§ 10. Хімічні елементи

Як вам уже відомо, весь матеріальний світ складається з атомів. Сьогодні налічують 115 видів атомів, які відрізняються один від одного будовою, а також розмірами (маленькі та ще менші) та масою (мал. 57).

Із них понад 20 видів атомів отримано штучно — вони нестійкі та розпадаються на інші атоми. Синтез нових видів атомів продовжується дотепер.

Мал. 57. Моделі атомів різних видів

Атоми певного виду називають хімічним елементом.

В усіх атомів одного і того ж хімічного елемента число протонів Z завжди однакове і дорівнює заряду ядра, а число нейтронів N буває різним, тому маса атомів одного і того ж елемента може бути різною. Це означає, що не маса, а саме заряд ядра атома є основною характеристикою, що відрізняє атоми одного виду від атомів іншого виду. Знаючи будову атома, можна дати точніше визначення поняття «хімічний елемент».

Хімічний елемент — це вид атомів з однаковим зарядом ядра.

Кожен хімічний елемент має назву, яку пишуть з великої букви, і символ — умовне позначення у вигляді однієї або двох букв, узятих з його латинської назви. Наприклад, хімічний елемент Гідроґен позначають символом Н — за першою буквою його латинської назви Нydrogenium, Нітроґен (Nitrogenium) позначають символом N, Фосфор (Phosphorus) — P, Хлор (Chlorum) — Cl. Часто українська назва хімічного елемента не співпадає з латинською. Українські та латинські назви, а також символи деяких хімічних елементів подано в таблиці.

Назва хімічного елемента українською мовою

Латинська назва хімічного елемента

Символ хімічного елемента

Вимова у хімічній формулі

Українська і латинська назви хімічного елемента Карбон (Carboneum C) походять від слова «вугілля»; Аурум (Aurum Au) і Арґентум (Argentum Ag) названо за характерний колір, ці метали важко переплутати з іншими. Купрум (Cuprum Cu) отримав латинську назву від острова Кіпр у Середземному морі, де в давнину були мідні родовища. Латинське слово Hydrargyrum (Hg) перекладають як «рідке срібло»; цей метал справді нагадує розплавлене срібло. Назви деяких хімічних елементів запропонували вчені, які їх відкрили. Назви Оксиґен (Oxygenium) і Гідроґен (Hydrogenium) було введено в науку великим французьким хіміком Антуаном Лораном Лавуазьє, який жив у другій половині XVIII ст. Після Гідроґену Гелій є самим розповсюдженим елементом у Всесвіті. Наприклад, Сонце на 10% складається з Гелію (від грецького Gelios — Сонце). Деякі хімічні елементи (Уран U, Селен Se, Нептуній Np, Плутоній Pu) названо на честь небесних тіл чи планет. Інші — на честь країн (Францій Fr, Галій Ga, Полоній Po, Рутеній Ru, Америцій Am).

БЕРЦЕЛІУС Йенс Якоб (1779-1848).

Шведський хімік. Він захопився хімією у дванадцятилітньому віці, а вже в 29 років був обраний членом Шведської королівської Академії наук, ще через два роки — її президентом. Протягом своєї багаторічної наукової діяльності Й.Я. Берцеліус дослідив понад дві тисячі речовин і точно визначив їхній склад. Він відкрив три нові хімічні елементи: Церій Ce, Торій Th та Селен Se. Вперше виділив у вільному стані Силіцій Si, Титан Ті, Тантал Ta і Цирконій Zr. Берцеліус багато займався теоретичною хімією, опублікував 250 наукових робіт, був автором найбільш популярного на той час підручника з хімії

Сучасну хімічну символіку запропонував шведський вчений-хімік Й.-Я. Берцеліус ще в 1814 р.

Пригадайте, що атом — це найдрібніша хімічно неподільна частинка речовини. Атоми не можна зруйнувати під час хімічних реакцій, тобто атоми одного виду не можуть перетворитися на атоми іншого виду. Наприклад, Оксиґен завжди залишиться Оксиґеном, а Цинк — Цинком.

