«Элементы химические»

— Громадное разнообразие явлений и веществ природы, при её изучении, мысль человеческая всегда стремилась упростить при помощи допущения если не полного единства основных Э. (Демокрит, Эпикур), то, по крайней мере, при помощи небольшого числа Э., образующих все разнообразие веществ. В древности нередко доходили даже до того, что ради подобного стремления перемешивали в одно целое явления с веществами: так, между пресловутыми элементами древности, представляющими вещества, содержались такие Э., каковы земля, вода и воздух, т. е. тела твердые, жидкие и газообразные вещества; считали Э. и огонь, который, по существу, можно было бы относить к воздуху и который, скорей, д ó лжно признавать явлением, совершающимся с воздухообразным веществом. Первая древняя концепция о 4 элементах представляется весьма несовершенной уже по одному тому, что вода может переходить, с одной стороны, в твердый лед, составляющий в полярных странах прямо землю или почву, а с другой стороны, легко переходит в невидимый упругий пар, т. е. становится подобной воздуху, и этот переход может быть обратным, что нарушает самое существо представлений о коренном различии 4-х указанных Э. природы. Известно, что алхимики и последователи учения о флогистоне постепенно, с одной стороны, увеличивали число признаваемых элементов природы, а с другой стороны, стремились уменьшить это число, как видно из попыток признать за философским камнем свойство превращать всякие вещества друг в друга. Когда Лавуазье в последней половине ХVIII столетия доказал закон вечности вещества, он вместе с тем должен был признать и существование многих Э., друг в друга не превращающихся, но могущих между собой сочетаться в разных пропорциях для образования множества видимых веществ. Такие сравнительно немногие Э., друг в друга не превращающиеся, он назвал простыми телами, представителями которых служили, с одной стороны, общеизвестные металлы, а с другой — такие им признанные за простые тела газы, как кислород, водород и азот. Хотя во времена Лавуазье понятие о химических Э. и простых телах в некотором смысле отождествлялось, но явное усовершенствование всей концепции резко выразилось в строгом различении веществ от явлений, им свойственных, с ними совершающихся и им принадлежащих: огонь уже нельзя было ставить в одну категорию с водой и воздухом, и для понимания явлений стало неизбежным признавать виды движений, определяющих сущность явлений. Такое мировоззрение, строго различающее вещества от явлений, проводится и во всем современном естествознании, хотя при динамическом представлении о природе вещества можно было бы допустить смешение явлений и веществ в одну категорию основных понятий природы. Общеизвестно, что даже до наших дней с некоторыми видоизменениями проникли подобные динамические представления в современную науку, напр., в пресловутом учении об энергетике, определяющей всю видимую природу, а еще резче в спиритических представлениях. Однако твердость господствующего представления о глубоком различии веществ и явлений вытекает из такой совокупности современных сведений, что она не может нисколько поколебаться возвратом небольшой доли ученых к древнему динамизму, стремившемуся и вещество представить, как известную форму явлений, а потому поныне должно признавать вещества (массы) и явления (движения) совершенно отдельными, самостоятельными категориями, как пространство и время, до понимания сущности которых мысль наша еще не может достигать, но без признания которых не может обходиться. Мы еще далеко не понимаем причины тяготения, а при помощи его понимается множество явлений; еще и поныне совершенно не ясно, действует ли тяготение при помощи промежуточной среды, или само по себе составляет основную силу, влияющую на расстояниях. Успехи в понимании природы зависят, таким образом, вовсе не от сведения к окончательному пониманию "начала всех начал", а от сведения великого разнообразия ощущаемых веществ и явлений к небольшому количеству признанных, хотя бы друг с другом ничем не связанных, основных понятий, к каким и должно причислить признаваемые Э. Вещество признается при этом проще всего результатом сочетаний вещественных же Э., а явления — как результат движений, свойственных этим Э. или их совокупности. Под этим углом зрения создалось представление не только о различии явлений от веществ, но и различение простых тел от Э., так как понятие о простом теле отвечает представлению о невозможности превращения некоторых тел в какие-либо другие, понятие же об Э. определяется требованием уменьшения числа веществ, объясняющих все их разнообразие. В статьях "Периодическая законность" и "Вещество" не только рассмотрено понятие об атомах, но и в достаточной мере освещено различие между понятиями о простых телах в химическом смысле и элементах, а потому, не возвращаясь к этим предметам, ограничимся рассмотрением Э., признаваемых современной химией.

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ

С исторической точки зрения, небесполезно отличить при этом от общеизвестных и совершенно несомненных химических Э. так назыв. "редкие" Э., представителями которых должно считать сверх церия, лантана, иттрия и тория, обладающих несомненной самостоятельностью, еще и ряд таких Э., как диципий, европий, иттербий и т. п., самобытность которых еще нельзя считать вполне установленной, а потому лучше об них в настоящее время умолчать, заметив при этом, что название редких Э., укоренившееся за названными Э., еще в большей мере можно было бы приписывать таким Э., как аргон, гелий, радий и т. п., из числа вновь открытых простых тел, так как эти последние, сравнительно с вышеуказанными, представляют действительно редкости природы, т. е. встречаются в чрезвычайно малых количествах. Как действительно редки аргон, радий, цезий и т. п., так и те цератовые и гадолинитовые — элементы, которые обыкновенно носят название "редких", открыты и признаны самостоятельными гораздо позднее обычных металлических и неметаллических Э. уже по той причине, что или материалы, служащие для извлечения, встречаются лишь в немногих местностях, или отделение и очищение — по малости содержания — представляет большие трудности для установления самобытных свойств, отличающих каждый Э. от всех других. Не входя во все исторические подробности, сюда относящиеся, мы должны, однако, коснуться редких Э. по трем причинам: во-первых, потому, что об этих Э. или не говорено, или говорено мало в предшествующих томах Энц. Слов.; во-вторых, потому, что они значительно дополняют общие сведения о периодической законности Э., и, в-третьих, еще потому, что сведения, до них относящиеся, могут, по нашему мнению, содействовать выяснению отношений между веществами и явлениями природы, так как для понимания множества явлений природы необходимо прибегнуть к представлению о так называемом мировом или световом эфире, который должно считать во всяком случае веществом весомым, а потому долженствующим занять свое место в системе Э, и в некотором отношении напоминающим свойства гелия, аргона и т. п. Э. Понятие о световом или всемирном эфире предложено первоначально исключительно для объяснений световых явлений, которые, как известно, понимаются с большей простотой как результаты колебаний светового эфира. Впоследствии, однако, тем же эфиром, распространенным во всем пространстве вселенной, стали объяснять не только электрические явления, но и самое тяготение; на основании этого световому эфиру должно приписать великое значение в природе, а так как его нельзя не признать веществом весомым, то к нему должны относиться все те понятия, которые прилагаются вообще к веществу и в том числе к его химическим отношениям. А так как вещество это в то же время д ó лжно признать не только распространенным всюду в небесном пространстве (для понимания прохождения света от звезд), но и проникающим сквозь все другие вещества, и в то же время веществу эфира д ó лжно приписать отсутствие способности к химическому реагированию и вообще к какому-нибудь чисто химическому сгущению, то упомянутые выше гелий и аргон именно и характеризующиеся таким же свойством, т. е. отсутствием реагирования с другими веществами, представляют в этом последнем отношении некоторое подобие эфира [Об этом подобии между аргоном, гелием и веществом миpoв. эфира я особо писал в статье под названием └Попытка химического понимания мирового эфира" в журнале └Вестник и библиотека самообразования ", в первых 4 №№ 1903 г. Статья эта переведена на немецкий язык в журнале └Prometeus" 1903 г. г. Tshulok и на английский язык г. Каменским под названием └A chemical Conception of the e t her"" (Longmans, Green and Co, Лондон, 1904). Считаю не излишним заметить, что немецкий перевод полон, а в английском переводе издателями упущены вступительные общефилософские понятия об основном различии веществ (массы), сил (энергии) и духа. Такое упущение лишает всю статью того реального значения, которое я хотел ей придать, стараясь ввести эфир в систему Э.]. Радий же в своих соединениях обладает способностью испускать едва видимый свет, действующий, однако, вполне явственно на фотографические пластинки, и в то же время способен содействовать разряду электричества и даже заражает этой способностью все вещества, с ним соприкасающиеся, на основании чего он и был открыт супругами Кюри в той урановой смоляной руде, для которой Г. Беккерелем и была открыта так назыв. радиоактивность, зависящая несомненно от присутствия в этой руде радия. Не входя в подробности, сюда относящиеся замечу только, что весовое количество радия в упомянутой урановой руде до того ничтожно мало (миллиграммы на целую тонну руды), что этот Э., в самостоятельности которого ныне едва ли можно сомневаться, представляет действительно величайшую редкость в природе. [Некоторые подробности, относящиеся до радиоактивных веществ и до самого радия, желающие могут найти в седьмом издании (1903 г.) моего сочинения └Основы химии", стр. 675. После того времени, когда публиковано упомянутое издание, явилось еще несколько новейших исследований о радии, но они лишь немного дополнили прежде бывшие известными. Если что можно считать новым, то это относится к выделению гелия (Рамзай) и к спектру того же Э. (Гюйгенс) в свете, испускаемом радием, но в этом нельзя, по моему мнению, видеть чего-либо столь важного как то полагают некоторые лица, мало ознакомленные с предметом, так как гелий можно представить поглощенным (окклюзированным) соединением радия и ничто не дает повода думать о превращении радия в гелий.] Затем укажу на то, что, несмотря на это ничтожное содержание радия, г-же Кюри удалось получить его соединение, определить его сходство с барием и найти атомный вес близким к 224, что и позволяет дополнить этим Э. период систему Э. (см.), помещая радий во II гр. в 12 ряд, где находятся торий и уран, руды которых и отличаются радиоактивностью. [Некоторые позднейшие исследования дают повод думать, что атомный вес радия несколько более найденного г-жей Кюри, но достоверность такого заключения мне кажется еще сомнительной для перемены прежнего заключения сделанного г-жей Кюри.] Что касается до аргона и сходных с ним гелия, неона, криптона и ксенона, то эти простые газы, открытые преимущественно Рамзаем, выдаются из всех известных Э. той исключительной особенностью, что до сих пор, несмотря на разнообразнейшие попытки, не удалось ввести их в какие-либо соединения с другими Э. или между собой, что выделяет их из ряда всех прочих известных Э. и заставляет дополнить периодическую систему особой, нулевой группой, предшествующей I, представителями которой должно считать водород, литий, натрий и т. д. [Сведения о свойствах и получении этих газообразных Э. из воздуха и других источников изложены в седьмом изд. └Основы химии", стр. 183, и я считаю неуместным останавливаться здесь над подробностями, к ним относящимися.] Такое помещение названных Э. в новую группу вполне соответствует тому атомному весу, который находится для этих газов на основании их плотности, признавая в частицах этих газов содержание одного атома; так, гелий д ó лжно поместить перед литием, аргон перед калием, как видно из таблицы, где помещен и радий. В вышеследующей таблице в нулевой группе выше гелия помещены неизвестные Э. у и х по двум причинам: во-первых, потому, что в солнечной короне выше области свечения водорода замечен элемент, обладающий самостоятельным спектром, а потому названный коронием, и хотя он еще неизвестен (гелий также был первоначально характеризован Круксом по самостоятельности его спектра), но ему должно приписать плотность, а потому и атомный вес, меньший, чем для водорода (короний обозначен в таблице через у); а во-вторых, потому, что нет основания думать, что система Э. ограничивается в сторону легчайших Э. водородом. Помещением Э. у и х; в группе нулевой заставляет думать, что Э., отвечающие указанным местам системы, будут в высокой мере лишены способности к химическому реагированию, что отличает, как упомянуто уже выше, и гелий, аргон и их аналогов. Такое же свойство должно приписать и веществу мирового эфира, который, сверх того, должен обладать ничтожно малой плотностью, а потому и большей скоростью движения его частиц, чтобы иметь возможность вырываться из сферы притяжения не только земной атмосферы, но и атмосфер нашего солнца и других солнц, обладающих большей массой, чем солнечная. Исследование двойных звезд показывает, что масса известных звезд или не превосходит солнечную, или более её до 32 раз, а потому должно допустить, приписав веществу эфира свойства газов, на основании кинетической их теория, что плотность эфира гораздо менее водорода, и чтобы эфир мог вырываться из сферы притяжения звезд, в 50 раз превосходящих по массе солнце, он должен обладать, уподобляясь аргону и гелию, атомным весом не более 0,000000000053 (а плотностью по водороду — вдвое более, как доказывается в выше цитированной моей статье "О мировом эфире"). Уже одна ничтожная малость этой величины достаточна для понимания как того, что нет близкой надежды уединить вещество светового эфира, так и того, что он проницает все вещества и только в некоторой мере сжимается или собирается около весомых веществ, более или менее физико-механически сгущаясь в наибольшей мере при таких громадных массах, как солнечная или звездная [Примечательно то обстоятельство, что все накаленные, самосветящиеся небесные тела оказываются по своей мaccе громадными сравнительно с более холодными землей или луной и, быть может, это связано со всеобщим распространением эфира и с его сгущением около громадных масс солнца и звезд. Примечательно также, что атомные массы радия, как тория и урана; очень велики по отношению к другим элементам.].

Предшествующие соображения, касающиеся мирового эфира, связаны выше с понятием о периодической законности Э., главным образом, по той причине, что такие неожиданные открытия, как радия и аналогов аргона, оказались в полном согласия с периодичностью химических Э., и это согласие придает некоторую реальность самому представлению о мировом эфире, который необходимо принять по целой совокупности сведений о веществах и явлениях природы; но я при этом не упущу заметить, что понятие о химических Э. теснейшим образом связано с общепринятыми учениями Галилея и Ньютона о массе и весомости вещества и с учением Лавуазье о вечности вещества, представление же об эфире вызывается исключительно изучением явлений и потребностью свести их к простейшим представлениям. В числе этих последних долгое время удерживалось представление о существовании невесомых веществ (например, флогистона, световой материи, вещества положительного и отрицательного электричеств, теплорода и т. п.), но мало-помалу оно исчезало и ныне можно с уверенностью утверждать, что световой эфир, если он реален, весом, хотя и не взвешиваем, подобно тому, как нельзя взвешивать воздух среди воздуха или воду в воде. Изъять же из пространства эфир доныне нельзя, потому что эфир везде и все проницает по громадной легкости и быстроте движения (проницаемости своих частиц). Поэтому доныне такие понятия, как о мировом эфире, остаются абстрактными или умственной концепцией, подобной той, которая ведет и к самому учению о немногих самостоятельных химических Э., из коих слагаются все вещества природы. Отсюда следует тот вывод, противоречащий широко распространенной ошибке, что естествознание в своих коренных основах составляет область, проникнутую идеализмом, хотя в своих исходных точках характеризуется кажущимся, всеобъемлющим материализмом. По этой причине, а также потому, что непонятное всегда останется, хотя многое и поймется, я полагаю, что повторяющияся нападки на признание многих химических Э. (вместо единой материи) нельзя считать чем-либо иным, как повторением попыток отыскать "начало всех начал".

Д. Менделеев.

Каждый Э. х. — это совокупность Атомов с одинаковым зарядом атомных ядер и одинаковым числом электронов в атомной оболочке. Ядро атомное состоит из протонов, число которых равно атомному номеру (См. Атомный номер) элемента, и нейтронов, число которых может быть различным. Разновидности атомов одного и того же Э. х., имеющие различные массовые числа (См. Массовое число) (равные сумме масс протонов и нейтронов, образующих ядро), называются изотопами (См. Изотопы). В природе многие Э. х. представлены двумя или большим числом изотопов. Известно 276 стабильных изотопов, принадлежащих 81 природному Э. х., и около 1500 радиоактивных изотопов. Изотопный состав природных элементов на Земле, как правило, постоянен; поэтому каждый элемент имеет практически постоянную атомную массу (См. Атомная масса), являющуюся одной из важнейших характеристик элемента. В настоящее время (1978) известно 107 Э. х., они, преимущественно нерадиоактивные, создают всё многообразие простых и сложных веществ. Простое вещество— форма существования элемента в свободном виде. Некоторые Э. х. существуют в двух или более аллотропных модификациях (например, углерод в виде графита и алмаза), различающихся по физическим и химическим свойствам; число простых веществ достигает 400 (см. Аллотропия). Иногда понятия «элемент» и «простое вещество» отождествляются, поскольку в подавляющем большинстве случаев нет различия в названиях Э. х. и образуемых ими простых веществ; «... тем не менее в понятиях такое различие должно всегда существовать», — писал в 1869 Д. И. Менделеев (Соч., т. 13, 1949, с. 490). Сложное вещество — Соединение химическое— состоит из химически связанных атомов двух или нескольких различных элементов; известно более 100 тыс. неорганических и более 3 млн. органических соединений. Для обозначения Э. х. служат Знаки химические, состоящие из первой или первой и одной из последующих букв латинского названия элемента. В формулах химических (См. Формулы химические) и уравнениях химических (См. Уравнения химические) каждый такой знак (символ) выражает, кроме названия элемента, относительную массу Э. х., равную его атомной массе. Изучение Э. х. составляет предмет химии (См. Химия), в частности неорганической химии (См. Неорганическая химия).

Историческая справка. В донаучный период химии как нечто непреложное принималось учение Эмпедокла о том, что основу всего сущего составляют четыре стихии: огонь, воздух, вода, земля. Это учение, развитое Аристотелем, полностью восприняли алхимики. В 8—9 вв. они дополнили его представлением о сере (начале горючести) и ртути (начале металличности) как составных частях всех металлов. В 16 в. возникло представление о соли как начале нелетучести, огнепостоянства. Против учения о 4 стихиях и 3 началах выступил Р. Бойль, который в 1661 дал первое научное определение Э. х. как простых веществ, которые не состоят из каких-либо других веществ или друг из друга и образуют все смешанные (сложные) тела. В 18 в. Почти всеобщее признание получила гипотеза И. И. Бехера и Г. Э. Шталя (См. Шталь), согласно которой тела природы состоят из воды, земли и начала горючести — Флогистона. В конце 18 в. эта гипотеза была опровергнута работами А. Л. Лавуазье. Он определил Э. х. как вещества, которые не удалось разложить на более простые и из которых состоят другие (сложные) вещества, т. е. по существу повторил формулировку Бойля. Но, в отличие от него, Лавуазье дал первый в истории науки перечень реальных Э. х. В него вошли все известные тогда (1789) неметаллы (О, N, Н, S, Р, С), металлы (Ag, As, Bi, Co, Ca, Sn, Fe, Mn, Hg, Mo, Ni, Au, Pt, Pb, W, Zn), а также «радикалы» [муриевый (Cl), плавиковый (F) и борный (В)] и «земли» — ещё не разложенные известь СаО, магнезия MgO, барит BaO, глинозём Al₂O₃ и кремнезём SiO₂ (Лавуазье полагал, что «земли» — вещества сложные, но пока это не было доказано на опыте, считал их Э. х.). Как дань времени он включил в список Э. х. невесомые «флюиды» — свет и теплород. Едкие щёлочи NaOH и KOH он считал веществами сложными, хотя разложить их электролизом удалось позже — только в 1807 (Г. Дэви). Разработка Дж. Дальтоном атомной теории имела одним из следствий уточнение понятия элемента как вида атомов с одинаковой относительной массой (атомным весом). Дальтон в 1803 составил первую таблицу атомных масс (отнесённых к массе атома водорода, принятой за единицу) пяти Э. х. (О, N, С, S, Р). Тем самым Дальтон положил начало признанию атомной массы как главной характеристики элемента. Дальтон, следуя Лавуазье, считал Э. х. веществами не разложимыми на более простые.

Последующее быстрое развитие химии привело, в частности, к открытию большого числа Э. х. В списке Лавуазье было всего 25 Э. х., включая «радикалы», но не считая «флюиды» и «земель». Ко времени открытия периодического закона Менделеева (См. Периодический закон Менделеева) (1869) было известно уже 63 элемента. Открытие Д. И. Менделеева позволило предвидеть существование и свойства ряда неизвестных тогда Э. х. и явилось основой для установления их взаимосвязи и классификации.

Открытие радиоактивности (См. Радиоактивность) в конце 19 в. поколебало более чем столетнее убеждение в том, что атомы нельзя разложить. В связи с этим почти до середины 20 в. продолжалась дискуссия о том, что такое Э. х. Конец ей положила современная теория строения атома, которая позволила дать строго объективную дефиницию Э. х., приведённую в начале статьи.

Распространённость в природе. Распространённость Э. х. в космосе определяется нуклеогенезом внутри звёзд. Химический состав Солнца, планет земного типа Солнечной системы и метеоритов, по-видимому, практически тождествен. Образование ядер Э. х. связано с различными ядерными процессами в звёздах. Поэтому на разных этапах своей эволюции различные звёзды и звёздные системы имеют неодинаковый химический состав (см. Космогония). Распространённость и распределение Э. х. во Вселенной, процессы сочетания и миграции атомов при образовании космического вещества, химический состав космических тел изучает Космохимия. Основную массу космического вещества составляют Н и Не (99,9%). Наиболее разработанной частью космохимии является Геохимия.

Из 107 Э. х. только 89 обнаружены в природе, остальные, а именно Технеций (атомный номер 43), Прометий (атомный номер 61), Астат (атомный номер 85), Франций (атомный номер 87) и Трансурановые элементы, получены искусственно посредством ядерных реакций (ничтожные количества Te, Pm, Np, Fr образуются при спонтанном делении урана и присутствуют в урановых рудах). В доступной части Земли наиболее распространены 10 элементов с атомными номерами в интервале от 8 до 26. В земной коре они содержатся в следующих относительных количествах:

Перечисленные 10 элементов составляют 99,92% массы земной коры.

----------------------------------------------------------------------------------------

| Элемент      | Атомный номер   | Содержание, %   |

|    |     | по массе      |

|--------------------------------------------------------------------------------------|

| O         | 8          | 47,00    |

|--------------------------------------------------------------------------------------|

| Si        | 14        | 29,50    |

|--------------------------------------------------------------------------------------|

| Al        | 13        | 8,05      |

|--------------------------------------------------------------------------------------|

| Fe        | 26        | 4,65      |

|--------------------------------------------------------------------------------------|

| Ca       | 20        | 3,30      |

|--------------------------------------------------------------------------------------|

| Na       | 11        | 2,50      |

|--------------------------------------------------------------------------------------|

| K         | 19        | 2,50      |

|--------------------------------------------------------------------------------------|

| Mg       | 12        | 1,87      |

|--------------------------------------------------------------------------------------|

| Ti | 22        | 0,45      |

|--------------------------------------------------------------------------------------|

| Mn       | 25        | 0,10      |

----------------------------------------------------------------------------------------

Классификация и свойства. Наиболее совершенную естественную классификацию Э. х., раскрывающую их взаимосвязь и показывающую изменение их свойств в зависимости от атомного номера, даёт Периодическая система элементов Д. И. Менделеева. По свойствам Э. х. делятся на Металлы и Неметаллы, причём периодическая система позволяет провести границу между ними. Для химических свойств металлов наиболее характерна проявляемая при химических реакциях способность отдавать внешние электроны и образовывать катионы, для неметаллов — способность присоединять электроны и образовывать анионы. Неметаллы характеризуются высокой Электроотрицательностью. Различают Э. х. главных подгрупп, или непереходные элементы, в которых идёт последовательное заполнение электронных подоболочек s и р, и Э. х. побочных подгрупп, или переходные, в которых идёт достраивание d- и f-подоболочек. При комнатной температуре два Э. х. существуют в жидком состоянии (Hg и Вг), одиннадцать — в газообразном (Н, N, О, F, Cl, Не, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), остальные — в виде твёрдых тел, причём температура плавления их колеблется в очень широких пределах — от около 30°С (Cs 28,5°С; Ga 29,8°С) до 3000°С и выше (Ta 2996°С; W 3410°С; графит около 3800± 200°С под давлением 125 кбар). О свойствах, получении и применении Э. х. см. в статьях об отдельных элементах, а также о семействах Э. х. (Актиноиды, Инертные газы, Лантаноиды, Платиновые металлы, Рассеянные элементы, Редкие элементы, Редкоземельные элементы).

Лит.: Кедров Б. М., Эволюция понятия элемента в химии, М., 1956; Сиборг Г. Т., Вэленс Э. Г., Элементы Вселенной, пер. с англ., М., 1962; Сиборг Г., Искусственные трансурановые элементы, пер. с англ., М., 1965; Фигуровский Н. А., Открытие химических элементов и происхождение их названий, М., 1970; Популярная библиотека химических элементов, М., 1971—73; Некрасов Б. В., Основы общей химии, 3 изд., [т.] 1—2, М., 1973; Полинг Л., Общая химия, пер. с англ., М., 1974; Джуа М., История химии, пер. с итал., 2 изд., М., 1975; Weeks М. Е., Discovery of the elements, 6 ed., Easton, 1956.

С. А. Погодин.

простейшая форма материи, которая может быть идентифицирована химическими методами. Это составные части простых и сложных веществ, представляющие собой совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Заряд ядра атома определяется числом протонов в нем. Это число является фундаментальным свойством элемента и называется атомным номером, так как совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе элементов, открытой в 1869 русским химиком Д.И.Менделеевым. Например, все атомы, содержащие 2 протона в ядре (все атомы с атомным номером 2) являются атомами гелия, они составляют элемент гелий. Все атомы, содержащие 92 протона в ядре, являются атомами урана и составляют элемент уран. Каждый элемент обозначается символом из одной или двух латинских букв названия элемента (например, He для гелия, U для урана) или его атомным номером. (Алфавитный список элементов дан в статье ХИМИЯ.) Кроме протонов атомное ядро обычно содержит нейтроны. Для данного элемента число протонов неизменно, а число нейтронов может меняться. Атомы элемента с различным количеством нейтронов называются изотопами данного элемента. Атом содержит столько же электронов, сколько и протонов, электронные орбитали вокруг ядра располагаются на квантовых уровнях, или слоях. Химические свойства элемента в значительной степени определяются числом электронов на внешнем электронном слое (внешней оболочке), а поскольку все атомы элемента имеют одно и то же число электронов на внешнем слое, то все они имеют одинаковые химические свойства. Физические свойства могут изменяться от изотопа к изотопу. Когда элементы расположены в порядке возрастания атомного номера, элементы со сходными свойствами периодически повторяются. Эта периодичность в свойствах становится весьма очевидной, когда элементы располагают как показано в периодической таблице (рис. 1), где элементы со сходными свойствами расположены в вертикальных колонках, называемых группами (подгруппами) или семействами

(см. также ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ).

Рис. 1. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА ЭЛЕМЕНТОВ

Из известных химических элементов в природе существуют элементы с атомным номером от 1 до 92; исключение составляют технеций (ат. номер 43) и прометий (ат. номер 61), которые получены искусственно путем ядерных реакций. Все трансурановые элементы с атомными номерами от 93 также получены искусственно. В космосе наиболее распространены водород и гелий. На Земле два десятка элементов составляют в основном массу земной коры: O (46,6%), Si (27,7%), Al (8,1%), Fe (5,0%), Ca(3,6%), Na (2,8%), K (2,6%), Mg (2,1%), Ti (0,5%), P (0,2%), H (0,14%), Mn (0,1%), S (0,05%), F (0,05%), Cl (0,03%), Sr (0,03%), C (0,03), Ba (0,02%), Cr (0,02%), а на все остальные элементы приходится чуть больше 0,3% (масс.).

Химические элементы существуют в виде простых веществ, состоящих из атомов одного элемента, и в виде химических соединений, состоящих из атомов разных элементов. Например, вода это соединение водорода и кислорода. Свойства соединения отличаются от свойств образовавших его элементов; так, водород и кислород имеют четко выраженные отличные от свойств воды свойства. В химических реакциях атомы стремятся к взаимодействию, чтобы перейти в более устойчивое состояние, удерживая на внешних электронных оболочках максимально возможное число электронов; происходит это в результате перемещения или спаривания электронов. (Химические реакции, строение атома, строение электронных оболочек наиболее полно изложены в статье ХИМИЯ.) См. далее

ИНЕРТНЫЕ ГАЗЫ

ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ

ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ

АЛЮМИНИЯ СЕМЕЙСТВО

УГЛЕРОДА СЕМЕЙСТВО

АЗОТА ФОСФОРА СЕМЕЙСТВО

ХАЛЬКОГЕНЫ

ГАЛОГЕНЫ

ПЕРЕХОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ТИТАНА СЕМЕЙСТВО

ВАНАДИЯ СЕМЕЙСТВО

ХРОМА СЕМЕЙСТВО

МАРГАНЦА СЕМЕЙСТВО

ЖЕЛЕЗА ТРИАДЫ И ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ

ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ ТРИАДЫ

МЕТАЛЛЫ ДЛЯ ЧЕКАНКИ МОНЕТ

ЦИНКА СЕМЕЙСТВО

АКТИНОИДЫ

ТРАНСУРАНОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ТРАНСАКТИНОИДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ЛИТЕРАТУРА

Трифонов Д.Н. и др. Химические элементы и нуклиды. М., 1980 Популярная библиотека химических элементов, кн. 12. М., 1983 Эмсли Дж. Элементы. М., 1993

совокупности атомов с определенным зарядом ядра Z. Д. И. Менделеев определял Э. х. так: "материальные части простых или сложных тел, к-рые придают им известную совокупность физ. и хим. св-в". Взаимосвязи Э. х. отражает периодическая система химических элементов. Порядковый (атомный) номер элемента в ней равен заряду ядра, к-рый в свою очередь численно равен числу содержащихся в ядре протонов. Для каждого Э. х. известны разновидности атомов - изотопы (существующие в природе и полученные искусственно путем ядерного синтеза), различающиеся числом нейтронов в ядрах. Совокупность атомов, характеризующаяся определенной комбинацией протонов и нейтронов в ядре, наз. нуклидом. Атомная масса Э. х. рассчитывается, исходя из значений масс всех его природных изотопов с учетом их относит. распространенности, и выражается в атомных единицах массы, за к-рую принята ¹/₁₂ массы атома углерода ¹² С. Атомная единица массы равна 1,66057 х 10^-27 кг. Суммарное число протонов и нейтронов в ядре равно массовому числу А.

В природе существуют элементы с порядковым номером (число протонов) Z= 1-92, кроме технеция (Z= 43) и прометия (Z=61), к-pыe получают посредством ядерных р-ций. Элементы с Z = 85 (астат) и с Z = 87 (франций) встречаются в ничтожно малых кол-вах как члены природных радиоактивных рядов урана и тория. Все известные трансурановые элементы (Z=93-109) получены искусственно.

Формами существования Э. х. в свободном виде являются простые в-ва, к-рые подразделяют на металлы и неметаллы. Характерные особенности металлов: высокие электрич. проводимость и теплопроводность, обусловленные наличием свободных, не связанных с определенными атомами электронов; способность образовывать положительно заряженные ионы при хим. взаимодействиях. Граница между металлами и неметаллами довольно расплывчата.

Многие Э. х. существуют в виде неск. простых в-в, к-рые могут отличаться числом атомов в молекулах (напр., кислород О ₂ и озон О ₃), типом кристаллич. решетки (напр., модификации углерода - графит, алмаз, карбин) или др. св-вами. Это явление наз. аллотропией, в случае углерода аллотропия - разновидность полиморфизма. Число известных ныне простых в-в превышает 500. Поскольку определяющим признаком Э. х. служит заряд ядра, то в хим. р-циях элемент сохраняет свою индивидуальность; происходит лишь перераспределение электронов внешних электронных оболочек атомов, тогда как атомные ядра остаются неизменными. Каждый Э. х. характеризуется степенями окисления, к-рые могут проявлять атомы данного элемента в хим. соединениях.

