Kas ir ķīmiskais elements? Definīcija, īpašības un periodiskā tabula
Uzzini, kas ir ķīmiskais elements: definīcija, atomu uzbūve, īpašības un vieta periodiskajā tabulā — saprotami, ar piemēriem un faktiem.
Ķīmiskais elements ir viela, kas satur tikai viena veida atomu. Ja viela satur vairāk nekā viena veida atomu, tā ir savienojums. Elements var būt cieta viela, šķidrums vai gāze. Mazākā šāda elementa daļiņa ir atoms. Atomi sastāv no protoniem, neitroniem un elektroniem.
Katrā elementā ir tikai viena veida atoms. Protonu skaitu atomā sauc par atomu skaitu. Piemēram, visi atomi ar 6 protoniem ir oglekļa ķīmiskais elements, bet visi atomi ar 92 protoniem ir urāna elements.
Protonu skaits kodolā nosaka tā elektrisko lādiņu. Tas nosaka elektronu skaitu normālā (savienotā) stāvoklī. Atoma atomu orbitāles elektronu skaits nosaka atoma dažādās ķīmiskās īpašības.
Elementi ir visu veidu vielu pamatelementi. Savstarpēji savienojoties, tie var veidot molekulas.
Mūsdienu ķīmijā ir zināmi 118 dažādi ķīmiskie elementi. 92 no šiem elementiem ir atrodami dabā, bet pārējos var izgatavot tikai laboratorijās. Cilvēka ķermenis sastāv no 26 elementiem. Pēdējais dabā atklātais elements 1789. gadā bija urāns. Pirmais cilvēka radītais elements bija tehnecijs 1937. gadā.
Ķīmiskie elementi parasti ir sakārtoti periodiskajā tabulā. Elementu atrašanās vieta tabulā liecina par to īpašībām attiecībā pret citiem elementiem.
Atomi, izotopi un masa
Atoma ķīmisko īpašību galvenokārt nosaka tā atomu skaits (protonu skaits). Tomēr neitroni kodolā var atšķirties — tāpēc vienam un tam pašam elementam eksistē dažādi izotopi. Izotopu kopējais kodola daļiņu (protonu + neitronu) skaits saucas masu skaitlis. Daži izotopi ir stabilāki, citi — radioaktīvi un pāriet citos elementu veidos, izdalot starojumu (alfa, beta, gamma).
Piemēram, oglekļa izotopi: oglekļa-12 ir stabils, bet oglekļa-14 ir radioaktīvs un tiek izmantots radiokarbona datēšanā. Urānam ir izotopi, kas izmantojami kodolenerģētikā un pavadošajos radioaktīvos procesos.
Elektronu konfigurācija un ķīmiskā reaktivitāte
Atoma elektroni izvietojas orbitālēs, un īpaši svarīgi ir ārējā slāņa — valences — elektroni. Tie nosaka, kā elements reaģē ar citiem. Grupa periodiskajā tabulā bieži nozīmē līdzīgu valences elektroniskās konfigurācijas (piem., sārmu metāli, halogēni, nobliegtie gāzes). Periodiskās tabulas secība atspoguļo atkārtotus ķīmiskos un fizikālos raksturlielumus.
Periodiskā tabula — kā to lasīt
Periodiskā tabula ir rīks, kas sakārto elementus pēc to atomu skaita un elektroniskās struktūras. Galvenie punkti:
- Rindas (periodi) atbilst ārējām enerģijas līmeņiem.
- Kolonnas (grupas) satur elementus ar līdzīgām ķīmiskām īpašībām (piem., 1. grupa — ļoti reaģējošie sārmu metāli, 17. grupa — halogēni, 18. grupa — nobile gāzes).
- Pārejas metāli atrodas tabulas centrālajā daļā — tiem raksturīgas mainīgas oksidācijas pakāpes un metāliskas īpašības.
- Lanthanīdi un aktinīdi (rietumu daļā atsevišķās rindās) bieži tiek attēloti atsevišķi, jo tie aizpilda 4f un 5f orbītas.
Metāli, nemetāli un pusmetāli
Elementi iedalās plaši metālos, nemetālos un pusmetālos (metaloīdos). Metāli parasti ir spīdīgi, labi vada siltumu un elektrību, ir ķīmiski reaģējoši (īpaši sārmu un sārmainās zemes metāli). Nemetāli (piem., skābeklis, sērs) parasti neveido metālisku spīdumu un var būt gāzes vai trauslas vielas cietā stāvoklī. Pusmetāliem piemīt starpīgas īpašības.
Dabā sastopamība, sintētiskie elementi un pielietojums
Lielākā daļa no 92 dabā atrodamajiem elementiem ir plaši izplatīti, taču to daudzums Zemes garozā var būt ļoti atšķirīgs (piem., silīcijs un skābeklis ir ļoti izplatīti, bet platīns un zelta daudzums ir ierobežots). Pārējos elementus iegūst mākslīgi — to sintēze notiek kodolreakcijās laboratorijās vai reaktoros. Tā sauktie super-smagie elementi (piem., elementiem ar augstu atomu skaitu 113–118) parasti ir ļoti nestabili un pastāv ļoti īsu laiku.
Elementi tiek plaši izmantoti ikdienā un rūpniecībā: dzelzs konstrukcijām, silīcijs elektronikai, urāns enerģētikā, zelta un sudraba izmantošana juvelierizstrādājumos un industrijā, radioaktīvie izotopi medicīnā (diagnostikā un terapijā) u.c.
Apzīmējumi un nosaukumi
Katram elementam ir ķīmiskais simbols — viens vai divi burti (dažkārt no latīņu nosaukuma), piemēram, H (ūdeņradis), O (skābeklis), Fe (dzelzs, no latīņu ferrum). Starptautiski atzīstami jaunie elementu nosaukumi un simboli tiek piešķirti un apstiprināti ar IUPAC starptautisko organizāciju.
Kopsavilkums
Ķīmiskais elements ir viela, kuras atoms satur noteiktu skaitu protonu — tas nosaka elementa identitāti. Atoma uzbūve (protoni, neitroni, elektroni), izotopi, elektroniskā konfigurācija un periodiskā tabula kopā dod pamatu izpratnei par ķīmiskajām īpašībām, reaktivitāti un pielietojumu. Mūsdienās zināmi 118 elementu, no kuriem daļa ir dabā sastopami, bet daļu radījuši cilvēki laboratorijās.
Elementa sēra kristāliska struktūra
Broms ir viens no diviem elementiem, kas 25°C temperatūrā ir šķidrs. Otrs ir dzīvsudrabs
Ķīmiskie simboli
Ķīmiskajiem elementiem tiek piešķirts arī unikāls ķīmiskais simbols. Ķīmiskos simbolus izmanto visā pasaulē. Tas nozīmē, ka neatkarīgi no tā, kādā valodā runā, nav nekādu neskaidrību par to, ko nozīmē attiecīgais simbols. Elementu ķīmiskie simboli ir atvasināti no to nosaukumiem angļu vai latīņu valodā. Piemēram, oglekļa ķīmiskais simbols ir "C", bet nātrija ķīmiskais simbols ir "Na" pēc latīņu valodas nosaukuma natrium. Volframu sauc ar W pēc tā vācu nosaukuma wolfram. Au ir zelta simbols, kas cēlies no latīņu valodas vārda aurum, kas apzīmē zeltu. Vēl viens simbols, kas cēlies no latīņu valodas, ir "Ag". Tas ir elements sudrabs, un tas cēlies no latīņu argentum. Svina simbols "Pb" ir atvasināts no latīņu valodas vārda plumbum, un no tā ir atvasināts angļu valodas vārds "santehniķis", jo savulaik caurules tika izgatavotas no svina. Dažiem nesen atklātiem elementiem nosaukumus deva slavenu cilvēku vārdos, piemēram, einsteinium, kas tika nosaukts Alberta Einšteina vārdā.
Savienojumi
Elementi var savienoties (reaģēt), veidojot tīrus savienojumus (piemēram, ūdeni, sāļus, oksīdus un organiskos savienojumus). Daudzos gadījumos šiem savienojumiem ir fiksēts sastāvs, sava struktūra un īpašības. Savienojuma īpašības var būt ļoti atšķirīgas no elementiem, no kuriem tas izveidots. Nātrijs ir metāls, kas, iepildīts ūdenī, deg, bet hlors ir indīga gāze. Reaģējot kopā, tie veido nātrija hlorīdu (sāli), kas ir nekaitīgs un ēdams.
Maisījumi
Daži elementi sajaucas kopā jebkurā proporcijā, veidojot jaunas struktūras. Šādas jaunas struktūras nav savienojumi. Tās sauc par maisījumiem vai, ja elementi ir metāli, par sakausējumiem.
Izotopi
Lielākā daļa dabā sastopamo elementu sastāv no atomiem ar dažādu neitronu skaitu. Izotops ir elementa forma ar noteiktu neitronu skaitu. Piemēram, ogleklim ir divi stabili, dabā sastopami izotopi: ogleklis-12 (6 neitroni) un ogleklis-13 (7 neitroni). Ogleklis-14 (8 neitroni) ir dabā sastopams radioaktīvs oglekļa izotops. No katra elementa, izņemot urīnukciju, ir zināmi vismaz divi izotopi.
Klasifikācija
Elementus var klasificēt, pamatojoties uz to fizikālo stāvokli. Telpas temperatūrā un spiedienā lielākā daļa elementu ir cietas vielas, tikai 11 ir gāzes un 2 ir šķidrumi.
Elementus var iedalīt arī metālos un nemetālos. Metālu ir daudz vairāk nekā nemetālu.
Tomēr dažiem elementiem ir īpašības, kas ir starp metālu un nemetālu īpašībām. Šos elementus sauc par pusmetāliem (vai metaloīdiem).
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir ķīmiskais elements?
A: Ķīmiskais elements ir viela, kas sastāv tikai no viena veida atomiem.
J: No kā sastāv atomi?
A: Atomi sastāv no protoniem, neitroniem un elektroniem.
J: Kas nosaka protonu skaitu atomā?
A: Protonu skaitu atomā sauc par atomu skaitu.
J: Cik daudz dažādu elementu ir zināmi mūsdienu ķīmijā?
A: Mūsdienu ķīmijai ir zināmi 118 dažādi ķīmiskie elementi.
J: Cik daudz dabisko elementu ir sastopami dabā?
A: Dabā sastopami 92 no šiem elementiem.
J: Kad tika atklāts pēdējais dabiskais elements?
A: Pēdējais atklātais dabas elements bija urāns 1789. gadā.
J: Kā periodiskā tabula palīdz saprast elementu savstarpējās īpašības?
A.: Elementu atrašanās vieta tabulā liecina par to īpašībām attiecībā pret citiem elementiem.
Meklēt