Химические элементы

Название

Условное

обозна­

чение

Металлы

AI

РЬ

Сг

Вольфрам

Цинк

Олово

W

Zn

Sn

Fe

Au

К

Аргон

Хлор

Фтор

Аг

Cl

F

Са

Со

Си

He

С

Ne

Магний

Марганец

Молибден

Mg

Мп

Мо

Натрий

Никель

Ниобий

Na

Ni

Nb

Платина

Ртуть

Серебро

Pt

Hg

Ag

Тантал

Титан

Ванадий

Ta

Ti

V

Si

Se

Увеличение

Химические элементы

Медный желоб Атом меди Графит

Химические элементы

Таблица 14.1. Названия и условные обозначения важнейших элементов

Атомы меди

ооооо

QOQQG

ООООО

ООООО

Элемент меди Атомы углерода

QQGQQQ

ОООСЮО

COGOOG

Элемент углерода

Рис. 14.5. Атом в химических элементах

Алюминий

Свинец

Хром

Фосфор

Кислород

Сера

Условное

обозна­

чение

Гелий

Углерод

Неон

Полуметаллы

Железо

Золото

Калий

Кремний

Селен

Азот

Водород

Неметаллы

Название

Металлы

Кальций

Кобальт

Медь

Рис. 14.6. Модель атома в сравнении величин

Диаметр —

головки

наконечника

Длина

спортивной

Атомная оболочка

Атомное ядро

Химические элементы

Из естественных элементов 66 — металлы, 17 — неметаллы и 6 — по­луметаллы.

• Металлы блестят и хорошо прово­дят электрический ток и тепло.

• Неметаллы в большинстве случа­ев газообразные, преимуще­ственно являются изоляторами электрического тока и плохими проводниками тепла, как, на­пример, сера.

• Полуметаллы могут иметь как металлические, так и неметалли­ческие свойства, как, например, кремний.

Элементы условно обознача­ются латинскими и греческими буквами или именами своих перво­открывателей, например Эйнштей­ний (табл. 14.1).

Химические элементы состоят из атомов. Атомы определенного элемента взаимосвязаны между со­бой, а потому различные свойства элементов получаются из разнооб­разного состава атомов.

АТОМ

Атомы настолько маленькие, что они невидимы. Поэтому стро­ение атомов и процессы в атоме представили с помощью моделей. Согласно модели датского натура­листа Нильса Бора (1885—1962), атомы имеют шарообразный вид и состоят из электронной оболочки атома и атомного ядра (рис. 14.5).

Диаметр электронной оболочки атома: 0,000 ООО 1 мм = 10-миллионная доля миллиметра, диаметр атомного ядра: 0,000 000 000 001 мм = триллионная доля миллиметра (рис. 14.6).

Мельчайшие частицы материалов, кото­рые физическими или химическими про­цессами уже больше не делятся, назы­ваются атомами.

Протон

О

Нейтрон

C+J

электрически

электрически

постоянный

нейтральный

Ядро

Ядро

атома гелия

* атома углерода

С(§Э

2 протона

6 протонов

ЧБ/

2 нейтрона

6 нейтронов

4 нуклона

12 нуклонов

Рис. 14.7. Строение атомного ядра

Рис. 14.8. Обозначение углерода

Химические элементы

Массовое число

ИЛИ ЧИСЛО—————

нуклонов 12 Т і /_

Порядковый номер

или атомный
номер 6

Упрощенное изображение (І) Электрон электрически отрицательный

Химические элементы

Объемное изображение (+) Протон

электрически

положительный

Нейтрон

Химические элементы

Электронная

Атомная оболочка Электрон оболочка Атомное ядро

Рис. 14.9. Модель атома гелия

Химические элементы

Рис. 14.10. Изображение атомов, имеющих не­сколько оболочек

АТОМНОЕ ЯДРО

• находится в середине атома,

• в нем сосредоточена почти
вся масса атома,

• состоит из нуклонов или
компонентов ядра.

Нуклоны делятся на:

протоны, электрически поло-
жительные и

нейтроны, электрически нейт-
ральные.

Атомные ядра могут состоять
из нескольких протонов и нейтро-
нов (рис. 14.7).

Массовое число или число нуклонов =

= число протонов и нейтронов в атоме.

Порядковый номер или атомный номер =

= число протонов в атомном ядре.

Атом гелия и, соответственно,
элемент гелий имеет порядковый
номер 2 и массовое число 4. Атом
углерода и, соответственно, элемент
углерод имеет порядковый номер 6
и массовое число 12 (рис. 14.8).

