post

Химични елементи

плакат на междузвездни войни

Химичен елемент (ХЕ) е абстрактно понятие. Един химичен елемент обхваща цялото множество от атоми и йони във Вселената, които имат еднакъв брой протони в ядрата си. Например въглероден, може да се нарече всеки атом или йон с 6 протона в ядрото си. До днес са известни общо 118 химични елемента. Повечето от тях съществуват в природата под формата на прости вещества, дисоциирани йони или химични съединения. Атомите на някои от най-тежките елементи са синтезирани изкуствено, при това понякога само за части от секундата или пък съществуват единствено на теория.

Просто вещество и химично съединение

Просто вещество са съвкупност от атоми в свободно или свързано състояние на един-единствен химичен елемент. Наименованията на простите вещества съвпадат с наименованията на съответстващите им химични елемементи. Изключение правят само тези на въглерода и кислорода (графит, диамант, озон).

Много химични елементи съществуват в природата под формата на две или повече прости вещества. Явлението се нарича алотропия (от гръцки), а различните прости вещества – алотропни форми. Най-популярните примери за алотропни форми са: въглерод – графит, диамант, карбин и др.; фосфор – бял, червен и др.; кислород – кислород, озон и др; А химичният елемент сяра има цял букет от алотропни форми.

Химично съединение са атоми на два, три или повече химични елементи, които са свързани помежду си с помощта на химична връзка. Химичните съединения са изключително много и могат да се разделят да два главни вида: неорганични съединения и органични съединения.

Естествена класификация на химичните елементи

Всички елементи могат да се подредят по нарастване на броя на протоните в ядрата си. В тази подредба, всеки химичен елемент има един протон по-малко от този след него или обратното – има един протон повече от предхождащия го. Известно е, че в електронеутрален атом, на всеки протон в ядрото, съответства един електрон в атомната му обвивка.

Когато в този баланс се наруши броят на електроните, новополучената частица се превръща в йон на същия химичен елемент, който обаче притежава ел. заряд. Ако в ядрото на атома се измени броят на неутроните, тогава се получава нов изотоп на същия химичен елемент. Промените в ядрото на атомите се обозначават като ядрени реакции и имат физичен характер. Измененията в електронната обвивка могат да имат като физично, така и химично естество, като във втория случай те се наричат химични реакции.

Някои химични елементи проявяват подобие в свойствата си с други. Когато елементите се наредени по увеличаване на броя на протоните в ядрата си, се забелязва логическа зависимост в тези подобия и тя се свързва с понятието Периодичен закон. Въз основа на Периодичния закон и свойствата на елементите, Д.И. Менделеев създава Периодичната система, която представлява първата тяхна естествена класификация. В нея, поредният номер (атомен номер – Z) на всеки химичен елемент, съответства на броя на протоните в ядрото на атомите му. Следващото изображение е един от съвременните варианти на периодичната система:

Периодична система - Менделеевата таблица - химични елементи

Периодична система (късопериоден вариант) на всички химични елементи (липсват само тези, които са много тежки, крайно нестабилни и съществуват за части от секундата преди да се разпаднат) – често разговорно се нарича Менделеевата таблица

Групи и периоди на Периодичната система

Всички ХЕ са организирани във вертикални групи и едновременно с това в хоризонтални периоди на Менделеевата таблица.  Всеки елемент си има уникално наименование, химичен знак на латински и само едно конкретно място в системата (водородът често се слага на две места). Представителите на дадена група или период са свързани помежду си с определени зависимости, които касаят строежа им и техните физични и химични свойства. Тези зависимости са описани подробно в публикацията Периодична система и Периодичен закон.

Относителна атомна маса на химичните елементи

Всеки атом на един химичен елемент притежава една и съща атомна маса, която представлява сбор от масите на неговите протони и неутрони. Масите на електроните могат да се пренебрегнат, тъй като са незначително малки. На практика понякога се наблюдават малки отклонения от очакваните стойности и това явление се нарича дефект на масите. Атомната маса се измерва в далтони (Da).

Понятието относителна атомна маса, изразява отношението между масата на атом от кой да е химичен елемент и 1/12 от масата на въглерод-12 (12С) (по IUPAC). Тя е безразмерна усреднена величина. Усреднена е, защото повечето елементи съществуват в природата като смес от изотопи с точно определен процентен състав. Стойностите на относителната атомна маса (Ar) за всеки химичен елемент, са изобразени на горната Периодична система, непосредствено под поредния номер на елемента.

