Elemento químico

Elemento químico - un conjunto de átomos [K 1] [K 2] con la misma carga de núcleos atómicos . El núcleo atómico está formado por protones , cuyo número es igual al número atómico del elemento, y neutrones , cuyo número puede ser diferente. Cada elemento químico tiene su propio nombre en latín y símbolo químico, que consta de una o un par de letras latinas, regulado por la IUPAC y se dan, en particular, en la tabla de la Tabla Periódica de los Elementos de Mendeleev [8] .

La forma de existencia de los elementos químicos en forma libre son las sustancias simples (elemento único) [9] . Es necesario distinguir entre elementos químicos - objetos abstractos virtuales [10] creados por generalización lógica de datos empíricos y descritos a través de sus características específicas, y objetos materiales correspondientes - sustancias simples con ciertas propiedades físicas y químicas [1] [2] [3 ] [ 4] .

A partir de 2016, se conocen 118 [11] elementos químicos. 94 de ellos se encuentran en la naturaleza (algunos solo en pequeñas cantidades), y los 24 restantes se sintetizan artificialmente.

La historia de la formación del concepto

La palabra "elemento" ( lat. elementum ) se usaba en la antigüedad ( por Cicerón , Ovidio , Horacio ) como parte de algo (un elemento del habla, un elemento de educación, etc.). En la antigüedad estaba muy extendido el dicho: “Así como las palabras se componen de letras, así los cuerpos se componen de elementos”. De ahí el probable origen de esta palabra: por el nombre de una serie de letras consonantes del alfabeto latino: l, m, n, t ("el" - "em" - "en" - "tum") [12] .

El concepto de elemento químico, cercano a la comprensión moderna, quedó reflejado en el nuevo sistema de filosofía química, expuesto por Robert Boyle en el libro The Skeptic Chemist (1661). Boyle señaló que ni los cuatro elementos de Aristóteles ni los tres principios de los alquimistas podían reconocerse como elementos. Los elementos, según Boyle, son cuerpos (sustancias) prácticamente indescomponibles, que consisten en corpúsculos homogéneos (que consisten en materia primaria) similares , a partir de los cuales se componen todos los cuerpos complejos y en los que se pueden descomponer. Los corpúsculos pueden variar en forma, tamaño y peso. Los corpúsculos a partir de los cuales se forman los cuerpos permanecen inalterables durante las transformaciones de estos últimos [13] .

En 1789, Antoine Laurent Lavoisier , en su "Curso elemental de química", da la primera lista de elementos químicos en la historia de la nueva química (una tabla de cuerpos simples), divididos en varios tipos. Por primera vez, identifica una serie de sustancias simples con elementos químicos (incluidos el oxígeno , el nitrógeno , el hidrógeno , el azufre , el fósforo , el carbón y todos los metales conocidos en ese momento). Los elementos incluían sustancias ligeras , calóricas y " sustancias terrosas formadoras de sal " (óxidos de calcio , magnesio , etc., difíciles de descomponer). Este concepto de elementos suele denominarse empírico -analítico, ya que Lavoisier eligió la experiencia y sólo la experiencia como criterio para determinar el elemento, rechazando categóricamente cualquier razonamiento no empírico sobre átomos y moléculas , cuya existencia misma no puede ser comprobada experimentalmente [14] .

Gracias a John Dalton a principios del siglo XIX. en química , prevaleció la hipótesis atómico-molecular , considerando al elemento químico como un tipo separado de átomos e indicando la naturaleza de las sustancias simples y complejas, como constituidas, respectivamente, por átomos del mismo o diferente tipo. Dalton, por primera vez, señala el peso atómico como la propiedad más importante de los elementos, que determina su naturaleza química. Gracias a los esfuerzos de Jöns Berzelius y sus seguidores, se determinaron con mucha precisión los pesos atómicos (masas atómicas) de los elementos conocidos. mediados del siglo XIX estuvo marcado por una serie de descubrimientos de nuevos elementos. En el congreso internacional de químicos en Karlsruhe en 1860, se adoptaron definiciones de los conceptos de molécula y átomo.