В зависимости от положения в периодич. системе Э. х. подразделяют на s-, р-, d- и f-элементы. К s-элементам относят Н, Не, а также металлы главных подгрупп I и П групп периодич. системы, к p-элементам - элементы главных подгрупп III-VIII групп, к d-элементам - металлы побочных подгрупп I-VIII групп (кроме лантаноидов и актиноидов, принадлежащих к f-элементам); s- и р-элементы наз. непереходными, d- и f-элементы - переходными. Э. х., все изотопы к-рых радиоактивны, наз. радиоактивными.

Все Э. х. образовались в результате многообразных сложных процессов ядерного синтеза в звездах и космич. пространстве. Эти процессы описываются разл. теориями происхождения Э. х., к-рые объясняют особенности распространенности Э. х. в космосе. наиб. распространены в космосе водород и гелий, а в целом распространенность элементов уменьшается по мере роста Z. Такая же тенденция сохраняется и для распространенности Э. х. на Земле, однако на Земле наиб. распространен кислород (47% от массы земной коры), далее следуют кремний (27,6%), алюминий (8,8%), железо (4,65%). Эти элементы вместе с кальцием, натрием, калием и магнием составляют более 99% массы земной коры, так что на долю остальных Э. х. приходится менее 1% (см. Кларки химических элементов). Практич. доступность Э. х. определяется не только величиной их распространенности, но и способностью концентрироваться в ходе геохим. процессов. Нек-рые Э. х. не образуют собств. минералов, а присутствуют в виде примесей в минералах других. Они наз. рассеянными (рубидий, галлий, гафний и др.). Э. х., содержание к-рых в земной коре менее 10^-2-10^-3 %, объединяются понятием "редких" (см. Редкие элементы).

Благородные газы встречаются в природе исключительно в виде простых в-в, нек-рые элементы - в виде простых в-в и соединений, но большинство - только в форме соединений. Большая часть простых в-в при нормальных условиях -твердые; бром и ртуть - жидкости; водород, азот, кислород, благородные газы, фтор и хлор - газы.

В разл. историч. эпохи в понятие "элемент" вкладывался разный смысл. Представление о том, что все Э. х. имеют материальный характер, а их число м. б. велико, высказал в 1661 Р. Бойль; он же предложил первое определение элемента как в-ва, неразложимого на составные части. В 1789 А. Лавуазье охарактеризовал элементы как предел разлагаемости в-в и составил первый список Э. х. - "Таблицу простых тел". В 1803-04 Дж. Дальтон ввел понятие атомного веса (массы) и опубликовал первую таблицу атомных весов Э. х. В 1870-х гг. Д. И. Менделеев четко разделил понятия элемента и простого в-ва.

Открытие существующих в природе Э. х. происходило на протяжении длит. времени (табл.). Хронологич. последовательность открытий определялась специфич. св-вами Э. х. и разработкой новых методов хим. анализа. Еще в древности стали известны золото, серебро, ртуть, железо, олово, свинец, сера, углерод. Они легко извлекаются из содержащих их соединений или встречаются в самородном виде. В средние века, в период господства алхимии, были открыты и изучены мышьяк, сурьма, висмут, цинк, а в 1669 - фосфор (причем фосфор - первый элемент, открытие к-рого м. б. датировано). Массовое и в значит. степени осознанное открытие Э. х. началось в сер. 18 в., чему способствовало развитие пневматич. химии (изучение св-в газов) и в особенности - хим. анализа минералов. Итогом явилось обнаружение водорода, кислорода, азота, хлора, а также более 20 металлов. Элект-рохим. метод позволил в свободном виде получить натрий, калий, магний и кальций. Спектральный анализ, введенный в хим. практику Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом в 1859-60, способствовал открытию рубидия, цезия, таллия, индия, галлия и благородных газов, а также неск. РЗЭ. С помощью радиометрич. метода были открыты полоний, радий, актиний, радон и протактиний. В 1920-х гг. благодаря рентгеновскому анализу были найдены гафний, рений. Синтез искусственных Э. х. осуществлялся с кон. 30-х гг.

ХРОНОЛОГИЯ ОТКРЫТИЯ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, СУЩЕСТВУЮЩИХ НА ЗЕМЛЕ

Азот 1772 Д. Резерфорд