Количество вещество и мол

Простите вещества и химичните съединения, тъй като те са материалната същност на химичните елементи,  следва да притежават количествени измерения. Понятието количество вещество се измерва в молове (mol). Един мол се равнява на броя на частиците в 12 грама  от въглерод-12 (12С). Този брой е постоянен и е известен под термина число на Авогадро:

NA = 6,022 140 857×1023 mol-1

Когато се каже 1 мол от кое да е вещество, това означава, че се има предвид конкретен константен брой от неговите градивни частици (атоми, молекули или йони), който винаги е равен на числото на Авогадро.

Благодарение на относителната атомна маса на всеки химичен елемент може да се пресметне действителната маса на 1 мол количество вещество от него.  Например един мол (атоми) просто вещество натрий ще тежи почти 23 грама, а един мол (молекули) от химичното съединение вода ще тежи около 18 грама. Масата на 1 мол вещество се нарича моларна маса и нейната размерност е  g/mol (грама за мол). От примерите по-горе може да се направи извода, че моларната маса на химичния елемент натрий е 23 g/mol, а моларната маса на водата е 18 g/mol. (Моларната маса на водата се получава при събирането на моларните маси на кислородния атом и на двата водородни атома Н-О-Н).

Свойства на химичните елементи

Физичните и химичните свойства на елементите са в пряка зависимост от строежа на електронните им обвивки. Според това, кой електронен подслой се изгражда в атомите на даден химичен елемент, то той може да бъде определен като s-, p-, d- или f-елемент (оцветени са в горния вариант на Периодичната система). В зависимост от химичните си свойства, елементите се разделят на: метали, металоиди, неметали и благородни газове.

химични елементи

„Химията трябва да бъде уважавана!“ – Уолтър Уайт

Химични елементи от Първа главна подгрупа (I А група) – 1 група

Литий (Li), Натрий (Na), Калий (K), Рубидий (Rb), Цезий (Cs), Франций (Fr); Представителите на IA група са s-елементи. При всички се изгражда s-подслоя на различен слой. Например на лития се изгражда 2s-подслоя, а на натрия 3s-подслоя. Всички имат един валентен електрон. Атомите на елементите от Li до Cs се наричат алкални метали, а оттам идва и наименованието на цялата група. Елементът франций е бил открит за първи път в института „Кюри“ (Франция) и е радиоактивен метал, чието съществуване било предсказано от Менделеев много по-рано.

Простите вещества на елементите от IA група са с метален характер и са изключително реактивоспособни. Затова в природата тези химични елементи се срещат под формата на съединения (соли и минерали). Всички алкални метали притежават характерните за металите свойства: метален блясък, ковкост, изтегливост, топло- и електропроводимост. Леки са и едновременно с това меки. Всички оцветяват пламъка както следва: натрия в жълто, лития в малиновочервено, калия във виолетово, рубидия във виолетовочервено, цезия в синьо. Алкалните метали имат ниски температури на топене.

Прочетете цялата публикация за свойствата на химичните елементи от първа А група.

Химични елементи от Втора главна подгрупа (II А група) – 2 група

Представители на тази група са: (Be) берилилий, (Mg) магнезий, (Ca) калций, (Sr) стронций, (Ba) барий, (Ra) радий. Те са s-елементи с метален характер и са известни под общото наименование алаклоземни метали.

Повечето от тези елементи изграждат земна кора. Магнезият и калцият са изключително важни и за живота на Земята, тъй като те са неразделна част от живите организми. Например костите при гръбначните животни и човека дължат изключителната си здравина на калция. Барият е мек алкалоземен метал и не се среща в свободно състояние заради силната си реактивоспособност с въздуха. Берилият е лек алкалоземен елемент с тъмно сив цвят с метален блясък. Стронцият също е мек сивобял метал, който е силно реактивоспособен и на въздуха пожълтява. Алкалоземните метали проявяват постоянна втора валентност в съединенията си.

Прочетете цялата публикация за свойствата на химичните елементи от втора А група.

Химични елементи от Трета главна подгрупа ( III A група ) – 13 група

Представители на трета главна подгрупа са следните химични елементи: бор (B), алуминий (Al), галий (Ga), индий (In), талий (Tl). Всички те са p-елементи, като повечето са с ясно изразен метален характер.

Борът е относително слабо разпространен в свободно състояние. Галият, индият и талият са също слабо разпространени елементи. Алуминият е най-разпространения метал на земята, но въпреки това, не се среща в чисто състояние и затова е необходимо да се рециклира.