En el momento del descubrimiento de la Ley Periódica por D. I. Mendeleev (1869), se conocían 63 elementos. Fue el peso atómico lo que destacó como una propiedad de los átomos, lo que determina la naturaleza periódica del cambio en las propiedades de los elementos químicos , así como las sustancias simples y complejas que forman. Mendeleev definió los elementos químicos como "las partes materiales de cuerpos simples o complejos que les dan un cierto conjunto de propiedades físicas y químicas". El descubrimiento de Mendeleev permitió prever la existencia, así como las propiedades de una serie de elementos desconocidos en ese momento, y sirvió de base científica para su clasificación .

Sin embargo, Mendeleev se vio obligado a realizar varias permutaciones en la secuencia de elementos, distribuidos por peso atómico creciente, para mantener la periodicidad de las propiedades químicas, y también para introducir celdas vacías correspondientes a elementos no descubiertos. Posteriormente (en las primeras décadas del siglo XX) quedó claro que la periodicidad de las propiedades químicas depende del número atómico (carga del núcleo atómico), y no de la masa atómica del elemento. Este último está determinado por el número de isótopos estables del elemento y su abundancia natural. Sin embargo, los isótopos estables de un elemento tienen masas atómicas que se agrupan en torno a un valor determinado, ya que los isótopos con exceso o deficiencia de neutrones en el núcleo son inestables, y con aumento del número de protones (es decir, del número atómico), también aumenta el número de neutrones que juntos forman un núcleo estable. Por lo tanto, la ley periódica también se puede formular como una dependencia de las propiedades químicas de la masa atómica, aunque esta dependencia se viola en varios casos.

Con el descubrimiento de los isótopos , quedó claro que incluso diferentes colecciones de átomos del mismo elemento pueden tener diferentes masas atómicas; Así, debido al predominio del isótopo 4He , el helio radiogénico aislado de minerales de uranio tiene una masa atómica mayor que la del helio de rayos cósmicos (donde también está presente el isótopo ligero 3He ) .

La comprensión moderna de un elemento químico como una colección de átomos caracterizados por la misma carga nuclear positiva , igual al número del elemento en la Tabla Periódica, apareció debido al trabajo fundamental de Henry Moseley (1915) y James Chadwick (1920) [15 ] [K 3] .

Elementos químicos conocidos

A diciembre de 2016 se conocen 118 elementos químicos (con números de serie del 1 al 118), de los cuales 94 se encuentran en la naturaleza (algunos solo en cantidades ínfimas), los 24 restantes se obtienen artificialmente como resultado de reacciones nucleares . Se están realizando intentos para sintetizar los siguientes elementos transuránicos superpesados , incluidas las afirmaciones de la síntesis del elemento unbiquadium (124) y evidencia indirecta de los elementos unbinylium (120) y unbihexium (126), que aún no se han confirmado. También se anunció el descubrimiento del elemento ecatorium-unbibium (122) en muestras de torio natural [27] , pero esta afirmación no se confirmó posteriormente en base a intentos posteriores de reproducir los datos utilizando métodos más precisos. Además, hay informes del descubrimiento en materia de meteoritos de rastros de colisiones con partículas con números atómicos de 105 a 130, lo que puede ser una evidencia indirecta de la existencia de núcleos superpesados estables [28] . La búsqueda de elementos transuránicos superpesados en la naturaleza, posible según la teoría de la isla de estabilidad , aún no se ha visto coronada por un éxito fiable, y la síntesis de nuevos elementos transuránicos continúa en los centros de investigación nuclear rusos, estadounidenses, alemanes y japoneses por equipos internacionales de científicos. La información sobre elementos químicos aún no descubiertos está disponible en el artículo Tabla periódica extendida de los elementos .