ЭЛЕКТРОННАЯ ОБОЛОЧКА

Электронную оболочку атома об-
разуют электроны. Они вращаются
вокруг атомного ядра с высокой
скоростью в шарообразной облас-
ти в разных направлениях. Эту об-
ласть называют электронной обо-
лочкой (рис. 14.9).

Электроны заряжены электри-
чески отрицательно и имеют очень
незначительную массу. Отрица-
тельный заряд соответствует поло-
жительному заряду протона. Число
электронов в атоме равно числу
протонов, снаружи атом электри-
чески нейтрален. Благодаря проти-

воположным зарядам электроны удерживаются на своих орбитах.

Электроны группируются вплоть до семи электронных оболочек, которые,
соответственно, удалены на разные расстояния от атомного ядра. Каждая элект-
ронная оболочка имеет определенное максимальное число электронов. На самой

При постоянном количестве атомов любого элемен­та, а именно при 6,02205 • 1023 = 1 моль, относи­тельная атомная масса соответствует своей атом­ной массе в граммах.

Элемент

Атомная

масса

Элемент

Атомная

масса

Водород

Углерод

Азот

Кислород

Алюминий

1,008

12,011

14,007

15,999

26,982

Кремний

Сера

Кальций

Железо

Свинец

28,086

32,064

40,08

55,847

207,192

Таблица 14.2. Атомная масса в граммах (примеры)

Химические элементы

Атомное ядро

Нейтроны 6 Протоны 6

Химические элементы

Атомное ядро

Нейтроны 7 Протоны 6

Химические элементы

Атомное ядро

Нейтроны 8 Протоны 6

Нуклоны 14

Нуклоны 12 Нуклоны 13

Условное обозначение:

С12 С13

С 14

Рис. 14.11. Изотопы углерода

Химические элементы

внутренней оболочке это 2, на второй 8, на третьей 18, на крайней, тем не менее, соответственно, 8 (рис. 14.10).

АТОМНАЯ МАССА

При определении атомной массы не учитывается очень незначительная масса электронов.

Масса протона водорода, например, составляет 1,67 • 10-24 г. Так как это чис­ло очень маленькое, то его заменяют числом 1,008 или 1. Так как масса протона

равна массе нейтрона, атомная масса остальных элементов всегда является кратной этому числу. По­этому ее называют относительной атомной массой (массовое число). Относительная атомная масса ато­ма кислорода с 16 нуклонами со­ставляет 15,999 или 16 (табл. 14.2).

ИЗОТОПЫ

Атомы определенного элемента, например, углерода, хотя и имеют одинаковое число протонов, одна­ко количество нейтронов может быть разным (рис. 14.11).

Например, изотопы углерода имеют те же самые химические свойства, но разные массы. Почти все элементы образуют изотопы, но только в очень незначительном объеме.

РАДИОАКТИВНОСТЬ

Изотопы нескольких элементов, например радия (Ra 226) и углеро­да (С 14), испускают лучи, при этом атомные ядра распадаются. Это свойство называют радиоак­тивностью. При этом различают а, (3 и /-лучи (рис. 14.12). а-лучи состоят из ядер атома гелия. Со­стоящие из электронов /?-лучи, проникают в толщину листа ста­ли или листа свинца до 1 мм.

Атомы определенного элемента с разным числом нейтронов называют изотопами.

Очень коротковолновые /-лучи возникают при ядерной реакции. Они прони­кают через бетонные стены толщиной 1 м и могут быть остановлены только толстыми свинцовыми пластинами. Они очень опасны для человека и ведут к разрушениям ткани.

Радиоактивные материалы используют в технике, например для контро­ля толщины материала при изготовлении бумаги, фольги и металлических листов.

14.1.3.2. Периодическая система элементов

Если рассматривать элементы в последовательности порядковых номеров по их свойствам, то через восемь элементов периодически встречаются элементы с почти теми же свойствами. При таком подходе получается семь строк или пери­одов. Третий период содержит в себе, например, элементы от натрия до аргона (рис. 14.13).

Химические элементы

Если расположить семь периодов таким образом, что элементы с одними и теми же свойствами стоят друг под другом, то получим восемь вертикальных ря­дов или основные группы с І по VIII (табл. 14.3).

Расположение элементов по своим свойствам в семи горизонтальных периодах и восьми вер­тикальных основных группах называют периодической системой элементов (PSE).

Установлено, что элементы основных групп на внешних оболочках своих ато­мов имеют соответственно одинаковое число электронов от одного до восьми. Элементы основной группы I имеют, соответственно, 1 внешний электрон. Они являются металлами (кроме водорода) и энергично вступают в реакцию с неме­таллами, например с кислородом и хлором. Элементы основной группы VIH име­ют восемь внешних электронов. При комнатной температуре они газообразные и не соединяются с другими веществами (благородные газы). Металлы находятся в левой части, неметаллы в правой части периодической системы, между ними рас­положены полуметаллы. В периодической системе отчетливо видно, что свойства элементов зависят от числа своих внешних электронов.