Атоми хімічних елементів, які зустрічаються в природі, розповсюджені вкрай нерівномірно. У Всесвіті найбільш розповсюджений хімічний елемент — Гідроґен. На його частку, згідно із сучасними даними, припадає 93% всіх атомів Всесвіту, тобто з кожної тисячі атомів 930 — це атоми Гідроґену. З решти 70 атомів 69 — це атоми Гелію, і лише один атом з 1000 — це атом якогось іншого з решти хімічних елементів (мал. 58).

На (мал. 58, а) показано поширеність хімічних елементів у Всесвіті в атомних частках. Цю величину розраховують, приймаючи за 100% загальне число всіх атомів у Всесвіті. Якщо ж за 100% взяти не загальне число атомів, а їхню загальну масу, то отримаємо інші значення (у масових частках), оскільки атоми різних хімічних елементів мають різну масу (мал. 58, б). На частку найлегших атомів Гідроґену припадає 75% маси Всесвіту і майже 23% маси атомів Гелію. Маса атомів усіх інших елементів складає до 2% від маси Всесвіту.

Мал. 58. Поширеність хімічних елементів у Всесвіті: а — в атомних частках; б — у масових частках

Поширеність хімічних елементів у земній корі значно відрізняється від їх розповсюдження у Всесвіті (мал. 59).

На Землі найбільше атомів Оксиґену і Силіцію. Саме вони, а також Алюміній і Ферум формують земну кору. Зрештою, і Гідроґену на Землі достатньо — він посідає 9-те місце за масою і 2-ге за кількістю атомів. В організмі людини хімічні елементи також розподілено дуже нерівномірно. Частка чотирьох із них — Гідроґену, Оксиґену, Карбону і Нітроґену — складає 99 атомних часток або 95% маси людського тіла (мал. 60).

Мал. 59. Поширеність хімічних елементів у земній корі (в масових частках)

Мал. 60. Вміст хімічних елементів в організмі людини (в атомних частках)

• . до XII ст. було відомо лише 13 хімічних елементів, у XVIII ст. їх уже налічувалося 30, через 50 років додалося ще 28.
• . у тілі людини атоми Кальцію є в кістках, атоми Купруму — в печінці, атоми Манґану — в серці, атоми Стануму — в язиці, атоми Цинку — в зубах, атоми Арсену — в нирках.
• . нестача атомів Флуору в організмі людини призводить до карієсу зубів.
• . хімічний елемент Гелій був спочатку відкритий на Сонці, а лише згодом — на Землі.
• . алхіміки називали сірку «жовчю бога Вулкана».
• . хімічний елемент Ванадій названий на честь Ванадіс — богині вроди і кохання у стародавніх скандинавів.
• . назви багатьох хімічних елементів пов’язані з назвами міст і сіл: Маґній (місто Магнізія у стародавній Греції); Стронцій (село Стронціан у Шотландії); Ербій, Тербій, Ітербій, Ітрій (село Іттербю у Швеції); Гольмій (Гольмія — стародавня назва Стокгольма); Лютецій (Лютеція — лат. назва Парижа); Гафній (Гафнія — стародавня назва Копенгагена); Реній (провінція Рейн у Німеччині); Каліфорній (штат у США); Берклій (Берклі — університетське місто і науковий центр у Каліфорнії).
• . назви деяких хімічних елементів пов’язані з характерними лініями у спектрах їхніх атомів: Рубідій — від лат. «червоний» (за дві характерні темно-червоні спектральні лінії); Цезій — від лат. «блакитний» (за дві характерні блакитні спектральні лінії); Талій — від грецьк. «таллос» — молода зелена галузка (за спектральну ніжно-зелену лінію).
• . є хімічні елементи, назви яких походять від кольору або запаху хімічних сполук, які вони утворюють: Сульфур — від санскритського «сіра» — світло-жовта; Хлор — від грецьк. «хлорос» — жовто-зелений (колір газоподібного хлору); Хром — від грецьк. «хрома» — барва, колір (за широку і різноманітну гаму яскравих кольорів його сполук); Йод — від грецьк. «іодес» — фіалковий (за колір газоподібного йоду); Бром — від грецьк. «бромос» — смердючий (за різкий неприємний запах рідкого і газоподібного брому).

