L'elemento chimico è ... Sistema periodico di elementi chimici

Un elemento chimico è un termine collettivo che descrive un insieme di atomi di una sostanza semplice, cioè uno che non può essere diviso in componenti più semplici (nella struttura delle loro molecole). Immagina di ottenere un pezzo di ferro puro con la richiesta di dividerlo in componenti ipotetici usando qualsiasi dispositivo o metodo mai inventato dai chimici. Tuttavia, non puoi fare nulla, mai il ferro non è diviso in qualcosa di più semplice. Una sostanza semplice - il ferro - corrisponde all'elemento chimico Fe.

Definizione teorica

Il fatto sperimentale annotato sopra può essere spiegato con l'aiuto di questa definizione: un elemento chimico è un insieme astratto di atomi (non molecole!) Della corrispondente sostanza semplice, cioè atomi dello stesso tipo. Se ci fosse un modo di guardare ciascuno dei singoli atomi in un pezzo di ferro puro, menzionato sopra, allora sarebbero tutti uguali: gli atomi di ferro. Al contrario, un composto chimico, come l'ossido di ferro, contiene sempre almeno due diversi tipi di atomi: atomi di ferro e atomi di ossigeno.

Termini che dovresti sapere

Massa atomica : la massa di protoni, neutroni ed elettroni che costituiscono un atomo di un elemento chimico.

Numero atomico : il numero di protoni nel nucleo di un atomo di un elemento.

Simbolo chimico : una lettera o un paio di lettere latine che rappresentano la designazione di questo elemento.

Composti chimici : una sostanza costituita da due o più elementi chimici collegati tra loro in una certa proporzione.

Metallo : un elemento che perde elettroni reazioni chimiche con altri elementi.

Metalloide : un elemento che reagisce a volte come un metallo, e talvolta come un non-metallo.

Non metallico : un elemento che cerca di produrre elettroni in reazioni chimiche con altri elementi.

Sistema periodico di elementi chimici : il sistema di classificazione degli elementi chimici in base al loro numero atomico.

Elemento sintetico : uno che viene ottenuto artificialmente in laboratorio e, di regola, non si trova in natura.

Elementi naturali e sintetici

Novantadue elementi chimici si trovano in natura sulla Terra. Il resto è stato ottenuto artificialmente nei laboratori. Un elemento chimico sintetico è solitamente il prodotto di reazioni nucleari negli acceleratori di particelle (dispositivi utilizzati per aumentare la velocità delle particelle subatomiche, come elettroni e protoni) o reattori nucleari (dispositivi utilizzati per controllare l'energia rilasciata durante le reazioni nucleari). Il primo elemento sintetico ottenuto con il numero atomico 43 era tecnezio, scoperto nel 1937 dai fisici italiani C. Perrier ed E. Segre. Oltre al tecnezio e al promezio, tutti gli elementi sintetici hanno nuclei più grandi di quelli dell'uranio. Quest'ultimo, che ha ricevuto il suo nome, è un elemento chimico sintetico - livermorio (116), e prima era flamerium (114).

Due dozzine di elementi comuni e importanti

* Se il valore non è specificato, l'articolo è inferiore allo 0,1 percento.

Il Big Bang come causa principale della formazione della materia

Qual è stato il primo elemento chimico nell'universo? Gli scienziati credono che la risposta a questa domanda risieda nelle stelle e nei processi attraverso i quali le stelle si formano. Si ritiene che l'universo abbia avuto origine in un dato momento da 12 a 15 miliardi di anni fa. Fino a questo momento, non si pensa a nient'altro che all'energia. Ma è successo qualcosa che ha trasformato questa energia in un'enorme esplosione (il cosiddetto Big Bang). Nei secondi successivi, dopo il Big Bang, la materia cominciò a formarsi.

Le prime forme di materiale protozoico erano protoni ed elettroni. Alcuni di questi sono combinati in atomi di idrogeno. Quest'ultimo consiste di un protone e un elettrone; è l'atomo più semplice che può esistere. Lentamente, per lunghi periodi di tempo, gli atomi di idrogeno cominciarono a riunirsi in certe aree dello spazio, formando nuvole dense. L'idrogeno in queste nuvole era compatto. forze gravitazionali. Alla fine, queste nubi di idrogeno sono diventate abbastanza dense da formare stelle ...

Stelle come reattori chimici di nuovi elementi

Una stella è semplicemente una massa di materia che genera l'energia delle reazioni nucleari. La più comune di queste reazioni è una combinazione di quattro atomi di idrogeno che formano un atomo di elio. Non appena le stelle iniziarono a formarsi, l'elio divenne il secondo elemento che apparve nell'Universo.

Quando le stelle invecchiano, passano dalle reazioni nucleari dell'idrogeno all'idrogeno agli altri tipi. In essi, gli atomi di elio formano atomi di carbonio. Successivamente gli atomi di carbonio formano ossigeno, neon, sodio e magnesio. Ancora più tardi, neon e ossigeno si combinano tra loro per formare il magnesio. Man mano che queste reazioni continuano, si formano sempre più elementi chimici.

I primi sistemi di elementi chimici

Più di 200 anni fa, i chimici hanno iniziato a cercare modi per classificarli. A metà del diciannovesimo secolo, erano conosciuti circa 50 elementi chimici. Una delle domande che i chimici stavano cercando di risolvere. era questo: l'elemento chimico è una sostanza completamente diversa da qualsiasi altro elemento? O alcuni elementi relativi ad altri in qualche modo? Esiste una legge generale che li unifica?

I chimici hanno proposto vari sistemi di elementi chimici. Così, ad esempio, il chimico inglese William Praut nel 1815 suggerì che le masse atomiche di tutti gli elementi sono multipli della massa dell'atomo di idrogeno, se prendiamo per essere uno, cioè devono essere numeri interi. A quel tempo, le masse atomiche di molti elementi erano già state calcolate da J. Dalton in relazione alla massa di idrogeno. Tuttavia, se questo è approssimativamente il caso di carbonio, azoto, ossigeno, quindi il cloro con una massa di 35,5 non si adattava a questo schema.

Il chimico tedesco Johann Wolfgang Dobereiner (1780 - 1849) mostrò nel 1829 che tre elementi del cosiddetto gruppo alogeno (cloro, bromo e iodio) possono essere classificati dai loro masse atomiche relative. Il peso atomico del bromo (79,9) era quasi esattamente la media dei pesi atomici di cloro (35,5) e iodio (127), cioè 35,5 + 127 ÷ 2 = 81,25 (vicino a 79,9). Questo è stato il primo approccio alla costruzione di uno dei gruppi di elementi chimici. Dobereiner scoprì altre due triadi di elementi del genere, ma non riuscì a formulare una legge periodica generale.

Come funzionava il sistema periodico di elementi chimici

La maggior parte dei primi schemi di classificazione non ha avuto molto successo. Poi, intorno al 1869, due chimici hanno fatto quasi una scoperta e quasi allo stesso tempo. Il chimico russo Dmitri Mendeleev (1834-1907) e il chimico tedesco Julius Lothar Meyer (1830-1895) suggerirono di organizzare elementi che hanno proprietà fisiche e chimiche simili in un sistema ordinato di gruppi, file e periodi. Allo stesso tempo, Mendeleev e Meyer hanno indicato che le proprietà degli elementi chimici sono periodicamente ripetute a seconda dei loro pesi atomici.

Oggi, Mendeleev è generalmente considerato lo scopritore della legge periodica, perché ha fatto un passo che Meyer non ha preso. Quando tutti gli elementi si trovavano nella tavola periodica, apparvero alcune lacune. Mendeleev ha predetto che questi sono luoghi per elementi che non sono stati ancora scoperti.

Tuttavia, è andato ancora oltre. Mendeleev ha predetto le proprietà di questi elementi non ancora aperti. Sapeva dove si trovavano nella tavola periodica, in modo da poter prevedere le loro proprietà. È interessante notare che ogni elemento chimico previsto di Mendeleev, il futuro gallio, scandio e germanio furono scoperti meno di dieci anni dopo la pubblicazione della legge periodica.

La forma breve della tavola periodica

Ci sono stati tentativi di calcolare quante varianti dell'immagine grafica del sistema periodico sono state proposte da diversi scienziati. Risultò essere più di 500. Inoltre, l'80% del numero totale di varianti sono tabelle, il resto sono figure geometriche, curve matematiche, ecc. Di conseguenza, quattro tipi di tabelle hanno trovato applicazione pratica: breve, mezzo lungo, lungo e scala (piramidale). Quest'ultimo è stato proposto dal grande fisico N. Bohr.

La figura seguente mostra la forma abbreviata. In esso, gli elementi chimici sono disposti in ordine ascendente dei loro numeri atomici da sinistra a destra e dall'alto verso il basso. Quindi, il primo elemento chimico dell'idrogeno a tavola periodica ha il numero atomico 1 perché il nucleo degli atomi di idrogeno contiene uno e un solo protone. Allo stesso modo, l'ossigeno ha il numero atomico 8, poiché i nuclei di tutti gli atomi di ossigeno contengono 8 protoni (vedi la figura sotto).

I principali frammenti strutturali del sistema periodico sono periodi e gruppi di elementi. In sei periodi, tutte le celle sono riempite, il settimo non è ancora completato (gli elementi 113, 115, 117 e 118, sebbene sintetizzati in laboratorio, non sono ancora registrati ufficialmente e non hanno nomi).

I gruppi sono suddivisi in sottogruppi principale (A) e secondario (B). Gli elementi dei primi tre periodi, contenenti una riga ciascuno, sono inclusi esclusivamente nei sottogruppi A. I restanti quattro periodi includono due righe-righe.

Gli elementi chimici in un gruppo, di regola, hanno proprietà chimiche simili. Quindi, il primo gruppo è metalli alcalini il secondo è alcalino terra. Gli elementi nello stesso periodo hanno proprietà che variano lentamente da metallo alcalino a gas nobile. La figura seguente mostra come una delle proprietà - il raggio atomico - varia per i singoli elementi nella tabella.

Forma a lungo periodo della tavola periodica

È mostrato nella figura sotto ed è diviso in due direzioni, in righe e in colonne. Vi sono sette periodi di riga, come in forma breve e 18 colonne, chiamati gruppi o famiglie. Infatti, si ottiene un aumento del numero di gruppi da 8 in forma breve a 18 in lungo mettendo tutti gli elementi nei periodi a partire dal 4, non in due, ma in una riga.

Per i gruppi vengono utilizzati due diversi sistemi di numerazione, come mostrato nella parte superiore della tabella. Un sistema basato su numeri romani (IA, IIA, IIB, IVB, ecc.) È stato tradizionalmente popolare negli Stati Uniti. L'altro sistema (1, 2, 3, 4, ecc.) È tradizionalmente usato in Europa, ed è stato raccomandato per l'uso negli Stati Uniti alcuni anni fa.

L'aspetto delle tabelle periodiche nelle figure sopra è un po 'fuorviante, come in ogni tabella pubblicata. La ragione di ciò è che i due gruppi di elementi mostrati nella parte inferiore delle tabelle dovrebbero trovarsi al loro interno. I lantanidi, ad esempio, appartengono al periodo 6 tra il bario (56) e l'afnio (72). Inoltre, gli attinidi appartengono al periodo 7 tra il radio (88) e il rutherford (104). Se fossero stati inseriti nel tavolo, sarebbero diventati troppo larghi per adattarsi a un foglio di carta o un grafico a muro. Pertanto, è consuetudine posizionare questi elementi nella parte inferiore della tabella.