Атомы элементов групп, расположенных в центре, имеют один или два вне­шних электрона и отличаются числом электронов на внутренних оболочках. Свойства элементов центральной группы имеют большое сходство, все эти эле­менты — металлы (табл. 14.3).

772 Глава 14. Физико-химические основы и справочная информация Таблица 14.3. Периодическая система элементов (сокращенная)

Период

Основные

группы

Подгруппы

Основные группы

I

II

Ills

IV а

Va

Via

Vila

Villa

la

Па

III

IV

V

VI

VII

VIII

1

1

н

їда

Обозначение:

1 1 Мет

аллы

еталлы

уметаллы

2

He

4,00

2

3

и

ш»

4

Be

8,01]

8′

0

Условное обозначение I I Ппп

5

В

10.811

6

С

13.011

7

N

14,007

8

0

15,999

9

F

13,998

10

Ne

30,183

3

11

12

Mg

ї4,зії

Все и

Относительная атомная масса (» массовое число)

ютопы этих элементов радиоактивны

13

Al

36,982

14

Si

is. oeo

15

P

30.974

16

s

33,064

17

Cl

35,493

18

Ar

39,948

4

19

К

39,101

20

Са

21

Sc

«4,№6

22

Ті

23

V

50,9*3

24

Cr

віл»

25

Mn

84,938

26

Fe

55.847

27

Co

68.833

28

Ni

68.71

29

Си

63.64

30

Zn

66,37

31

Ga

69.»

32

Ge

73,M

33

As

74.92

34

Se

78.96

35

Br

79,909

36

Kr

83.80

5

37

Rb

8Ы?

38

Sr

87,83

39

Y

да,

40

Zr

91,»

41

Nb

95,096

42

Mo

м, м

43

Tc

99

44

Ru

101.07

45

Rh

юг,9«

46

Pd

108,04

47

Ag

107,87

48

Cd

113,40

49

In

114,83

50

Sn

iia. es

51

Sb

131.75

52

Те

137.6

53

J

136,9

54

Xe

131,30

6

55

Cs

133,90

56

Ва

М7.Э4

57

La

таї

72

Hf

73

Та

т. ш

74

w

Ш.9ІН

75

Re

186,3

76

Os

190.3

77

lr

m. j

78

Pt

1K.09

79

Аи

196.9*7

80

Hg

300,W

81

Tl

М4.Э7

82

Pb

а». «і

83*

Bi

308.98

84*

Po

310

85*

At

210

86*

Rn

m

7

87*

Fr

■т

88*

Ra

rn. es

89*

Ас

а»

104*

Rf

ш

105*

Db

280

106*

Sg

да

107*

Bh

ж

108*

Hs

263

109*

Mt

286

14.1.4. Химические соединения

Химические элементы

Различные атомы и, соответственно, элементы могут соединяться друг с дру­гом. Возникающее при этом новое вещество называют химическим соединени­ем. Это новое вещество имеет аб­солютно другие свойства, чем эле­менты, из которых оно состоит. Вода (Н20), например, связывает в молекулу один атом кислорода (О) с двумя атомами водорода (Н). Химическое соединение воды име­ет свойства, отличные от свойств элементов водорода и кислорода (рис. 14.14).

Молекула является самой маленькой ча­стицей химического соединения.

Химические элементы

Рис. 14.15. Отдельные атомы и молекулы эле­ментов

Молекулы химических соединений похо­жи друг на друга.

У многих элементов опреде­ленное число атомов соединяется в молекулы. Это можно назвать мо­лекулой элемента, например кис­лород с двумя и сера с шестью ато­мами. Отдельные атомы существу­ют только у благородных газов, на­пример гелия (рис. 14.15).

Химические элементы

— Атом

Атом

Рис. 14.16. Соединения частиц

Элемент натрия Na

Элемент железа Fe

В металлических элементах атомы образуют кристаллические соединения частиц (рис. 14.16).

Число атомов элемента в моле­куле изображается после условно­го обозначения числом снизу (ин­дексом), причем индекс 1 не пи­шется.

Примеры:

СН4 одна молекула метана состоит из одного атома углерода и четырех ато­мов водорода,

NaCI одна молекула хлорида натрия (поваренной соли) состоит из одного атома натрия и одного атома хлора.

В химических соединениях атомы связываются различными способами. Раз­личают образование электронных пар, ионных и металлических связей.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий



elitnamebel.ru