внешней оболочке их может быть тоже 8 (рис. «Изображение много оболочного атома»).

 

Атомная масса

 

При определении атомной массы очень малая масса электронов не учи­тывается. Масса атома водорода или протона составляет 1,67·10^-24 г. Эта величина очень мала. Поэтому ее за­меняют числом 1,008 или 1. Так как масса протона равна массе нейтрона, то атомная масса других элементов во много раз больше этого числа. Поэто­му ее называют относительной атомной массой или массовым числом. Относительная атомная мас­са атома кислорода с 16 нуклонами со­ставляет 15,999 или 16 (табл. «Относительная атомная мас­са некоторых элементов»).

 

При одинаковом количестве ато­мов какого-либо элемента, а именно при 6,02205·10²³ (1 Моль), относи­тельная атомная масса соответствует его атомной массе в граммах (моляр­ная масса).

 

Изотопы

 

Атомы определенного элемента, например углерода, имеют одинако­вое число протонов. Однако число нейтронов может быть разным (рис. «Изотопы углерода»). Атомы одного и того же элемента с разным количеством нейтронов называют изотопами.

Изотопы, например, углерода имеют одинаковые химические свойства, но разные массы. Почти все элементы образуют изотопы, но только в ограниченном количестве.

 

Радиоактивность

 

Изотопы некоторых элементов, например радия (Ra 226), урана (U 235), угле­рода (С 14), излучают энергию. При этом атомные ядра распадаются. Это свой­ство называется радиоактивностью. При этом различают альфа-, бета- и гам­ма-лучи (рис. «Радиоактивное излучение»). Альфа-лучи состоят из ядер гелия. Состоящие из элект­ронов бета-лучи пронизывают стальные листы или свинцовые пластины тол­щиной до 1 мм. Гамма-лучи с очень малой длиной волны возникают при превращениях ядра. Они проникают через бетонные стены толщиной в метр и могут быть остановлены только очень толстыми свинцовыми листами. Они очень опасны для человека и приводят к разрушению тканей.

 

Радиоактивные материалы при­меняют в технике, например для кон­троля толщины материала при изго­товлении бумаги, фольги, пленок и листовых металлических материалов.

 

Периодическая система элементов

 

Если исследовать свойства элемен­тов в порядке их атомных зарядов, то можно заметить, что почти оди­наковые свойства периодически повторяются через 8 элементов. При этом получается 7 строчек или периодов. Период 3, например, объединяет элемен­ты от натрия до аргона (рис. «Элементы периода 3 от 1 до 8 наружных электронов»).

 

 

Если расположить 7 периодов так, что элементы с одинаковыми свойства­ми будут стоять одни под другими, то получится 8 вертикальных колонок или главных групп от I до VIII (табл. «Периодическая система элементов»)

Расположение элементов по их свойствам в 7 горизонтальных периодов и 8 вертикальных колонок или главных групп называется периодической системой элементов, созданной русским ученым Д.И. Менделеевым. О том, сколько работал Дмитрий Иванович Менделеев над своей таблицей, можно почитать здесь.

 

 

Было установлено, что элементы главных групп содержат на внешней электронной орбите каждый раз от 1 до 8 электронов. Элементы главной группы 1 имеют всегда 1 внешний электрон. Они все — металлы, за исключе­нием водорода, и сильно реагируют с неметаллами, как, например, кислород или хлор. Элементы главной группы VIII имеют на внешней орбите по 8 электронов. Они при комнатной температуре газообразные и не соединяют­ся с другими элементами (инертные газы). Металлы находятся в левой части периодической системы, неметаллы — в правой. Между ними расположены полуметаллы. Периодическая система четко показывает, что свойства элемен­тов зависят от количества электронов на их внешних орбитах.

Атомы элементов в подгруппах имеют 1 или 2 внешних электрона и разли­чаются по количеству электронов на их внутренних орбитах. Свойства элемен­тов в подгруппах имеют большое сходство, все они металлы (см. табл. «Периодическая система элементов»).

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЕ ПОЧИТАТЬ: