Известно 118 видов таких частиц


Что такое химический элемент?

В химических реакциях происходят превращения одних веществ в другие. Чтобы понять, как это происходит, нужно вспомнить из курса природоведения и физики, что вещества состоят из атомов. Существует ограниченное число видов атомов. Атомы могут различным образом соединяться друг с другом. Как при складывании букв алфавита образуются сотни тысяч разных слов, так из одних и тех же атомов образуются молекулы или кристаллы разных веществ.

Атомы могут образовать молекулы – мельчайшие частицы вещества, которые сохраняют его свойства. Известно, например, несколько веществ, образованных всего из двух видов атомов – атомов кислорода и атомов водорода, но разными видами молекул. К числу таких веществ относятся вода, водород и кислород. Молекула воды состоит из трех частиц, связанных друг с другом. Это и есть атомы.

К атому кислорода (атомы кислорода обозначаются в химии буквой О) присоединены два атома водорода (они обозначаются буквой Н).


Молекула кислорода состоит из двух атомов кислорода; молекула водорода – из двух атомов водорода. Молекулы могут образовываться в ходе химических превращений, а могут и распадаться. Так, каждая молекула воды распадается на два атома водорода и один атом кислорода. Две молекулы воды образуют вдвое больше атомов водорода и кислорода.

Одинаковые атомы связываются попарно в молекулы новых веществ – водород и кислород. Молекулы, таким образом, разрушаются, а атомы сохраняются. Отсюда и произошло слово «атом», что значит в переводе с древнегреческого «неделимый».

Атомы – это мельчайшие химически неделимые частицы вещества

В химических превращениях образуются другие вещества из тех же атомов, из которых состояли исходные вещества. Как микробы стали доступны наблюдению с изобретением микроскопа, так атомы и молекулы – с изобретением приборов, дающих еще большее увеличение и даже позволяющих атомы и молекулы фотографировать. На таких фотографиях атомы выглядят в виде расплывчатых пятен, а молекулы – в виде сочетания таких пятен. Однако существуют и такие явления, при которых атомы делятся, атомы одного вида превращаются в атомы других видов. При этом получены искусственно и такие атомы, которые в природе не найдены. Но эти явления изучаются не химией, а другой наукой – ядерной физикой. Как уже говорилось, существуют и другие вещества, в состав которых входят атомы водорода и кислорода. Но, независимо от того, входят эти атомы в состав молекул воды, или в состав других веществ – это атомы одного и того же химического элемента.


Химический элемент – определенный вид атомов Сколько всего существует видов атомов? На сегодняшний день человеку достоверно известно о существовании 118 видов атомов, то есть 118 химических элементов. Из них в природе встречаются 90 видов атомов, остальные получены искусственно в лабораториях.

Символы химических элементов

В химии для обозначения химических элементов используют химическую символику. Это язык химии. Для понимания речи на любом языке необходимо знать буквы, в химии точно так же. Чтобы понимать и описывать свойства веществ, и изменения, происходящие с ними, прежде всего, необходимо знать символы химических элементов. В эпоху алхимии химических элементов было известно намного меньше, чем сейчас. Алхимики отождествляли их с планетами, различными животными, античными божествами. В настоящее время во всем мире пользуются системой обозначений, введенной шведским химиком Йёнсом Якобом Берцелиусом. В его системе химические элементы обозначают начальной или одной из последующих букв латинского названия данного элемента. Например, элемент серебро обозначается символом – Ag (лат. Argentum). Ниже приведены символы, произношения символов, и названия наиболее распространенных химических элементов. Их нужно заучить на память!

Периодическая Система химических элементов Д.И. Менделеева


Русский химик Дмитрий Иванович Менделеев первым упорядочил разнообразие химических элементов, и на основании открытого им Периодического Закона составил Периодическую Систему химических элементов. Как устроена Периодическая Система химических элементов? На рисунке 58 изображен короткопериодный вариант Периодической Системы. Периодическая Система состоит из вертикальных столбцов и горизонтальных строк. Горизонтальные строки называются периодами. На сегодняшний день все известные элементы размещаются в семи периодах.

Периоды обозначают арабскими цифрами от 1 до 7. Периоды 1–3 состоят из одного ряда элементов – их называют малыми.

Периоды 4–7 состоят из двух рядов элементов, их называют большими. Вертикальные столбцы Периодической Системы называют группами элементов.

Всего групп восемь, и для их обозначения используют римские цифры от I до VIII.

Выделяют главные и побочные подгруппы. Периодическая Система – универсальный справочник химика, с ее помощью можно получить информацию о химических элементах. Существует еще один вид Периодической Системы – длиннопериодный. В длиннопериодной форме Периодической Системы элементы сгруппированы иначе, и распределены на 18 групп.

Распространенность химических элементов в природе

Атомы элементов, встречающихся в природе, распределенные в ней очень неравномерно. В космосе самым распространенным элементом является водород – первый элемент Периодической Системы. На его долю приходится около 93% всех атомов Вселенной. Около 6,9% составляют атомы гелия – второго элемента Периодической Системы.


Остальные 0,1% приходится на все остальные элементы.

Распространенность химических элементов в земной коре значительно отличается от их распространенности во Вселенной. В земной коре больше всего атомов кислорода и кремния. Вместе с алюминием и железом они формируют основные соединения земной коры. А железо и никель – основные элементы, из которых состоит ядро нашей планеты.

Живые организмы также состоят из атомов различных химических элементов. В организме человека больше всего содержится атомов углерода, водорода, кислорода и азота.

Итог статьи про Химические элементы.

  • Химический элемент – определенный вид атомов
  • На сегодняшний день человеку достоверно известно о существовании 118 видов атомов, то есть 118 химических элементов. Из них в природе встречаются 90 видов атомов, остальные – получены искусственно в лабораториях
  • Существует два варианта Периодической Системы химических элементов Д.И. Менделеева – короткопериодный и длиннопериодный
  • Современная химическая символика образована от латинских названий химических элементов
  • Периоды – горизонтальные строки Периодической Системы. Периоды разделяют на малые и большие
  • Группы – вертикальные строки периодической таблицы. Группы разделяют на главные и побочные

Источник: idaten.ru

"Мы можем за месяц получить один атом 118-го элемента"

Сейчас ОИЯИ строит первую в мире фабрику сверхтяжёлых элементов на базе ускорителя ионов DRIBs-III (Dubna Radioactive Ion Beams), самого мощного в своей области энергий. Там будут синтезировать сверхтяжёлые элементы восьмого периода (119, 120, 121) и производить радиоактивные материалы для мишеней. Эксперименты начнутся в конце 2017 — начале 2018 года. Андрей Попеко, из лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова ОИЯИ, рассказал, зачем всё это нужно.

Андрей Георгиевич, как предсказывают свойства новых элементов?

Андрей Попеко: Основное свойство, из которого следуют все остальные, — это масса ядра. Предсказать её очень сложно, но, исходя из массы, уже можно предположить, как ядро будет распадаться. Есть разные экспериментальные закономерности. Вы можете изучать ядро и, скажем, пытаться описать его свойства. Зная что-то о массе, можно говорить об энергии частиц, которые будет испускать ядро, делать предсказания о времени его жизни. Это довольно громоздко и не очень точно, но более-менее надёжно. А вот если ядро делится спонтанно, прогнозирование становится делом гораздо более сложным и менее точным.


Что мы можем сказать о свойствах 118-го?

Андрей Попеко: Он живёт 0,07 секунды и испускает альфа-частицы с энергией 11,7 МэВ. Это измерено. В дальнейшем можно сравнивать экспериментальные данные с теоретическими и поправлять модель.

На одной из лекций вы говорили, что таблица, возможно, заканчивается на 174-м элементе. Почему?

Андрей Попеко: Предполагается, что дальше электроны просто упадут на ядро. Чем больше заряд ядра, тем сильнее оно притягивает электроны. Ядро — плюс, электроны — минус. В какой-то момент ядро притянет электроны настолько сильно, что они должны упасть на него. Наступит предел элементов.

Могут ли такие ядра существовать?

Андрей Попеко: Полагая, что существует 174-й элемент, мы полагаем, что существует и его ядро. Но так ли это? Уран, 92-й элемент, живёт 4,5 млрд лет, а 118-й — меньше миллисекунды. Собственно, раньше считалось, что таблица заканчивается на элементе, время жизни которого пренебрежимо мало. Потом выяснилось, что не всё так однозначно, если двигаться по таблице. Сначала время жизни элемента падает, потом, у следующего, немножко увеличивается, потом опять падает.

Когда увеличивается — это и есть остров стабильности?

Андрей Попеко: Это указание на то, что он есть. На графиках это хорошо видно.


Тогда что же такое сам остров стабильности?

Андрей Попеко: Некоторая область, в которой находятся ядра изотопов, обладающие более долгим по сравнению с соседями временем жизни.

Эту область ещё предстоит найти?

Андрей Попеко: Пока только самый краешек зацепили.

Что вы будете искать на фабрике сверхтяжёлых элементов?

Андрей Попеко: Эксперименты по синтезу элементов занимают много времени. В среднем полгода непрерывной работы. Мы можем за месяц получить один атом 118-го элемента. Кроме того, мы работаем с высокорадиоактивными материалами, и наши помещения должны отвечать специальным требованиям. Но когда создавалась лаборатория, их ещё не было. Сейчас строится отдельное здание с соблюдением всех требований радиационной безопасности — только для этих экспериментов. Ускоритель сконструирован для синтеза именно трансуранов. Мы будем, во-первых, подробно изучать свойства 117-го и 118-го элементов. Во-вторых, искать новые изотопы. В-третьих, пробовать синтезировать ещё более тяжёлые элементы. Можно получить 119-й и 120-й.

Планируются эксперименты с новыми материалами для мишеней?

Андрей Попеко: Мы уже начали работать с титаном. На кальций потратили в общей сложности 20 лет — получили шесть новых элементов.

К сожалению, научных областей, где Россия занимает ведущие позиции, не так много. Как нам удаётся побеждать в борьбе за трансураны?


Андрей Попеко: Собственно, здесь лидерами всегда были Соединённые Штаты и Советский Союз. Дело в том, что основным материалом для создания атомного оружия был плутоний — его требовалось как-то получать. Потом задумались: а не использовать ли другие вещества? Из ядерной теории следует, что нужно брать элементы с чётным номером и нечётным атомным весом. Попробовали кюрий-245 — не подошёл. Калифорний-249 тоже. Стали изучать трансурановые элементы. Так получилось, что первыми этим вопросом занялись Советский Союз и Америка. Потом Германия — там в 60-е годы была дискуссия: стоит ли ввязываться в игру, если русские с американцами уже всё сделали? Теоретики убедили, что стоит. В итоге немцы получили шесть элементов: со 107-го по 112-й. Кстати, метод, который они выбрали, разрабатывал в 70-е годы Юрий Оганесян. И он, будучи директором нашей лаборатории, отпустил ведущих физиков помогать немцам. Все удивлялись: "Как это?" Но наука есть наука, здесь не должно быть конкуренции. Если есть возможность получить новые знания, надо участвовать.

В ОИЯИ выбрали другой метод?

Андрей Попеко: Да. Оказалось, что тоже удачный. Несколько позже подобные эксперименты стали проводить японцы. И синтезировали 113-й. Мы получили его почти на год раньше как продукт распада 115-го, но не стали спорить. Бог с ними, не жалко. Эта группа японская стажировалась у нас — многих из них мы знаем лично, дружим. И это очень хорошо. В некотором смысле это наши ученики получили 113-й элемент. Они же, кстати, подтвердили наши результаты. Желающих подтверждать чужие результаты немного.


Для этого нужна определённая честность.

Андрей Попеко: Ну да. А как по-другому? В науке, наверное, вот так.

Каково это — изучать явление, которое по-настоящему поймут от силы человек пятьсот во всём мире?

Андрей Попеко: Мне нравится. Я всю жизнь этим занимаюсь, 48 лет.

Большинству из нас невероятно сложно понять, чем вы занимаетесь. Синтез трансурановых элементов — не та тема, которую обсуждают за ужином с семьёй.

Андрей Попеко: Мы генерируем новые знания, и они не пропадут. Если мы можем изучать химию отдельных атомов, значит, обладаем аналитическими методами высочайшей чувствительности, которые заведомо пригодны для изучения веществ, загрязняющих окружающую среду. Для производства редчайших изотопов в радиомедицине. А кто поймёт физику элементарных частиц? Кто поймёт, что такое бозон Хиггса?

Да. Похожая история.

Андрей Попеко: Правда, людей, понимающих, что такое бозон Хиггса, всё же больше, чем разбирающихся в сверхтяжёлых элементах… Эксперименты на Большом адронном коллайдере дают исключительно важные практические результаты. Именно в Европейском центре ядерных исследований появился интернет.

Интернет — любимый пример физиков.

Андрей Попеко: А сверхпроводимость, электроника, детекторы, новые материалы, методы томографии? Всё это побочные эффекты физики высоких энергий. Новые знания никогда не пропадут.


Ванадий, V (1801 г.). Ванадис — скандинавская богиня любви, красоты, плодородия и войны (как у неё всё это получается?). Повелительница валькирий. Она же Фрейя, Гефна, Хёрн, Мардёлл, Сюр, Вальфрейя. Это имя дано элементу потому, что он образует разноцветные и очень красивые соединения, а богиня вроде тоже очень красивая.

Ниобий, Nb (1801 г.). Изначально назывался колумбием в честь страны, откуда привезли первый образец минерала, содержащего этот элемент. Но потом был открыт тантал, который практически по всем химическим свойствам совпадал с колумбием. В итоге решено было назвать элемент именем Ниобы, дочери греческого царя Тантала.

Палладий, Pd (1802 г.). В честь открытого в том же году астероида Паллада, название которого тоже восходит к мифам Древней Греции.

Кадмий, Cd (1817 г.). Изначально этот элемент добывали из цинковой руды, греческое название которой напрямую связано с героем Кадмом. Сей персонаж прожил яркую и насыщенную жизнь: победил дракона, женился на Гармонии, основал Фивы.

Прометий, Pm (1945 г.). Да, это тот самый Прометей, который отдал огонь людям, после чего имел серьёзные проблемы с божественными властями. И с печенью.

Самарий, Sm (1878 г.). Нет, это не совсем в честь города Самары. Элемент был выделен из минерала самарскита, который предоставил европейским учёным горный инженер из России Василий Самарский-Быховец (1803-1870). Можно считать это первым попаданием нашей страны в таблицу Менделеева (если не брать в расчёт её название, конечно).

Гадолиний, Gd (1880 г. Назван в честь Юхана Гадолина (1760-1852), финского химика и физика, открывшего элемент иттрий.

Тантал, Ta (1802 г.). Греческий царь Тантал обидел богов (есть разные версии, чем именно), за что в подземном царстве его всячески мучили. Примерно так же страдали учёные, пытаясь получить чистый тантал. На это ушло больше ста лет.

Торий, Th (1828 г.). Первооткрывателем был шведский химик Йёнс Берцелиус, который и дал элементу имя в честь сурового скандинавского бога Тора.

Кюрий, Cm (1944 г.). Единственный элемент, названный в честь двух человек — нобелевских лауреатов супругов Пьера (1859-1906) и Марии (1867-1934) Кюри.

Эйнштейний, Es (1952 г.). Тут всё понятно: Эйнштейн, великий учёный. Правда, синтезом новых элементов никогда не занимался.

Фермий, Fm (1952 г). Назван в честь Энрико Ферми (1901-1954), итало-американского учёного, внёсшего большой вклад в развитие физики элементарных частиц, создателя первого ядерного реактора.

Менделевий, Md (1955 г.). Это в честь нашего Дмитрия Ивановича Менделеева (1834-1907). Странно только, что автор периодического закона попал в таблицу не сразу.

Нобелий, No (1957 г.). Вокруг названия этого элемента долго шли споры. Приоритет в его открытии принадлежит учёным из Дубны, которые назвали его жолиотием в честь ещё одного представителя семейства Кюри — зятя Пьера и Марии Фредерика Жолио-Кюри (тоже нобелевского лауреата). Одновременно с этим группа физиков, работавших в Швеции, предложила увековечить память Альфреда Нобеля (1833-1896). Довольно долго в советской версии таблицы Менделеева 102-й значился как жолиотий, а в американской и европейской — как нобелий. Но в итоге ИЮПАК, признавая советский приоритет, оставил западную версию.

Лоуренсий, Lr (1961 г.). Примерно та же история, что и с нобелием. Учёные из ОИЯИ предложили назвать элемент резерфордием в честь "отца ядерной физики" Эрнеста Резерфорда (1871-1937), американцы — лоуренсием в честь изобретателя циклотрона физика Эрнеста Лоуренса (1901-1958). Победила американская заявка, а резерфордием стал 104-й элемент.

Резерфордий, Rf (1964 г.). В СССР он назывался курчатовием в честь советского физика Игоря Курчатова. Окончательное название было утверждено ИЮПАК только в 1997 году.

Сиборгий, Sg (1974 г.). Первый и единственный до 2016 года случай, когда химическому элементу присвоили имя здравствующего учёного. Это было исключение из правила, но уж больно велик вклад Гленна Сиборга в синтез новых элементов (примерно десяток клеток в таблице Менделеева).

Борий, Bh (1976 г.). Тут тоже была дискуссия о названии и приоритете открытия. В 1992 году советские и немецкие учёные договорились назвать элемент нильсборием в честь датского физика Нильса Бора (1885-1962). ИЮПАК утвердил сокращённое название — борий. Это решение нельзя назвать гуманным по отношению к школьникам: им приходится запомнить, что бор и борий — это совершенно разные элементы.

Мейтнерий, Mt (1982 г.). Назван в честь Лизы Мейтнер (1878-1968), физика и радиохимика, работавшей в Австрии, Швеции и США. Кстати, Мейтнер была одним из немногих крупных учёных, отказавшихся участвовать в Манхэттенском проекте. Будучи убеждённой пацифисткой, она заявила: "Я не стану делать бомбу!".

Рентгений, Rg (1994 г.). В этой клеточке увековечен открыватель знаменитых лучей, первый в истории нобелевский лауреат по физике Вильгельм Рентген (1845-1923). Элемент синтезировали немецкие учёные, правда, в исследовательскую группу входили и представители Дубны, в том числе Андрей Попеко.

Коперниций, Cn (1996 .). В честь великого астронома Николая Коперника (1473-1543). Как он оказался в одном ряду с физиками XIX-XX века, не совсем понятно. И уж совсем непонятно, как называть элемент по-русски: коперниций или коперникий? Допустимыми считаются оба варианта.

Флеровий, Fl (1998 г.). Утвердив это название, международное сообщество химиков продемонстрировало, что ценит вклад российских физиков в синтез новых элементов. Георгий Флёров (1913-1990) руководил лабораторией ядерных реакций в ОИЯИ, где были синтезированы многие трансурановые элементы (в частности, от 102-го до 110-го). Достижения ОИЯИ увековечены также в названиях 105-го элемента (дубний), 115-го (московий — в Московской области расположена Дубна) и 118-го (оганесон).

Оганесон, Og (2002 г.). Первоначально о синтезе 118-го элемента заявили американцы в 1999 году. И предложили назвать его гиорсий в честь физика Альберта Гиорсо. Но их эксперимент оказался ошибочным. Приоритет открытия признали за учёными из Дубны. Летом 2016 года ИЮПАК рекомендовал дать элементу название оганесон в честь Юрия Оганесяна.

Источник: rg.ru

А́том (от др.-греч. ἄτομος — неделимый) — частица вещества микроскопических размеров и массы, наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.

Атом состоит из атомного ядра и электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положительным или отрицательным зарядом и называется ионом.В некоторых случаях под атомами понимают только электронейтральные системы, в которых заряд ядра равен суммарному заряду электронов, тем самым противопоставляя их электрически заряженным ионам.

Ядро, несущее почти всю (более чем 99,9 %) массу атома, состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов, связанных между собой при помощи сильного взаимодействия. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: число протонов Z соответствует порядковому номеру атома в периодической системе и определяет его принадлежность к некоторому химическому элементу, а число нейтронов N — определённому изотопу этого элемента. Число Z также определяет суммарный положительный электрический заряд (Ze) атомного ядра и число электронов в нейтральном атоме, задающее его размер.

Атомы различного вида в разных количествах, связанные межатомными связями, образуют молекулы.

Свойства атома

По определению, любые два атома с одним и тем же числом протонов в их ядрах относятся к одному химическому элементу. Атомы с одним и тем же количеством протонов, но разным количеством нейтронов называют изотопами данного элемента. Например, атомы водорода всегда содержат один протон, но существуют изотопы без нейтронов (водород-1, иногда также называемый протием — наиболее распространённая форма), с одним нейтроном (дейтерий) и двумя нейтронами (тритий). Известные элементы составляют непрерывный натуральный ряд по числу протонов в ядре, начиная с атома водорода с одним протоном и заканчивая атомом унуноктия, в ядре которого 118 протонов. Все изотопы элементов периодической системы, начиная с номера 83 (висмут), радиоактивны.

Масса

Поскольку наибольший вклад в массу атома вносят протоны и нейтроны, суммарное число этих частиц называют массовым числом. Массу покоя атома часто выражают в атомных единицах массы (а. е. м.), которая также называется дальтоном (Да). Эта единица определяется как 1⁄12 часть массы покоя нейтрального атома углерода-12, которая приблизительно равна 1,66·10−24 г. Водород-1 — наилегчайший изотоп водорода и атом с наименьшей массой, имеет атомный вес около 1,007825 а. е. м. Масса атома приблизительно равна произведению массового числа на атомную единицу массы Самый тяжёлый стабильный изотоп — свинец-208 с массой 207,9766521 а. е. м.

Так как массы даже самых тяжёлых атомов в обычных единицах (например, в граммах) очень малы, то в химии для измерения этих масс используют моли. В одном моле любого вещества по определению содержится одно и то же число атомов (примерно 6,022·1023). Это число (число Авогадро) выбрано таким образом, что если масса элемента равна 1 а. е. м., то моль атомов этого элемента будет иметь массу 1 г. Например, углерод имеет массу 12 а. е. м., поэтому 1 моль углерода весит 12 г.

Размер

Атомы не имеют отчётливо выраженной внешней границы, поэтому их размеры определяются по расстоянию между ядрами соседних атомов, которые образовали химическую связь (Ковалентный радиус) или по расстоянию до самой дальней из стабильных орбит электронов в электронной оболочке этого атома (Радиус атома). Радиус зависит от положения атома в периодической системе, вида химической связи, числа ближайших атомов (координационного числа) и квантово-механического свойства, известного как спин. В периодической системе элементов размер атома увеличивается при движении сверху вниз по столбцу и уменьшается при движении по строке слева направо. Соответственно, самый маленький атом — это атом гелия, имеющий радиус 32 пм, а самый большой — атом цезия (225 пм). Эти размеры в тысячи раз меньше длины волны видимого света (400—700 нм), поэтому атомы нельзя увидеть в оптический микроскоп. Однако отдельные атомы можно наблюдать с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

Малость атомов демонстрируют следующие примеры. Человеческий волос по толщине в миллион раз больше атома углерода. Одна капля воды содержит 2 секстиллиона (2·1021) атомов кислорода, и в два раза больше атомов водорода. Один карат алмаза с массой 0,2 г состоит из 10 секстиллионов атомов углерода. Если бы яблоко можно было увеличить до размеров Земли, то атомы достигли бы исходных размеров яблока.

Учёные из Харьковского физико-технического института представили первые в истории науки снимки атома. Для получения снимков учёные использовали электронный микроскоп, фиксирующий излучения и поля (field-emission electron microscope, FEEM). Физики последовательно разместили десятки атомов углерода в вакуумной камере и пропустили через них электрический разряд в 425 вольт. Излучение последнего атома в цепочке на фосфорный экран позволило получить изображение облака электронов вокруг ядра.

Источник: www.sites.google.com

Важнейшие понятия атомно-молекулярного учения

Согласно атомно-молекулярному учению, главными объектами химии являются атомы, молекулы, химические элементы, простые и сложные вещества.

Атом

Атомы — химически неделимые частицы, которые сохраняются при химических реакциях, но при этом частично может меняться строение электронной оболочки. Однако атомы разрушаются в процессе ядерных реакций.

Атом — это наименьшая, химически неделимая, электронейтральная частица элемента, которая состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженной электронной оболочки.

Атом — это система, состоящая из ядра и электронной оболочки. В состав атомного ядра, радиус которого в 10000 раз меньше (10-14 -10-15 м) радиуса атома (~ 10-10 м), входят ядерные частицы нуклоны.

Нуклоны — это положительно заряженные протоны и электронейтральные нейтроны. Электронная оболочка, размер которой определяет радиус всего атома — это совокупность электронов. Положительный заряд ядра определяется количеством протонов и равна по абсолютной величине отрицательному заряду электронной оболочки, который соответствует количеству электронов. Благодаря равенству по абсолютной величине зарядов протонов и электронов, атом электронейтрален. Протоны, нейтроны и электроны объединяются общим названием — субатомные частицы.

Массы протона и нейтрона практически одинаковы, а масса электрона в 1836 раз меньше, поэтому вся масса атома фактически сосредоточена в его ядре. По этой причине плотность вещества в ядре фантастически велика — порядка 1013 -1014 г / см3 . Массы атомов различных элементов колеблются от 1,67 · 10-27 кг (атом водорода) до 4,42 · 10-25 кг (атом мейтнерия — элемента № 109).

Количественными характеристиками атома является заряд ядра и относительная атомная масса Аr . Эти величины указываются в периодической системе элементов.

Заряд ядра атома равен порядковому номеру элемента (закон Мозли).

Поскольку массы атомов очень малы, в химии внедрена внесистемная единица измерения, называемая атомной единицей массы (а.е.м.) и равна одной двенадцатой массы атома изотопа углерода-12 (m (атома 12 С) = 19,92 · 10-27 кг):

Относительная атомная масса Аr — это физическая величина, равная отношению средней массы атома элемента к одной двенадцатой массы атома изотопа углерода-12:

Известно 118 видов таких частиц

В системе измерений СИ Аr — безразмерная величина. Внесистемная единица измерения относительной атомной массы — а.е.м. Абсолютная масса атома равна произведению его относительной атомной массы на 1/12 массы атома углерода — 12 , например

m (ат.О) = А r (О) · 1,66 · 10— 27 = 16 · 1,66 · 10— 27 = 26,56 · 10— 27 кг.

Атом носителем химических свойств элемента . Вместе с этим у атомов одного элемента могут быть разные массы вследствие явления изотопии , при котором атомы одного элемента содержат одинаковое количество протонов в ядре, но разное количество нейтронов, что сказывается на их массе .

Молекула

Молекулы — это реально существующие природные объекты, что подтверждается многими экспериментально доказанными фактами.

Молекула — это наименьшая частица вещества, которая способна самостоятельно существовать и имеет все химические свойства вещества.

Как материальные частицы молекулы имеют размеры и массы. Размеры молекул колеблются в пределах 10-10 — 10-7 м. Масса отдельной молекулы чрезвычайно мала. Так, масса молекулы воды составляет 2,895×10-26 кг.

Молекула сохраняет химические свойства вещества. Известно, что вещество характеризуется определенными физическими и химическими свойствами. Физические свойства — это агрегатное состояние, плотность, температуры кипения и плавления, электропроводность, диэлектрическая проницаемость, цвет, запах, вкус и тому подобное. Понятно, что перечисленные свойства веществ могут быть присущи не одной молекуле, а достаточно большой их совокупности. Однако молекула имеет и собственные физические свойства: дипольный и магнитный моменты, способность к поляризации и тому подобное. А химические свойства вещества (способность вступать в химическое взаимодействие с другими веществами) в полной мере относятся и каждой отдельной молекуле.

Молекулы состоят из атомов, которые соединены между собой химическими связями в определенной последовательности и определенным образом ориентированы в пространстве. Количество атомов в молекуле колеблется от двух (Н2, О2, НСl) до нескольких тысяч (витамины, гормоны, белки). Атомы благородных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) иногда называют одноатомными молекулами. Состав молекулы — важнейшая характеристика молекулы и вещества — описывается химическими формулами.

Известно 118 видов таких частиц
Схематическое модель молекулы NH3

Между молекулами есть расстояния, обусловленные агрегатным состоянием вещества: в газах они составляют 10-8 — 10-7 м, в твердых телах — примерно 10-10 м.

При физических явлениях молекулы сохраняются, а при химических превращениях — разрушаются, образуя новые вещества.

Количественной характеристикой молекулы является относительная молекулярная масса Мr .

Относительная молекулярная масса Мr— это отношение средней массы молекулы вещества к 1/12 массы атома углерода-12.

В системе СИ относительная молекулярная масса Mr — безразмерная величина, а внесистемной единицей ее измерения является а.е.м.

Относительная молекулярная масса Мr равна сумме относительных атомных масс Аr элементов, входящих в состав молекулы, с учетом количества атомов каждого элемента , например:

r (SO 2 ) = A r (S) + 2 A r (O) = 32 + 2 · 16 = 64 а.е.м.

Абсолютная масса молекулы определяется как произведение Мr на атомную единицу массы:

m (молекулы SO 2 ) = M r (SO 2 ) · 1,66 · 10 — 27 = 64 · 1,66 · 10 — 27 = 1,06 · 10 — 25 кг.

Молекулярное строение имеют органические соединения и часть неорганических веществ, но большинство неорганических веществ состоит из ионов, в которых носителями химических свойств является условные частицы — ассоциаты ионов. Поэтому к веществам ионной строения невозможно применять понятие «молекула» так же как и к металлов и их сплавов, кристаллическая решетка которых имеет свои специфические особенности. Таким образом, с современной точки зрения молекула — это наименьшая электронейтральна замкнутая совокупность атомов, образует определенную структуру с помощью химических связей.

Химический элемент

Сейчас известно 118 химических элементов: из них 89 обнаружены в природе, а другие получены искусственно при проведении ядерных реакций.

Химический элемент — это вид атомов с одинаковым зарядом ядра.

Каждый элемент имеет свое название и символ. Названия элементов с порядковыми номерами 104-109 утверждены советом IUPAC (1997.) Позже были названы другие элементы. Теперь элемент №104 имеет следующие название и символ: Резерфорд Rf, №105 — Дубний Db, №106 — Сиборгий Sg, №107 — Борий Bh, элемент №108 — Хассий Hs, №109 — Мейтнерий Mt, №110 — Дармштадтий Ds. Химические элементы №№111-118 еще не получили официальных названий, поэтому их пока называют по порядковым номерам, например: №111 — Унунуний Uuu (один, один, один) №112 — Унунбий Uub (один, один, два) и т.д.

Химический символ означает, во-первых, название элемента, во-вторых, — один атом этого элемента при записях формул химических реакций.

Носителем свойств химических элементов является атом. Входя в состав различных веществ, атомы каждого элемента придают им определенных свойств. Так, вещества NaCl, Na2S, Na2O имеют некоторые общие свойства благодаря наличию иона Na+ , но также и различия за счет ионов Cl , S2 , O2.

Основной количественной характеристикой элемента является заряд ядра его атомов Z , совпадающей с порядковым номером элемента. В природе отсутствуют различные химические элементы, которые должны одинаковый заряд ядра, поэтому можно однозначно определить элемент с зарядом ядра его атома. Относительная атомная масса Аr тоже в определенной степени может служить количественной характеристикой элемента, но не исчерпывающей, так как по величине Аr невозможно определить элемент. Существуют атомы различных элементов с одинаковыми Аr — так называемые изобары. С другой стороны, как уже упоминалось, существуют атомы одного и того же элемента с различными Аr — изотопы.

Формулы изотопов конечно записывают с помощью символа химического элемента, отметив заряд ядра (слева снизу) и массового числа (слева сверху). Исключением являются изотопы элемента водорода, для которых наряду с традиционной символикой допускаются и индивидуальные названия и обозначения.

Простые и сложные соединения

Поскольку вещество — это любая совокупность атомов или молекул, то по составу все соединения можно разделить на простые и сложные.

Простыми веществами называются вещества, которые состоят из атомов одного элемента; простые вещества — это форма существования химического элемента в свободном состоянии.

Насчитывается более 500 простых веществ, а элементов известно всего 118. Такое расхождение объясняется явлением под названием аллотропия.

Аллотропия — это способность элемента образовывать несколько простых, отличающихся по свойствам веществ, которые называются аллотропными модификациями, или алотропамы.

Простые вещества могут иметь молекулярное и немолекулярное строение — атомное или металлическое. Молекулярное строение присуще кислороду, галогенам; атомное — благородным газам, алмазу, графиту; металлическое — металлам в разном состоянии.

Сложными веществами называются вещества, содержащие атомы различных элементов, то есть это форма существования элементов в связанном состоянии.

Сложные вещества могут иметь как молекулярное строение (Н2S, CH4, HCl, H2O), так и немолекулярное: ионное (NaCl, Na2O, NaOH) или металлическое (Fe3C — карбид железа).

Химические реакции, их классификация

Химическими реакциями являются процессы, при которых изменяется состав соединений вследствие разрушения связей в одних веществах и образования новых соединений.

Химические реакции — это явления, при которых происходят превращения одних веществ в другие без изменения состава атомных ядер.

Для условного записи химических реакций применяют уравнения химических реакций, где в левой части указывают формулы исходных веществ, а в правой — конечных продуктов, образовавшихся в результате реакции Перед формулами всех веществ проставляют необходимые стехиометрические коэффициенты — числа, с помощью которых сравнивают количества атомов каждого элемента слева и справа.

Итак, уравнение химической реакции — условный запись, в которой с помощью химических формул соединений и стехиометрических коэффициентов отмечают состав и количество исходных веществ и продуктов реакции .

Химические реакции всегда сопровождаются физическими эффектами, которые подтверждают протекание реакции. Визуальными признаками химических реакций обычно является выделение газа, выпадение осадка, изменение окраски реакционной среды или тепловой эффект.

Для химических реакций, проходящих между неорганическими реагентами, чаще всего используются такие классификации:

  1. По признаку изменения количества и состава исходных веществ и конечных продуктов все реакции делятся на типы:
    • реакции разложения, в которых из одного сложного вещества образуется несколько продуктов. В общем виде:
    • реакции соединения , в которых из нескольких веществ относительно простого состава образуется одна сложное вещество:
    • реакции замещения, в которых простое вещество замещает составную часть сложного вещества, в результате чего образуются другие простая и сложная вещества: A + B C→ A B + CA+BC→AB+C.
    • реакции обмена, в которых молекулы сложных веществ обмениваются своими составными частями: A B + CD → A D + B CAB+CD→AD+BC.
  2. По признаку изменения валентных состояний атомов выделяют:
    • окислительно-восстановительные реакции, при которых происходит изменение степеней окисления у атомов одного или нескольких исходных веществ. Этот тип реакций подробно будет рассматриваться позже, а здесь мы ограничимся только примером окислительно-восстановительной реакции с указанием степеней окисления:
    • реакции невалентных преобразований, в процессе которых меняется только состав веществ, а электронные оболочки отдельных атомов остаются неизменными, а значит и степени окисления в атомах всех элементов не изменяются. Типичными случаями реакций невалентных преобразований являются реакции обмена, а также некоторые реакции соединения и разложения.
  3. В зависимости от направления течения реакции делятся на:
    • оборотные, при которых протекание реакций происходит как в прямом, так и в обратном направлении. Следует помнить, что при записи оборотных реакций вместо знаков равенства или стрелочки (= или →→) Ставят две стрелки, направленные в противоположные стороны (↔↔ или ⇔⇔).
    • необратимые, идущие в одном направлении до полного расходования хотя бы одного из реагентов. Как правило, необратимые реакции имеют одну из следующих признаков: а) продукты, получаемые, выходят из реакционной среды в виде осадка или газа; b) образуются малодиссоциированные соединения (то есть слабые электролиты: вода, слабая кислота или слабое основание) с) выделяется большое количество теплоты (горение, взрыв).
  4. По агрегатному или фазовым состоянием реакции делятся на следующие группы:
    • гомогенные, при которых вещества, содержащиеся в системе, не отделяются друг от друга поверхностью раздела фаз;
    • гетерогенные, характеризующихся наличием поверхности раздела фаз, то есть хоть одно соединение находится в другом агрегатном состоянии, чем остальные веществ.
  5. По характеру энергетического воздействия выделяют следующие реакции:
    • термохимические, которые сопровождаются тепловым эффектом, то есть энергия подводится или отводится в форме теплоты. По знаку тепловых эффектов реакции делятся на следующие типы:
      • экзотермические, сопровождающиеся выделением теплоты;
      • эндотермические, при которых теплота поглощается;
    • фотохимические, которые происходят под действием света сопровождаются излучением световой энергии
    • электрохимические, протекающих под действием электрической энергии или сами являются источником электрического тока. Электрохимические реакции происходят в гальванических элементах, при электролизе и при коррозии металлов.
  6. В зависимости от природы реагирующих частиц реакции могут быть:
    • молекулярными, при которых взаимодействие между веществами проходит результате столкновения отдельных молекул реагирующих веществ;
    • ионными, протекающих при взаимодействии между ионами;
    • радикальными, при которых одной из взаимодействующих частиц является радикал. Радикалы при записи обозначают с помощью точки рядом с формулой (∙∙).
  7. При наличии постороннего влияния на скорость реакции они делятся на:
    • каталитические, протекающих в присутствии катализаторов — специальных веществ, которые ускоряют реакцию;
    • некаталитические, в которых ускоряющий влияние катализатора отсутствует.

Одна и та же реакция в зависимости от признака рассматриваемого может классифицироваться по-разному. Например, синтез NH3 с N2 и H2 в присутствии железного катализатора является реакцией сообщения и одновременно относится к окислительно-восстановительным, гомогенным, молекулярным, каталитическим, термохимическим и оборотным реакциям.

Источник: www.polnaja-jenciklopedija.ru

Атомы — основные единицы материи. Термин происходит от древнегреческого "неделимый", потому что раньше считалось, что атомы являются наименьшими частицами во вселенной и не могут быть разделены. Но сейчас мы знаем, что атомы состоят из трех частиц — протонов, нейтронов и электронов, которые состоят из еще более меньших частиц, таких как кварки.

Атомы были сформированы после Большого Взрыва 13,7 миллиардов лет назад. Когда горячая и плотная новорожденная вселенная начала охлаждаться, то условия в ней стали подходящими для образования кварков и электронов. Кварки объединились для образования протонов и нейтронов, и эти частицы объединились в ядро. Согласно данным ЦЕРН, это произошло в течении первых нескольких минут существования Вселенной.

Потребовалось 380 000 лет, чтобы вселенная остыла настолько, чтобы электроны замедлились и ядра смогли захватить их. Так смогли образоваться первые атомы. Самые ранние атомы были в основном водородом и гелием, которые по-прежнему являются самыми распространенными элементами во вселенной. Благодаря гравитации облака газа слились и образовались звезды, а более тяжелые атомы как раз и создаются благодаря звездам и "посылаются" во вселенную после взрыва звезды.

Атомные частицы

Протоны и нейтроны тяжелее электронов и находятся в ядре в самом центре атома. Электроны чрезвычайно легкие и существуют в облаке, вращающимся вокруг ядра. Облако электронов имеет радиус в 10 000 раз больше ядра.

Протоны и нейтроны имеют примерно такую же массу. Однако один протон весит больше чем 1800 электронов. Атомы всегда имеют равное количество протонов и электронов, и количество протонов и нейтронов, как правило, то же самое. Добавление протона к атому создает новый элемент, в то время как добавление нейтрона создает изотоп или более тяжелую версию данного атома.

Ядро

Ядро атома было обнаружено в 1911 году Эрнестом Резерфордом, который в 1920 году предложил имя "протон" для положительно заряженных частиц атома. Резерфорд также предположил, что в ядре есть нейтральная частица, что подтвердил в 1932 году Джеймс Чадвик, британский физик и ученик Резерфорда.

Практически вся масса атома находится в ядре. Протоны и нейтроны, составляющие ядро, примерно одинаковой массы (протон немного меньше) и имеют одинаковый угловой момент.

Ядро удерживается благодаря "сильному взаимодействию" — одной из четырех основных сил в природе. Эта сила между протонами и нейтронами преодолевает отталкивающую электрическую силу, которая исходя из правил электричества, раздвигала бы протоны. Некоторые атомные ядра неустойчивы, потому что сила связи изменяется для разных атомов в зависимости от размера ядра. Затем атомы с неустойчивыми ядрами распадаются на другие элементы, такие как углерод-14, распадающийся на азот-14.

Протоны

Протоны — это положительно заряженные частицы, находящиеся внутри атомных ядер. Резерфорд обнаружил их в экспериментах с электронно-лучевыми трубами, проведенными между 1911 и 1919 годами. Протоны немного меньше по массе, чем нейтроны.

Число протонов в атоме определяет то, каким элементом он является. Например, атом углерода имеет шесть протонов, атом водорода — один, кислорода — восемь. Число протонов в атоме называется атомным номером этого элемента. Число протонов в атоме также определяет химическое поведение элемента. В периодической таблице Менделеева элементы упорядочены в порядке возрастания атомного номера.

Три кварка составляют каждый протон — два кварка с положительным зарядом и один с отрицательным. Они удерживаются вместе другими субатомными частицами, которые называются глюонами и являются безмассовыми.

Электроны

Электроны совсем крошечные — в 1800 раз меньше — по сравнению с протонами и нейтронами. Дж. Дж. Томсон, британский физик, обнаружил электрон в 1897 году. Электроны имеют отрицательный заряд и электрически притягиваются к положительно заряженным протонам. Электроны окружают атомное ядро, вращаясь по круговым орбиталям. Данная идея была выдвинута в 1920-х годах австрийским физиком Эрвином Шредингером. Сегодня эта модель известна как квантовая модель или модель электронного облака. Внутренние орбитали, окружающие атом, являются округлыми, но внешние орбитали гораздо сложнее.

Электронная конфигурация типичного атома представляет собой орбитальное описание расположения электронов. Используя электронную конфигурацию атома и принципы физики, химики могут предсказать свойства атома, такие как стабильность, точку кипения и проводимость. Как правило, в химии имеют значение только внешние электронные оболочки.

Нейтроны

Нейтрон используется в качестве сравнения, чтобы найти относительную массу протонов и электронов.

В 1920 году Резерфорд выдвинул теорию о существовании нейтрона. А в 1932 году Джеймс Чедвик уже обнаружил его. Тонкий лист бериллия был подвергнут бомбардировке атомами. Высвобожденные субатомные частицы без заряда оказались нейтронами.

Нейтроны — это незаряженные частицы, обнаруженные во всех атомных ядрах (за исключением водорода-1). Масса нейтрона намного больше массы протона. Подобно протонам, нейтроны также состоят из кварков — одного с положительным зарядом и двух с отрицательным.

Изотопы

Число нейтронов в ядре определяет изотоп этого элемента. Например, водород имеет три изотопа — протий, дейтерий и тритий. Протий, или 1Н, является обычным водородом — он имеет один протон и один электрон и не имеет нейтронов. Дейтерий (D или 2H) имеет один протон, один электрон и один нейтрон. Тритий (3Н или Т) имеет один протон, один электрон и два нейтрона.

История атома

Теория атома исходит от греческого ученого и философа Демокрита и датируется 440 г. до нашей эры. Скорее всего он построил свою теорию атома на работе прошлых философов. Например, Парменид, учитель Демокрита, известен тем, что предложил принцип идентичности. Этот принцип гласит, что все вместе образует бытие. Другие философы, включая Демокрита, продолжили его работу, что привело к созданию теории атома.

Демокрит

Объяснения атома Демокритом начинается с камня. Камень, поделенный пополам, дает две половины одного и того же камня. Если бы камень продолжали делить, то в какой-то момент появился бы кусок камня, настолько маленький, чтобы его нельзя было поделить. По мнению Демокрита, атом должен быть точкой, в которой любая форма материи больше не могла бы быть разделена. Его теория включала идеи о том, что атомы существуют отдельно друг от друга, что существует бесконечное количество атомов, способных двигаться и объединятся для создания материи, но не в коем случае не сливаться, создавая новый атом. Также он утверждал, что атом является неделимым. Однако, поскольку большинство философов того времени, особенно влиятельный Аристотель, считали, что вся материя была создана из земли, воздуха, огня и воды, теория атома Демокрита была надолго отложена в сторону.

Британский химик Джон Дальтон в 1803 году построил свою атомную теорию на идеях Демокрита. Теория Дальтона заключала в себя несколько идей Демокрита — то что атом неделимый и неразрушимый, что разные атомы собираются вместе, чтобы создать материю. Дополнения Дальтона к теории были в идеях, что все атомы определенного элемента идентичны, что атомы одного элемента имеют другой вес и другие свойства, нежели у атомов других элементов. Атомы не могут быть созданы и уничтожены и материя образуется атомами, объединяющимися в простые целые числа.

Джон Дальтон

В 1897 году британский физик Дж.Дж. Томсон открыл электрон. Тем самым он доказал, что на самом деле атомы могут быть разделены. Он смог определить существование отрицательно заряженных частиц, изучив свойства электрического разряда в электронно-лучевых трубках. В статье 1897 года Томсон писал, что лучи были отклонены в трубке, что доказывало то, что в вакуумной трубке есть что-то отрицательно заряженное. В 1899 году он опубликовал описание своей версии атома, широко известной как "пудинговая модель атома". Модель атома Томсона включала в себя большое количество электронов, подвешенных в облаке положительного заряда, что обеспечивало электронейтральность атома. Электроны в этой модели располагались так, что напоминали изюм в британском десерте.

Дж.Дж. Томсон

Следующим ученым, который внес изменения и развил атомную модель, был Эрнест Резерфорд, который учился под руководством Томсона. В 1911 он опубликовал свою версию атома, которая включала положительно заряженное ядро, и отрицательно заряженные электроны вокруг него. Планетарная модель атома появилась после того, как Резерфорд с помощниками выпустил по тонкой фольге из золота альфа-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, удерживаемых той же электростатической силой, которая связывает ядро любого атома.

Эрнест Резерфорд

Ученые заметили, что небольшой процент альфа-частиц был рассеян под очень большим углом к первоначальному направлению движения. Резерфорд смог ориентировочно вычислить размер ядра атома золота, обнаружив, что оно в 10 000 раз меньше, чем размер всего атома. При этом большая часть атома является пустым пространством. Модель атома Резерфорда по-прежнему остается базовой моделью, которая используется сегодня, несмотря на ее ограниченные возможности.

Несколько других ученых в последствии продвигали атомную модель. Нильс Бор продвигал теорию, построенную на модели Резерфорда, включив в нее свойства электронов на основе спектра водорода. Эрвин Шредингер разработал квантовую модель атома. Вернер Гейзенберг указал, что нельзя узнать одновременно положение и скорость электрона. А Мюррей Гелл-Манн и Джордж Цвейг, независимо друг от друга, разработали теорию о том, что протоны и нейтроны состоят из кварков.

Эрвин Шредингер

? ? ?

Источник: zen.yandex.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.