Главная Обратная связь

Дисциплины:






Хімічні елементи, їх прості та складні речовини

Загальна та неорганічна хімія

Частина ІІ

Хімічні елементи, їх прості та складні речовини

Вступ

Хімічний елемент – вид атомів, що мають однаковий заряд ядра. Отже, визначальним в атомі будь-якого хімічного елементу є ядро, точніше – число протонів у ядрі. При зміні числа протонів у ядрі утворюється ядро атома іншого хімічного елементу. Це відбувається в результаті ядерних реакцій. Тобто при перебігу ядерних реакцій утворюються нові хімічні елементи. Навіть зміна числа нейтронів у ядрі не змінює його на ядро іншого хімічного елементу.

Хімічний елемент може, як правило, перебувати у вигляді вільного ядра, електронейтрального атома, катіона, аніона – всі ці частинки називають ще нуклідами, може утворювати молекули простих та складних речовин тощо.

В хімічних реакціях ядра атомів не перетворюються, тобто в цих процесах хімічні елементи не утворюються. Змінюється лише електронна структура (конфігурація) атомів хімічних елементів, утворюються тільки нові речовини, які можуть бути простими або складними.

За часів Лавуазьє поняття «проста речовина» та «хімічний елемент» були ідентичними. Наприклад, Лавуазьє розглядав речовини кисень і водень як складові води, тобто хімічні елементи води.

За сучасними уявленнями оксиген як хімічний елемент може існувати у вигляді таких простих речовин: атомарного кисню (монооксигену), молекулярного кисню (диоксигену) та озону (триоксигену).

Традиційно, починаючи з вивчення хімії у середній школі, нав’язується думка, що кожна хімічна речовина характеризується температурами плавлення, кипіння, густиною, тобто може перебувати у твердому, рідкому, газоподібному станах. І зовсім не звертається увага на те, що багато речовин можуть існувати тільки у відповідних сумішах . Ніхто ще не одержав карбонатну , ортосилікатну кислоти у вигляді окремих фаз (чистих речовин). І таких прикладів дуже багато.

Зрозуміло, що хімічні реакції можуть відбуватися в обмеженому інтервалі температур. Наприклад, при температурі Сонця хімічні реакції відсутні.

На сьогодні відомо 112 хімічних елементів – 112 видів атомів, що відрізняються один від одного числом протонів у ядрі та електронів у атомі.

У нашому підручнику розгляд властивостей хімічних елементів, їх простих та складних речовин буде проводитись за коротким варіантом Періодичної системи хімічних елементів, структура якої пояснюється квантовомеханічними моделями електронної будови (структури) атомів.

Для подальшого успішного вивчення властивостей хімічних елементів, їх простих і складних речовин нагадаємо ще раз про деякі хімічні поняття, величини, формули, які розглядались у першій частині підручника.



Хімічний елемент, його окремий атом, моль атомів у термохімічному рівнянні, позначається однаково окремим символом. Наприклад:

- один атом карбону;

- хімічний елемент карбон;

; ;

- один моль атомів карбону в кристалічній решітці графіту (вугілля).

Наприклад, і позначають одну і ту ж частинку, що має однакову електронну структуру (конфігурацію) , але другий запис відмічає, що у цьому атомі є один неспарений електрон, тобто атом флуору є одночасно і радикалом. Запис (іон флуору) означає, що в цьому атомі є один лишній електрон, відносний електричний заряд якого дорівнює -1, а електронноструктурна формула (електронна конфігурація) така: .

Емпірична (найпростіша) формула вказує на найпростіше співвідношення числа атомів кожного хімічного елементу в складній речовині. Наприклад: тощо.

В хімічних рівняннях нею позначають умовні молекули, а в термохімічних рівняннях – моль умовних молекул. Молекулярні формули вказують на число атомів кожного хімічного елементу в реальній молекулі. Наприклад: . Цими формулами позначають одну молекулу цієї речовини, саму речовину , моль цієї речовини у термохімічному рівнянні.

Структурна формула описує послідовність сполучення атомів у молекулах. Спочатку рисочка між двома символами одного і того ж хімічного елементу або різних хімічних елементів у структурній формулі означала одиницю хімічної спорідненості (валентності), на сьогодні – спільну електронну пару, що належить двом атомам: тощо. В деяких випадках у структурних формулах спільну електронну пару позначають двома крапками: або двома протилежно напрямленими стрілками: . Наприклад: тощо. В деяких підручниках такі структурні формули називають також електронними формулами молекул, але це не зовсім правильно. Як відомо, пояснення структурних формул молекул дає квантовомеханічний метод валентних зв’язків, який описує тільки стан валентних електронів і орбіталей атомів у молекулі. Валентні електрони і орбіталі в атомі ті, що беруть участь в утворенні хімічного зв’язку. Цей метод впевнено описує локалізовані хімічні зв’язки, позначаючи їх рисочками ; парою крапок ( ) або парою протилежно напрямлених стрілок ( ) . У випадку делокалізованого хімічного зв’язку молекула записується у вигляді резонансних структур, що подавалось у першій частині підручника. Електронну структуру (конфігурацію) молекул дозволяє описати метод молекулярних орбіталей. Наприклад: .

До речі, метод валентних зв’язків неспроможний коректно записати структурні формули молекул з неспареними електронами, наприклад, молекули тощо. Зауважимо, що метод молекулярних орбіталей, взагалі, не претендує на написання структурних формул молекул, хоча в деяких підручниках є намагання це зробити. Слід відмітити, що в структурній формулі символи хімічних елементів втрачають той зміст (сенс), що вони мають при позначенні окремих атомів у вільному стані, навіть у емпіричних та молекулярних формулах. Наприклад: символи одного атома хімічного елементу у вільному стані, які відповідно мають електронну структуру: , а у структурній формулі символи означають протони гідрогену, які однією спільною електронною парою пов’язані з катіоном , що має електронну структуру і пов'язаний чотирма спільними електронними парами з чотирма протонами гідрогену.

Всі хімічні елементи традиційно поділяють на метали (90) та неметали (22). Метали розміщені у лівій нижній частині Періодичної системи хімічних елементів, із них складені також групи лантаноїдів та актиноїдів, неметали – у верхній правій частині Періодичної системи хімічних елементів.

Атомам металів та їх простим речовинам притаманні такі властивості:

- як правило, мале число електронів на зовнішньому енергетичному рівні – 1, 2, 3. Хоча зустрічаються атоми металів, які у нормальному стані містять 4 ; 5 ; 6 ; 18 електронів на зовнішньому енергетичному рівні;

- атоми металів в хімічних реакціях, як правило, віддають електрони, проявляють властивості відновників, а в сполуках мають додатні ступені окиснення;

- метали (хімічні елементи) у вигляді простих речовин утворюють металічні решітки, в яких є делокалізовані електрони, що зумовлюють їх високі електро- та теплопровідності. Ці властивості метали зберігають в рідкому стані;

- металам (простим речовинам) притаманні, як правило, висока пластичність, ковкість, металічний блиск, що зумовлено будовою їх кристалічної решітки.

Властивості атомів неметалів та їх простих речовин відзначаються більшою різноманітністю, що буде розглянуто при вивченні цих хімічних елементів.

Зауважимо, що хімічні елементи, необхідність присутності атомів яких у живому організмі доведено, називають біоелементами. Їх число досить умовне. Це: тощо. За кількісним вмістом атомів біогенних елементів в живому організмі, і, зокрема, в організмі людини їх умовно поділяють на макро- та мікроелементи. Якщо масова частка атомів біоелементів в організмі людини більша 0,01%, то ці хімічні елементи називають макроелементами ; менша 0,01% - мікроелементами .

Шість хімічних елементів – - які входять до складу білків, нуклеїнових кислот та інших біологічно важливих речовин, називають органогенними.

Зауважимо, що гідроген як хімічний елемент в організмі людини може перебувати у вигляді таких нуклідів: ядер атомів(протонів), що переходять постійно від одних молекул до інших, зокрема у молекулах води; можуть переміщатись по макромолекулах білків, нуклеїнових кислот тощо; містяться у вигляді протонів, що зв’язані спільними електронними парами з атомами інших хімічних елементів – карбону, оксисену, нітрогену, сульфуру тощо.

Наприклад лужні метали містяться в організмі людини лише у вигляді гідратованих катіонів (нуклідів). Галогени можуть надходити в живий організм як у вигляді простих аніонів, так і отруйних органічних сполук, в яких атоми (нукліди) галогенів утворюють ковалентні полярні зв’язки з іншими атомами, перш за все – карбону.

Більшість хімічних елементів – металів, крім лужних та частково лужноземельних, в організм людини надходять і там перебувають тільки у вигляді комплексних сполук, у яких їх нукліди є комплексоутворювачами (центральними атомами).

Описані вище стани існування хімічних елементів в організмі людини притаманні іншим хімічним елементам. Лише інертні гази в організм людини потрапляють і там перебувають у вигляді нейтральних атомів, утворюючи при цьому фізичні розчини. Це, перш за все, стосується аргону. Зауважимо, що такі хімічні елементи як нітроген і оксисен, які є органогенними, перебувають в організмі людини і у вигляді простих речовин .

Насамкінець розглянемо таку величину як радіус атома хімічного елементу. Якщо ми говоримо про радіус атома, то атом мусить мати форму кулі. Чи завжди це так? Згідно з квантовомеханічною моделлю атома тільки атоми елементів, зовнішній енергетичний рівень яких завершують електрони, мають форму кулі. Форми атомів інших хімічних елементів досить виразно відрізняється від кулі.

Крім того, атом гідрогену, що має форму кулі у вільному стані, у сполуці, утворивши спільну електронну пару, цю форму втрачає. Ще важче говорити про атомний радіус атома карбону, який у своїх сполуках може перебувати у різних станах гібридизації його орбіталей – .

Отже, атомний радіус хімічного елементу є досить умовною величиною, значення якої залежить не тільки від відповідних спрощень, а й способу її визначення: а) у вільному стані атома; б) в атомному кристалі; в) у молекулярному кристалі тощо.

Оскільки хімічні елементи ІІІ В; ІV В; V В груп, лантаноїди та актиноїди не є біоелементами, а їх прості та складні речовини майже не використовують у медицині, то розгляд цих хімічних елементів у нашому підручнику відсутній.





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...