La síntesis de nuevos elementos (que no se encuentran en la naturaleza) con un número atómico superior al del uranio (elementos transuránicos) se realizaba inicialmente mediante captura múltiple de neutrones por núcleos de uranio en condiciones de un flujo de neutrones intenso en reactores nucleares y aún más intenso - en condiciones de explosión nuclear (termonuclear). La subsiguiente cadena de desintegraciones beta de núcleos ricos en neutrones conduce a un aumento en el número atómico y la aparición de núcleos hijos con número atómico Z > 92 . Así, se descubrieron neptunio ( Z = 93 ), plutonio (94), americio (95), berkelio (97), einstenio (99) y fermio (100). El curio (96) y el californio (98) también se pueden sintetizar (y obtener en la práctica) de esta manera, pero originalmente se descubrieron irradiando plutonio y curio con partículas alfa en un acelerador. Los elementos más pesados, comenzando con el mendelevio (101), se obtienen solo en aceleradores, al irradiar objetivos de actínidos con iones ligeros.

Se concede a los descubridores el derecho de proponer un nombre para un nuevo elemento químico. Sin embargo, este nombre debe cumplir ciertas reglas. El mensaje de un nuevo descubrimiento es verificado durante varios años por laboratorios independientes y, si se confirma, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC ) aprueba oficialmente el nombre del nuevo elemento.

Los 118 elementos conocidos hasta diciembre de 2016 tienen nombres permanentes aprobados por la IUPAC. Desde el momento de la solicitud de descubrimiento hasta la aprobación del nombre IUPAC, el elemento aparece bajo un nombre sistemático temporal , derivado de números latinos que forman dígitos en el número atómico del elemento, y se indica mediante un símbolo temporal de tres letras formado de las primeras letras de estos números. Por ejemplo, el elemento 118, oganesson, antes de la aprobación oficial del nombre permanente, tenía el nombre temporal de ununoctium y el símbolo Uuo.

Los elementos no descubiertos o no aprobados a menudo se nombran utilizando el sistema ya utilizado por Mendeleev: por el nombre del homólogo superior en la tabla periódica, con la adición de los prefijos "eka-" o (rara vez) "dvi-", que significan los números sánscritos . "uno" y "dos" (dependiendo de si el homólogo es 1 o 2 períodos superior). Por ejemplo, antes del descubrimiento, el germanio (que se encuentra debajo del silicio en la tabla periódica y predicho por Mendeleev ) se llamaba eka-silicio, el oganesón (ununoctium, 118) también se llamaba ecaradona , y el flerovium (ununquadium, 114) se llamaba eka- plomo . .

Clasificación

Por propiedades químicas:

Según la configuración de los orbitales electrónicos de la capa exterior de los átomos:

Símbolos para elementos químicos

Los símbolos de los elementos químicos se utilizan como abreviaturas de los nombres de los elementos. Como símbolo se suele tomar la letra inicial del nombre del elemento y, si es necesario, añadir la siguiente o una de las siguientes. Por lo general, estas son las letras iniciales de los nombres latinos de los elementos: Cu - cobre ( cuprum ), Ag - plata ( argentum ), Fe - hierro ( ferrum ), Au - oro ( aurum ), Hg - mercurio ( hydrargyrum ). Tal sistema de símbolos químicos fue propuesto en 1814 por el químico sueco J. Berzelius . Los símbolos temporales de los elementos, utilizados antes de la aprobación oficial de sus nombres y símbolos permanentes, constan de tres letras, es decir, los nombres latinos de tres dígitos en la notación decimal de su número atómico (por ejemplo, ununoctium, el elemento 118, tenía un nombre temporal designación Uuo). También se utiliza el sistema de notación para homólogos superiores descrito anteriormente (Eka-Rn, Eka-Pb, etc.).

Se indican números más pequeños al lado del símbolo del elemento: arriba a la izquierda - la masa atómica, abajo a la izquierda - el número de serie, arriba a la derecha - la carga del ion, abajo a la derecha - el número de átomos en la molécula [15] :

masa atomica		carga de iones
	símbolo del elemento
número de serie		número de átomos en una molécula

Ejemplos:

${\ Displaystyle {\ mathsf {H_ {2}}}}$ - índice, molécula de hidrógeno , que consta de dos átomos de hidrógeno
${\displaystyle {\mathsf {Cu^{2+))))$ - ion de cobre con una carga de 2+

${\mathsf {^{12}_{6}C))$ - un átomo de carbono con una carga nuclear igual a 6 y una masa atómica igual a 12.
${\mathsf{2C))$ - coeficiente, dos átomos de carbono independientes entre sí

En la Tabla Periódica , una ficha para un elemento químico suele incluir las siguientes características:

1 - designación de un elemento químico.
2 - Nombre ruso.
3 - Número de serie de un elemento químico , igual al número de protones en el núcleo atómico .
4 - masa atómica : el valor medio de la masa atómica de los isótopos estables en la corteza terrestre o la masa atómica del isótopo de vida más larga (para elementos radiactivos ).
5- distribución de electrones por niveles de energía.
6- configuración electrónica .

La prevalencia de los elementos químicos en la naturaleza

De los elementos químicos, el oxígeno y el silicio son los más comunes en la corteza terrestre . Estos elementos, junto con los elementos aluminio , hierro , calcio , sodio , potasio , magnesio , hidrógeno y titanio , constituyen más del 99 % de la masa de la corteza terrestre, por lo que los elementos restantes representan menos del 1 %. En el agua de mar, además del oxígeno y el hidrógeno , los componentes del agua en sí, tienen un alto contenido elementos como el cloro , el sodio , el magnesio , el azufre , el potasio , el bromo y el carbono . El contenido de masa de un elemento en la corteza terrestre se denomina número de Clarke o de Clarke del elemento.

El contenido de elementos en la corteza terrestre difiere del contenido de elementos en la Tierra en su conjunto, ya que las composiciones químicas de la corteza, el manto y el núcleo de la Tierra son diferentes. Así, el núcleo se compone principalmente de hierro y níquel. A su vez, las abundancias de elementos en el sistema solar y en el universo en su conjunto también difieren de las de la tierra. El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo , seguido del helio . El estudio de las abundancias relativas de elementos químicos y sus isótopos en el espacio es una importante fuente de información sobre los procesos de nucleosíntesis y la evolución del sistema solar y los cuerpos celestes.

Educación

La mayoría de los elementos químicos (94 de los 118 conocidos) se encuentran en la naturaleza (en la corteza terrestre ), aunque algunos de ellos primero se obtuvieron artificialmente (a saber: tecnecio Tc (número 43), prometio Pm (61), astato At ( 85), así como el neptunio transuránico Np (93) y el plutonio Pu (94); después de su creación artificial, estos cinco elementos también se encontraron en cantidades muy pequeñas en la naturaleza; surgen como núcleos intermedios durante la desintegración radiactiva del uranio y el torio. , así como durante la captura por los neutrones de uranio y la subsiguiente desintegración beta ). Así, en la corteza terrestre se encuentran (en concentraciones muy diferentes) todos los primeros 94 elementos de la tabla periódica.

Entre estos 94 elementos químicos que se encuentran en la corteza terrestre, la mayoría (83) son primarios o primordiales ; se originaron a partir de la nucleosíntesis en la galaxia antes de la formación del sistema solar , y estos elementos tienen isótopos que son estables o tienen una vida lo suficientemente larga como para no decaer en los 4567 millones de años transcurridos desde entonces. Los 11 elementos naturales restantes ( tecnecio , prometio , polonio , astato , radón , francio , radio , actinio , protactinio , neptunio y plutonio ) son radiogénicos; no tienen isótopos tan longevos, por lo que todos los átomos naturales de estos elementos que existen en la corteza terrestre surgieron durante la desintegración radiactiva de otros elementos [29] [30] .

Todos los elementos que siguen al plutonio Pu (número de serie 94) en el sistema periódico de D. I. Mendeleev están completamente ausentes en la corteza terrestre [31] , aunque algunos de ellos pueden formarse en el espacio durante las explosiones de supernovas. . Las vidas medias de todos los isótopos conocidos de estos elementos son pequeñas en comparación con la vida útil de la Tierra . Las búsquedas a largo plazo de hipotéticos elementos superpesados naturales aún no han dado resultados.

La mayoría de los elementos químicos, excepto algunos de los más ligeros, surgieron en el Universo principalmente en el curso de la nucleosíntesis estelar (elementos hasta el hierro, como resultado de la fusión termonuclear, elementos más pesados, durante la captura sucesiva de neutrones por los núcleos atómicos). y posterior desintegración beta , así como en una serie de otras reacciones nucleares). Los elementos más ligeros (hidrógeno y helio, casi en su totalidad, litio , berilio y boro , en parte) se formaron en los primeros tres minutos después del Big Bang ( nucleosíntesis primaria ).

Una de las principales fuentes de elementos especialmente pesados en el Universo deberían ser, según los cálculos, las fusiones de estrellas de neutrones , con la liberación de cantidades importantes de estos elementos, que posteriormente participan en la formación de nuevas estrellas y sus planetas [32] .

Elementos químicos como parte integral de los productos químicos

Las sustancias químicas pueden consistir tanto en un elemento químico ( sustancia simple ), como en diferentes ( sustancia compleja o compuesto químico ).

Los elementos químicos forman alrededor de 500 sustancias simples [33] . La capacidad de un elemento para existir en forma de varias sustancias simples que difieren en sus propiedades se denomina alotropía [33] . En la mayoría de los casos, los nombres de las sustancias simples coinciden con el nombre de los elementos correspondientes (por ejemplo, zinc, aluminio, cloro), sin embargo, en el caso de la existencia de varias modificaciones alotrópicas, los nombres de una sustancia simple y un elemento pueden diferir, por ejemplo, oxígeno (dioxígeno, O 2 ) y ozono (trioxígeno, O 3 ); El diamante , el grafito y una serie de otras modificaciones alotrópicas del carbono existen junto con formas amorfas de carbono.

En condiciones normales, existen 11 elementos en forma de sustancias simples gaseosas ( H , He , N , O , F , Ne , Cl , Ar , Kr , Xe , Rn ), 2 - líquidos ( Br y Hg ), los elementos restantes formar sólidos .

Véase también

Enlaces

Química y Vida (Química Salter). Parte 1. Conceptos de química.— M.: Izd. D. I. Mendeleev, 1997.
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Comentarios