Борът заема преходно място между металите и неметалите. Той е твърдо вещество с висока температура на топене. Алуминият е мек, лек и с добри якостни качества метал, който е изключително неподатлив на корозия. Не се намагнетизира и не произвежда искра при удар. Простото вещество на талия е мек, сив на цвят метал. Използва се главно в производството на електроника, но освен това и в някои промишлености и медицината. Той е изключително отровен! Галият е метал със сребристобял цвят. Индият е много мек сребристобял метал.

Прочетете цялата публикация за свойствата на химичните елементи от трета А група.

Химични елементи от Четвърта главна подгрупа (IVA група)

Четвърта главна подгрупа включва следните химични елементи: въглерод (C), силиций (Si), германий (Ge), калай (Sn) и олово (Pb). Всички те са p-елементи, като някои са ясно изразени неметали, а други са типични метали.

Въглеродът е химичният елемент, който определя дали едно съединение е органично или не. Няма ли въглерод, значи няма и органични съединения, но пък неговото наличие не е доказателство за присъствието на такива.

Германият и силицият се използват при изработването на полупроводници. Силицият намира приложение при легиране на стомани. Калаят се е използвал в сплави и антикорозионни покрития. Оловото им доста широка употреба, но като тежък метал, то и солите му са отровни. Използва се за леене на куршуми или на тяхната сърцевина. Намира приложение в акумулаторите с киселина. В античността са правени съдове и водопроводи с участието на олово.

Прочетете цялата публикация за свойствата на химичните елементи от четвърта А група.

Химични елементи от Пета главна подгрупа (VA група) – 15 група

Към  тази група спадат: азот (N), фосфор (P), арсен (As), антимон (Sb) и бисмут (Bi). Елементите от групата проявяват както отрицателни, така и положителни степени на окисление. Те са слабо разпространени в земната кора (освен фосфора, който има много минерали). Азотът е най-разпространеният в свободно състояние елемент, защото представлява 78% от атмосферата на Земята, а в почвата се намира под формата на нитрати.

Всички елементи в групата с изключение на азота (газ без цвят, вкус и миризма), при обикновени условия са твърди вещества. Фосфорът съществува в три алотропни форми – бял, червен и черен. С увеличаване на поредния номер в групата, неметалните свойства отслабват и се засилват металните. Ако азотът е ясноизразен неметал, то бисмутът се отличава изцяло с метални свойства.

Прочетете цялата публикация за свойствата на химичните елементи от пета А група.

Химични елементи от Шеста главна подгрупа (VI A група) – 16 група

Към шеста главна подгрупа (VI A група) спадат следните химични елементи: кислород (O), сяра (S), селен (Se), телур (Te) и полоний (Ро). Те носят общото наименование халкогенни.

Кислородът е незаменим и фундаментален елемент за съществуванието на аеробните организми, а заедно с въглерода и водорода е в основата на целия живот на планетата Земя. Изотопите на сярата наброяват 25, а алотропните ѝ форми са над 30. В природата тя се среща предимно под формата на сулфиди и сулфати в различни минерали. Селенът и съединенията му са изключително токсични. Полоният е радиоактивен и по физични свойства прилича на оловото и бисмута. Първите елементи в групата са с ясно изразени неметални химични свойства, а последните два и най-вече полоният имат химични свойства с метален характер.

Прочетете цялата публикация за свойствата на химичните елементи от шеста А група

Химични елементи от Седма главна подгрупа (VII A група) – 17 група

Седма главна подгрупа включва следните химични елементи: флуор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I) и астатий (At). Всички те са p-елементи, известни под общото наименование халогенни и притежават неметален химичен характер.

Простите вещества при нормални услови на флуора и хлора са в газообразна форма. Бромът е течен, а йодът е в твърдо агрегатно състояние. Флуорът намира широка употреба в ядрената промишленост. Хлорът намира широко приложение в химическата индустрия, за санитарни цели и се е използвал като бойно отровно вещество. Йодът се употребява като антисептично средство с бактерицидно действие и като хранителна добавка. Химическата реактивоспособност на флуора и хлора е изключително висока. Флуорът е толкова агресивен, че продуктите му с органичните съединения не се получават директно, защото ги овъглява. Бромът и йодът са сравнително по-слабо реактивоспособни от предхождащите ги химични елементи, но те също участват в огромен брой органични синтези.

Прочетете цялата публикация за свойствата на химичните елементи от седма А група.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *