31. Понятия «химический элемент» и «химическое соединение»

Исходным в учении о составе является вопрос: что считать хи­мическим элементом – элементарным, неразложимым кирпичиком вещества? Отправной точкой решения этой проблемы стало формули­рование Д.И. Менделеевым знаменитого Периодического закона. В основу систематизации свойств химических элементов Менделеевым была положена идея зависимости свойств элемента от атомной массы. Он доказал, что признаком элемента служит не экспериментально ус­танавливаемая неразложимость данного вещества (как считалось ра­нее), а место в периодической системе, определяемое атомной массой. Позднее, в связи с успехами квантовой теории, физика помогла соста­вить представление об атоме элемента как о сложной квантово-меха­нической системе. Место элемента получило новый смысл, оказав­шись обусловленным зарядом ядра атома (Z). На этой основе были выяснены особенности строения электронных орбит всех элементов и раскрыт физический смысл Периодического закона. Химический эле­мент – это вид атомов с одинаковым зарядом ядра, то есть совокуп­ность изотопов. Под это современное определение попадают как от­дельные атомы, так и находящиеся в химической связи с другими ато­мами. Со времен Д.И. Менделеева было известно 62 элемента. В 1930-е гг. система элементов заканчивалась ураном (Z92). С начала 1940-х гг. таблица Менделеева пополнялась принципиально новым путем – путем физического синтеза. До середины 1950-х гг. было синтезировано 9 элементов. Элемент под номером 101 носит название «менделевий». В последующие годы синтез ядер новых элементов про­должался, но ядра с номерами от 102 и далее оказались крайне неустой­чивыми. Самый тяжелый из известных на сегодняшний день элемен­тов (порядковый номер 112) был получен при слиянии ядра цинка с ядром свинца. Его время жизни измеряется тысячными долями се­кунды. Однако, по оценкам физиков, в ряду тяжелых ядер могут суще­ствовать островки стабильности элементов при Z₁₂₆, Z₁₆₄ и даже Z₁₈₄. В физически доступном слое Земли всего восемь химических элемен­тов представлены в значительном количестве. Это кислород (47,0%), кремний (27,5%), алюминий (8,8%), железо (4,6%), кальций (3,6%), натрий (2,6%), калий (2,5%) и магний (2,1%). Практически все элементы проявля­ются в земных условиях в составе тех или иных химических систем – химических соединений. В настоящее время известно более восьми миллионов соединений. Из них абсолютное большинство органических (около 96%).

32. Проблема химического соединения

Проблема химического соединения традиционно решалась с по­зиций атомистической концепции. В начале XIX в. английский химик Дж. Дальтон обосновал закон постоянства состава, отражающий неиз­менное соотношение компонентов данного вещества. Долгое время не допускалось отклонения от этого закона. Однако современник Дальтона французский химик К. Бертолле указывал на возможность существования соединений переменного состава в форме растворов и расплавов. Впоследствии были найдены доказательства существова­ния химических соединений переменного состава. Суть проблемы хи­мического соединения, как оказалось, состоит не столько в постоян­стве или непостоянстве химического состава, сколько в физической природе сил, объединяющих атомы в молекулу. Эти силы символизи­руются химическими связями. В общем случае последние обусловлены проявлением волновых свойств валентных электронов: перекрытием электронных облаков, обобществлением электронов. В результате вы­яснения физической сущности химической связи понятие молекулы претерпело изменение. Теперь в категорию молекулы вошли и такие квантово-механические системы, как монокристаллы, а также поли­меры, образованные за счет водородных связей. Но это уже макроскопические молекулы (макромолекулы). Прежде к макромоле­кулам относили только гигантские органические молекулы (поли­меры), построенные из многих повторяющихся частей – более простых органических систем (мономеров). В соответствии с современной точкой зрения химиче­ское соединение – это вещество, атомы которого за счет химических связей объединены в молекулы, комплексы, макромолекулы, монокри­сталлы или иные квантово-механические системы. В настоящее время состав любого вещества в строго математическом смысле переменен. Ясно, что классификация некоторого конкретного вещества целиком зависит от точности методов определения состава. Современное со­держание понятия «химическое соединение» сопряжено с новыми на­правлениями в химии. Появилась, например, химия твердого тела. От­дельную область химических соединений непостоянного состава обра­зовали так называемые поверхностные соединения, которыми стала заниматься химия поверхности. Таким образом, проблема химиче­ского соединения, как и проблема химического элемента, ре­шена в современной химии на основе представлений квантовой фи­зики.