1.2. Химические элементы

Химическим элементом называется вид атомов с определенной величиной положительного заряда ядра и определенной совокупностью свойств.

В настоящее время известно 112 химических элементов. Одни элементы используются человеком с древних времен, другие открыты в природе в 18 – 20 вв. Около 20 элементов в природе не существуют, они получены искусственно с помощью ядерных реакций.

Все элементы имеют названия и символы. Символ элемента – это его обозначение первой буквой или двумя первыми буквами латинского названия химического элемента.

Великий русский химик Д.И. Менделеев установил (1869), что между всеми химическими элементами существует закономерная связь, которую он назвал периодическим законом. Наглядным отображением этого закона является Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. В ней приведены символы, названия и важнейшие характеристики элементов.

Примечание. Символы многих химических элементов понятны, потому что их русские и латинские названия созвучны, например Са – кальций (Calzium), Na – натрий (Natrium) и т.д. Но у некоторых элементов русские и латинские названия сильно отличаются, например, Fe – железо (Ferrum), Au – золото (Aurum), Ag – серебро (Argentum), O – кислород (Oxigenium), H – водород (Hidrogenium), C – углерод (Carboneum) и т.д. В справочнике приведены две формы Периодической системы (табл. 1 и 2) и таблица (табл. 3) с русскими, латинскими, английскими, немецкими и французскими названиями химических элементов.

Если число химических элементов 112, а элемент – это вид атома, то должно существовать 112 видов атома. В действительности это не так. Установлено, что почти каждый химический элемент является совокупностью нескольких изотопов. Изотопами называются атомы, обладающие одинаковым зарядом ядра, но разным числом нейтронов в ядре. Изотопы обозначаются символами химических элементов с индексом слева вверху, который показывает массовое число. Массовым числом атома (изотопа) называется сумма протонов и нейтронов, содержащихся в ядре атома, например: ³⁵Cl, ³⁷Cl, ²⁹Mg, ²⁹Mg, ²⁹Mg и т.д.

Масса ядра атома (изотопа) всегда несколько меньше, чем массовое число. Уменьшение массы при образовании атомных ядер (дефект массы) объясняется тем, что в ядрах атомов действуют огромные силы притяжения между протонами и нейтронами. Возникновение этих сил сопровождается дефектом массы согласно теории относительности Эйнштейна.

Массовое число любого изотопа – целое число, а атомная масса элемента – нет. Объясняется это тем, что атомная масса элемента – средняя величина атомных масс его изотопов с учетом их распространенности в природе.

Пример 1.1. Вычислите атомную массу кремния, который имеет три изотопа с массовыми числами 28, 29 и 30, относительное содержание которых в природе составляет 92, 23 % (²⁸Si), 4,67 % (²⁹Si) и 3,10 % (³⁰Si).

Решение.

A_r(Si) = 0,9223·28 + 0,0467·29 + 0,0310·30 = 28,1087

В Периодической системе значение атомной массы меньше рассчитанного (28,08555), что объясняется явлением дефекта массы.