ВИСНОВКИ

• Вид атомів з однаковим зарядом ядра називають хімічним елементом.
• На сьогодні відомо 115 хімічних елементів. Кожний хімічний елемент має назву і символ. Атоми хімічних елементів розповсюджені у природі нерівномірно.

Початковий рівень

• 1. Дайте визначення поняття «хімічний елемент».
• 2. Скільки хімічних елементів зустрічається в природі, а скільки синтезовано штучно?

Середній рівень

• 3. Якими символами позначають такі хімічні елементи: Ферум, Натрій, Кальцій, Хром, Алюміній, Сульфур, Карбон, Оксиґен, Гідроґен, Купрум, Калій, Маґній, Силіцій?

Достатній рівень

• 4. Поясніть різницю між поняттями «хімічний елемент» і «речовина». Чи можна їх ототожнювати?

Високий рівень

• 5. Знайдіть у додатковій літературі та поясніть походження назв таких хімічних елементів: Фосфор, Гідроґен, Натрій.

Додаткове завдання

• 6. Підготуйте короткі повідомлення про відкриття Літію, Барію, Неону або інших хімічних елементів.

§ 9. Хімічні елементи, їхні назви і символи. Періодична система хімічних елементів Д.І. Менделєєва

Хімічні елементи — це види атомів. Атоми одного виду відрізняються від атомів іншого виду за розміром, масою та іншими характеристиками. У кожного виду атомів є власна назва, її пишуть з великої літери.

Англійський хімік Джон Дальтон (рис. 9.1), як і багато його сучасників, помилково вважав атоми неподільними. Однак це не завадило йому сформулювати твердження, що кожному хімічному елементу відповідає особливий тип атома. Ідея Джона Дальтона стала основою сучасної хімії. І тепер, коли ви знаєте, що атом є складною структурою, цей факт набуває нового змісту. Тож сформулюймо визначення хімічного елемента з огляду на склад атома.

Хімічний елемент — вид атомів із певним зарядом ядра.

Рис. 9.1. Дальтон Джон (1766-1844) – англійський фізик і хімік, створив атомно-молекулярну теорію. 1804 року запропонував систему хімічних знаків для «простих» і «складних» атомів. 1808 року в наукових працях уточнював положення та роз’яснював сутність атомістичної теорії. Автор праці «Нова система хімічної філософії». Член багатьох академій наук і наукових товариств

Це означає, що в атомах одного й того самого елемента однакове число протонів у ядрі.

Як ви вважаєте, чи однаковий склад електронної оболонки в атомів одного й того самого хімічного елемента?

Символи і назви хімічних елементів. Звідки вони походять? У Давньому Єгипті для позначення деяких речовин застосовували символічні зображення, які виражали цілі слова або поняття. У середні віки кількість алхімічних символів сягнула декількох тисяч. Для однієї й тієї самої речовини існували десятки різних знаків. Наприклад:

У другій половині XVIII ст. науковці робили спроби впорядкувати хімічні знаки. Позначити кожну речовину окремим символом не вдавалося через відкриття багатьох нових речовин. Згодом стародавню алхімічну символіку було замінено хімічними знаками, які запропонував Джон Дальтон (рис. 9.2).

У символіці Дальтона атом кожного елемента зображено кружечком. На полі зображення позначено або рисочки й крапки, або початкові літери англійських назв елементів.

Знаки Дальтона, хоча й мали певне поширення, були незручні для друкування. Тому 1814 року шведський науковець Й.Я. Берцеліус (рис. 9.3) запропонував літерну систему знаків. Символи елементів складалися або з першої літери їхніх латинських назв, або з першої й наступної літер (див. таблицю 9.1). У такий спосіб науковець домігся максимально можливого зближення символу хімічного елемента з його назвою.

Рис. 9.2. Таблиця хімічних елементів, укладена Дж. Дальтоном

Рис. 9.3. Берцеліус Йєнс Якоб (1779-1848). Шведський хімік і мінералог, член Королівської шведської АН. Підручники Берцеліуса та щорічні огляди праць із хімії сприяли розвитку й популяризації хімічних знань

Проаналізуємо дані, наведені в таблиці 9.1. Очевидно, що сучасні українські назви хімічних елементів переважно походять від латинських.

Назви й символи деяких хімічних елементів

Символ

Вимова

Латинська назва

Сучасна українська назва