↑ En la literatura, a menudo no se hace una distinción entre el concepto colectivo de "elemento químico", es decir, entre un objeto abstracto , cuya existencia se justifica de forma lógica [1] [2] [3] [4 ] , y el concepto de "átomo de un elemento químico", que denota un material real, una partícula que forma parte de una sustancia.
↑ La definición de elemento químico lo define como un conjunto de átomos con cargas nucleares idénticas [5] , y la definición química de átomo dice que un átomo es la parte más pequeña de un elemento químico que es portadora de sus propiedades [6 ] . Hay un error lógico definitio per idem - un círculo evidente, cuando este concepto mismo se introduce imperceptiblemente en la definición de un concepto [7] . La razón de este error es obvia: en química, el concepto de elemento es básico, es decir, indefinible, por lo que sin ir más allá de los límites de la química, sólo puede dotarse de una descripción explicativa. Para las enciclopedias, el problema se enmascara dando solo referencias a los conceptos usados en la definición, pero no las definiciones reales de los conceptos usados. Está claro que tal enfoque no rompe el círculo vicioso, pero aún no se ha inventado nada mejor.
↑ La clasificación empírica tradicional de las sustancias en química se basa en su divisibilidad en partes constituyentes [16] [17] , y un elemento químico actúa como uno (o incluso el único) constituyente de cualquier sustancia [17] . Una sustancia simple químicamente indescomponible en cualquier modificación alotrópica es una forma de existencia de un elemento químico en forma material, es decir, la definición empírica de un elemento se basa únicamente en un signo puramente analítico de la indescomponibilidad química de una sustancia. En este caso, se entiende por elemento la realización material de una sustancia simple, es decir, el límite de descomposición de una sustancia por uno u otro método químico [18] , como el límite inferior de la interconvertibilidad de las sustancias [19] .
A continuación se muestra un fragmento de un libro de texto escolar doméstico de la primera mitad del siglo XX que ilustra lo anterior: “Hay muchas sustancias complejas, más de un millón. Pero hay un número relativamente pequeño de sustancias que no son sustancias complejas, que no pueden obtenerse mediante una reacción de combinación ni descomponerse químicamente en otras sustancias. Estas sustancias no descomponibles incluyen todos los metales , así como una serie de no metales , como oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, azufre y otras sustancias que conocemos.
Estas sustancias simples, al entrar en reacciones químicas, forman sustancias complejas y son las partes constituyentes , o elementos , de los que se componen las sustancias complejas.
En el polvo rojo de óxido de mercurio, de ninguna manera podemos ver ni el oxígeno gaseoso ni el brillante mercurio metálico. Pero sabemos que cuando se calienta el óxido de mercurio, se descompone en mercurio y en oxígeno. Decimos que el óxido de mercurio está compuesto por los elementos mercurio y oxígeno.
Los elementos, en estado libre , es decir, no en compuestos, generalmente no se denominan elementos, sino sustancias simples . Podemos decir que un elemento es el material del que se componen las sustancias simples y que forma parte de las sustancias complejas. Una sustancia simple consta de un elemento, una sustancia compleja consta de dos o más.
Así, los elementos son constituyentes de sustancias complejas y en su forma libre forman sustancias simples , que no pueden descomponerse químicamente ni obtenerse por una reacción compuesta ” [20] .
Desde el punto de vista del atomismo químico, que no utiliza ideas sobre la estructura de un átomo y considera que la característica principal de un elemento químico es su número de serie (el término fue propuesto por Van den Broek ) en la tabla periódica de D. I. Mendeleev [21] (numéricamente igual, como se sabe desde la época de Van den Broek, la carga del núcleo del átomo de un elemento [22] [23] [24] ), un elemento químico es una colección de átomos con el mismo número de serie en la tabla periódica [25] , y un átomo, respectivamente, es la parte químicamente indivisible más pequeña de una sustancia simple [26] , que es un portador de propiedades de un elemento químico [6] .

Notas

↑ 1 2 Kedrov B. M. , Evolución del concepto de un elemento en química, 1956 , p. 85.
↑ 1 2 S. T. Zhukov . Química 8-9 grado. - M., 2002, capítulo 1, apartado 1.3. Elementos químicos
↑ 1 2 Sustancias simples y complejas. Sección 3.3 Sustancias de estructura iónica
↑ 1 2 Chernobelskaya G. M. , Métodos de enseñanza de la química, 2000 , p. 266-267.
↑ Rakov E. G. , Elementos químicos (BRE), 2017 .
↑ 1 2 Elyashevich MA , Atom (BRE), 2005 .
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↑ Un objeto virtual es intangible y no tiene otra expresión en el mundo real, excepto su existencia en el espacio de información . Un ejemplo de objeto virtual es un personaje literario .
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↑ 1 2 Rudzitis G. E., Feldman F. G. Química. Grado 8 , 2016 , pág. 33-34.
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