Проблема химического элемента

Лекция 10

Химия и эволюция

Физика вырабатывает фундаментальные концепции и модели естествознания. Однако в других областях естествознание также есть теории, модели и методы, важные для понимания развития природы. Особенность химии состоит в том, что экспериментальное моделирование явлений играет здесь доминирующее значений в развитии знаний. Химия – экспериментальная наука. В химии успешно используется индуктивный подход, согласно которому на основе имеющихся фактов выявляются более или менее общие закономерности, а затем создаются общие модели.

В настоящее время химия состоит из следующих разделов: неорганическая химия, органическая химия, физическая химия, аналитическая химия и химия высоко молекулярных соединений. Все эти разделы осуществляют решение двух крупных задач:

ü Получение веществ с заданными свойствами;

ü Исследование генезиса (происхождения) веществ.

Решение этих задач предполагает проведение исследований элементного молекулярного состава веществ, структуры молекул вещества, термодинамических и кинетических условий химического процесса, природы реагентов, процессов самоорганизации и эволюции химических соединений.

Химия – очень древняя наука. До нашей эры химия развивалась, в основном, в древнем Египте и арабских странах. Накопленные знания не выходили, однако, за пределы феноменологического уровня. Были описаны свойства веществ и устанавливались некоторые закономерности их взаимодействия, но сущность явлений очень часто подменялась мистической интерпретацией. В Западной Европе развитие химии было, с одной стороны, тесно связано с развитием техники, а с другой стороны химия продолжала быть тесно связана с религиозно-философскими представлениями, т.е. оставалась «алхимией».

Становление химии проходило на основе двух законов: сохранения массы и постоянства состава.

ü Закон сохранения массы: полная масса замкнутой системы остается постоянной, т.е. в результате химической реакции не происходит измеримого увеличения или уменьшения массы (закон Ломоносова-Лавуазье);

ü Закон постоянства состава: всякое химическое соединение, независимо от способа получения, всегда содержит определенные элементы в одинаковом весовом соотношении (французский химик Ж.Пруст, 1800-1880 гг.).

Однако, универсальным законом химии считается периодический закон химических элементов Д.И.Менделеева: свойства химических элементов не являются случайными, а зависят от электронного строения атома; они закономерно изменяются в зависимости от атомного номера в таблице элементов.

Проблема химического элемента

В основу систематизации свойств химических элементов Менделеевым была положена концептуальная идея зависимости свойств элементов от атомной массы. Он доказал, что признаком химического элемента является не экспериментально установленная неразложимость данного вещества (как считалось раньше), а место в периодической системе, определяемое атомной массой.

Проблема химического элемента вышла за рамки классического представления о веществе. Место элемента в периодической системе получило новый смысл, связанный со структурой атома. Химический элемент – это вид атомов с одинаковым зарядом ядра, т.е. совокупность изотопов. Химические свойства атомов определяются характером заполнения электронных орбит.

Во времена Менделеева было известно 62 элемента. В 1930 годы Система элементов заканчивалась ураном (Z=92). С начала 40-х годов Система пополнялась путем физического синтеза. Элементы №93-96 (нептуний, калифорний, амерций, кюрий) открыли в 1940-1949 гг., элементы №97-101(берклий, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий) стали известны в 1949-1952 гг. В последующие годы исследование новых элементов продолжилось, однако элементы, начиная со 102 неустойчивы, а начиная со 110 – настолько короткоживущие, что могут распасться в момент образования. Однако есть предположения, что устойчивыми могут быть элементы с номерами 124, 164, 184, их еще предстоит открыть.

IA

IIA

IIIB

IVB

VB

VIB

VIIB

----

VIIIB

----

IB

IIB

IIIA

IVA

VA

VIA

VIIA

VIIIA

Период

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

(43) Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

*

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

(85) At

Rn

(87) Fr

Ra

**

(104) Rf

(105) Db

(106) Sg

(107) Bh

(108) Hs

(109) Mt

(110) Ds

(111) Rg

(112) Uub

(113) Uut

(114) Uuq

(115) Uup

(116) Uuh

(117) Uus

(118) Uuo

Лантаноиды *

La

Ce

Pr

Nd

(61) Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Актиноиды **

Ac

Th

Pa

U

(93) Np

(94) Pu

(95) Am

(96) Cm

(97) Bk

(98) Cf

(99) Es

(100) Fm

(101) Md

(102) No

(103) Lr

Химические семейства элементов периодической таблицы
Щелочные металлы	Щёлочноземельные металлы	Лантаноиды	Актиноиды	Переходные металлы
Лёгкие металлы	Полуметаллы	Неметаллы	Галогены	Инертные газы

В скобках указаны элементы, не имеющие стабильных изотопов.