Книга по химии для домашнего чтения

Степин Борис Дмитриевич

Триметиламин является продуктом анаэробного (без участия кислорода) дыхания морских организмов. Его удалось выделить из слез человека и желудочного сока. У людей с нарушением функции печени сильно пахнут «разлагающейся рыбой» дыхание, пот и моча из-за выделения «рыбного газа».

4. КАК ОТКРЫВАЛИСЬ ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СОЗДАВАЛАСЬ ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

В этом разделе читатель узнает об истории открытия химических элементов, происхождении их названий, о спорах,

связанных с приоритетом открытия, о ложно открытых элементах, о формировании принципов построения системы химических элементов и других интересных исторических фактах, связанных с понятием «элемент».

4.1. ЭЛЕМЕНТ И ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО

Элемент в обычном понимании — составная часть чего-нибудь. Уже в древности считали, что как слова состоят из букв, так и тела — из элементов. Французский химик А. Лавуазье (см. 2.28) применял термины «элемент» и «простое тело» как равнозначные. Д.И. Менделеев начал разделять эти термины. Он писал: «Понятия и слова простое тело и элемент нередко смешивают между собою… Простое тело есть вещество… с рядом физических признаков и химических реакций… Под именем элементов должно подразумевать те материальные составные части простых и сложных тел? которые придают им известную совокупность физических и химических свойств… Углерод есть элемент, а уголь, графит и алмаз суть тела простые».

Простое вещество — это форма существования конкретного химического элемента в том или ином агрегатном состоянии. Химический же элемент — это один атом или их разрозненная совокупность с одним и тем же зарядом ядра, с одним и тем же числом протонов в ядре. Когда между атомами одного и того же химического элемента появляются химические связи, то совокупность химически связанных атомов — уже простое вещество.

4.2. ЭЛЕМЕНТЫ ПО АРИСТОТЕЛЮ

Аристотель (384–322 гг. до н.э.) был почти 20 лет учеником знаменитого философа и математика Платона (см. 1.6) и только в возрасте 37 лет покинул стены платоновской школы, чтобы стать учителем Александра Македонского. В 335 г. до н.э. он основал в Афинах свою философскую школу — Ликей. В то время философы не имели никакого понятия о химических элементах, хотя им были известны семь металлов (см. 3.1) и два неметалла — уголь и сера.

^{Рис. 1. Элементы или стихии Аристотеля} 

Аристотель создал первую картину мира. Он был уверен, что первоосновой всего существующего является какая-то единая первоматерия, находящаяся в разных состояниях, появляющихся при комбинациях четырех стихий или элементов: земли, воды, воздуха и огня (рис. 1). Стихия земли может находиться в сухом и холодном состояниях, стихия воды — в холодном и влажном состояниях, и т. д. К четырем элементам Аристотель позднее присоединил пятый — эфир, из которого, как он полагал, состоят небеса, звезды и планеты. По его мнению, все шесть металлов образовались из ртути путем присоединения к ней того или иного элемента — земли, воды, воздуха или огня.

4.3. ПЕРВЫЙ МЕТАЛЛ ЧЕЛОВЕКА

Знаете ли вы:

C каким первым металлом познакомился человек еще в эпоху каменного века? Что из ртути можно получить золото?

Считают, что золото и железо были первыми металлами, знакомыми человеку еще в каменном веке. Золото встречается в природе в самородном состоянии, а железо было металлом, «упавшим с неба», метеоритным железом. В Древнем Египте железо называли «бе-нипет», что означало в буквальном переводе «небесный металл» (см. 1.55 и 5.27). За три тысячелетия

до нашей эры человечеству уже были известны семь металлов, получивших название «семь металлов древности»: золото Au, железо Fe, серебро Ag, медь Cu, свинец Pb, олово Sn и ртуть Hg.

В IV в. до н.э. в Индии и Египте ртуть Hg и сера S были, по древним представлениям, как бы «родительской парой», порождавшей все металлы и минералы. Ртуть рассматривалась как символ металличности, как «душа металла» и «корень всех веществ». Поэтому ртуть называли в то время Меркурием по имени ближайшей к Солнцу — золоту — планеты Меркурий (см. 3.1). Отсюда и произошло название сложных соединений ртути — меркураты (например, тетраиодомеркурат калия K₂(HgI₄]).

Уже в нашем столетии выяснилось, что природная ртуть и ртуть, получаемая из минерала киновари, сульфида ртути HgS (см. 1.13), всегда содержит примесь золота в большем или меньшем количестве. Ртуть образует с золотом ряд соединений: Au₃Hg, Au₂Hg, AuHg₂ и др. Некоторые из этих соединений способны переходить вместе с ртутью в пар и затем в ее конденсат. Поэтому от примеси золота ртуть не освобождается даже после многократной повторной перегонки. Только при длительном электрическом разряде в парах ртути можно выделить на стенках реакционной трубки черный налет мелкораздробленного золота. Это явление послужило причиной возрождения 60–70 лет тому назад старой алхимической версии о возможности превращения ртути в золото. Увы, золото было только примесью в ртути. Золото Au в исчезающе малых количествах можно получить из ртути Hg только в ядерных реакциях. Например, из радиоактивного изотопа ртути-197 в ядерной реакции

¹⁹⁷₈₀Hg(K, e-, ) -> ¹⁹⁷₇₉Au,

в которой в результате захвата ядром электрона (K-захват) один из протонов ядра превращается в нейтрон n⁰ с излучением фотона :

p⁺ + е^– = n⁰ + .

4.4. ПОРЯДКОВЫЙ ИЛИ АТОМНЫЙ НОМЕР?

Порядковый номер и атомный номер химического элемента — синонимы, совпадающие понятия. В Периодической системе Менделеева (см. 2.13) элементы располагаются в порядке возрастания их номеров, начиная с водорода H, порядковый или атомный номер которого равен единице. Порядковый номер элемента равен заряду ядер его атомов в единицах элементарного электрического заряда или числу протонов в ядре, а для нейтрального атома — числу электронов в нем.

Термин «порядковый номер элемента» впервые ввел в употребление английский химик Ньюлендс в 1875 г. без какого-либо физического смысла (см. 2.16). Этот термин вначале не имел никакого отношения к Периодической системе Менделеева. Термин «атомный номер элемента» ввел в употребление английский физик Эрнст Резерфорд в 1913 г. вместо термина «порядковый номер элемента» и настойчиво его внедрял. Так как Периодическая система Менделеева — это система химических элементов, а не атомов, их составляющих, то в настоящее время предпочтение отдается термину «порядковый номер элемента».

Если символ элемента Э, то порядковый номер элемента Z обозначается подстрочным индексом слева от символа, а массовое число А, или число нуклонов в ядрах элемента (см. 4.60) — надстрочным индексом слева, например ^A_ZЭ. Для изотопа золота-157 обозначение будет таким: ¹⁹⁷₇₉Au, где 197 — массовое число А, 79 — порядковый номер Z.

Примечание. Эрнст Резерфорд (1871–1937) — английский физик, член Лондонского королевского общества, его президент, лауреат Нобелевской премии.