§ 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.
§ 7. Хімічні елементи
Усі речовини складаються з молекул або атомів. Молекули та йони утворюються з атомів. Отже, усе в природі складається з атомів. Усього на Землі та в космічному просторі виявлено 89 різних видів атомів, ще 29 видів добуто вченими штучно. Вони дуже нестійкі й існують у вигляді кількох окремих атомів протягом лише кількох секунд від моменту добування.
Атоми різних видів відрізняються за масою, розміром, будовою та зарядом атомних ядер. Атоми одного виду однакові за розмірами, мають приблизно однакову масу та подібну будову, але обов’язково — однаковий заряд ядра. Атоми певного виду називають хімічним елементом.
Хімічний елемент — це різновид атомів з однаковим зарядом ядра.
Заряд ядра атома — це найважливіша характеристика хімічного елемента, з якої можна багато дізнатися про властивості атомів і утворених ними речовин. Наприклад, за зарядом ядра можна визначити число електронів у атомі хімічного елемента, яке визначає хімічні властивості сполук, утворених цим елементом.
Найдавніше поняття про елементи пов’язане з античним філософом Арістотелем, який створив першу наукову картину світу. Згідно з нею, усі тіла складаються з різних комбінацій п’яти елементів: землі, води, повітря, вогню й ефіру.
Арістотель (384-322 рр. до н. е.)
Античний філософ, учень Платона, вихователь Александра Македонського. Навчався в Академії у Платона в місті Афіни. Заснував власну школу — Лікей, де розробив унікальну для Греції систему освіти — коли вчитель не просто розмовляє з учнями, а читає їм заздалегідь підготовлені та записані на сувоях лекції. Його винаходом також є розділення лекцій на різні курси — наукові дисципліни — логіку, фізику, астрономію, метеорологію, зоологію, політику, етику, риторику тощо. Арістотель належить до числа найбільш різносторонніх давньогрецьких учених. Твори Арістотеля охоплюють усі галузі знань того часу.
Назви та символи хімічних елементів
Усі хімічні елементи мають назви й умовні позначення — хімічні символи. За основу українських назв елементів узято їхні латинські назви. Назви хімічних елементів записують з великої літери. Як символи хімічних елементів використовуються перші літери їхніх латинських назв.
Наприклад, хімічний елемент із зарядом атомного ядра +1 називається Гідрогеном, його символ Н відповідає першій літері латинської назви Hydrogenium. Хімічний елемент із зарядом ядра +8 називається Оксигеном (від латин. Oxygenium) і позначається символом О.
Якщо перша літера в назві елемента вже використовується для позначення іншого елемента, то до неї додається одна з наступних літер, наприклад, символ Гелію — Не, Меркурію — Hg (від латин. Hydrargyrum).
Усі відкриті на сьогодні хімічні елементи зведено в таблицю — Періодичну систему хімічних елементів Д. І. Менделєєва.
Символи та назви елементів — це літери хімічної мови. Цією мовою розмовляють усі хіміки світу. І вам також треба вивчити «алфавіт» хімічної мови. Символи хімічних елементів, які часто використовуються на уроках хімії, наведено в таблиці 1.
Назви хімічним елементам переважно давали вчені, які вперше їх відкривали. Тільки елементи, які відомі з глибокої давнини, мають назви, що склалися історично.
Таблиця 1. Назви та символи хімічних елементів
Українська назва елемента
Латинська назва елемента
Хімічний символ
Вимова у формулі