§ 6. Знаки химических элементов. Периодическая таблица Д. И. Менделеева

ХИМИЧЕСКИЙ АЛФАВИТ ЙЁНСА ЯКОБА БЕРЦЕЛИУСА

• Необходимость международного языка: До начала XIX века алхимики и химики пользовались сложными мистическими символами планет и рисуночными пиктограммами, что делало записи запутанными и недоступными для учёных разных стран.
• Реформа Берцелиуса (1814 г.): Выдающийся шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус (1779–1848) предложил использовать в качестве символов (знаков) элементов начальные буквы их латинских названий:
  • Если символ состоит из одной буквы, берётся первая заглавная буква латинского корня:
  • Водород — H (Hydrogenium — «гидрогениум»);
  • Кислород — O (Oxygenium — «оксигениум»);
  • Азот — N (Nitrogenium — «нитрогениум»);
  • Углерод — C (Carboneum — «карбонеум»);
  • Сера — S (Sulfur — «сульфур»);
  • Фосфор — P (Phosphorus — «фосфорус»).
  • Если латинские названия нескольких элементов начинаются на одну букву, то к первой заглавной букве добавляют вторую строчную:
  • Азот — N, Натрий — Na (Natrium), Неон — Ne (Neon), Никель — Ni (Niccolum);
  • Углерод — C, Кальций — Ca (Calcium), Хлор — Cl (Chlorum), Медь — Cu (Cuprum).
• Правила чтения символов элементов:
  • Читаются как русское название элемента: Al («алюминий»), K («калий»), Na («натрий»), Mg («магний»), Zn («цинк»), Ba («барий»);
  • Читаются по латинскому корню: Fe («феррум»), Cu («купрум»), Si («силициум»);
  • Читаются по названию соответствующей буквы алфавита: H («аш»), O («о»), N («эн»), C («цэ»), P («пэ»), S («эс»), Cl («хлор»).

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА: ПЕРИОДЫ И ГРУППЫ

• Сущность таблицы: Периодическая система Д. И. Менделеева — это наглядная графическая модель естественной классификации химических элементов, отражающая периодический закон природы.
• Периоды (горизонтальные ряды):
  • В периодической системе насчитывается 7 периодов;
  • Малые периоды: 1-й (содержит всего 2 элемента — H и He), 2-й и 3-й периоды (содержат по 8 элементов). Они состоят из одного горизонтального ряда;
  • Большие периоды: 4-й и 5-й (по 18 элементов), 6-й (32 элемента) и 7-й (32 элемента). В традиционной короткопериодной таблице большие периоды разбиты на два ряда: чётный (только металлы) и нечётный;
  • В 6-м и 7-м периодах находятся особые семейства из 14 сходных по свойствам элементов — лантаноиды (после лантана La) и актиноиды (после актиния Ac). Для компактности они вынесены отдельными рядами в самый низ таблицы.
• Группы (вертикальные столбцы):
  • В короткопериодной таблице насчитывается 8 групп. Каждая группа делится на две подгруппы:
  • Главная подгруппа (А-группа): образована элементами как малых, так и больших периодов. В главных подгруппах с увеличением порядкового номера сверху вниз неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются;
  • Побочная подгруппа (Б-группа): образована элементами только больших периодов. Все элементы побочных подгрупп являются исключительно металлами (железо Fe, медь Cu, цинк Zn, марганец Mn, серебро Ag, золото Au).
  • В длиннопериодном международном стандарте таблица состоит из 18 вертикальных групп.

ЭТИМОЛОГИЯ НАЗВАНИЙ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

• Источники названий элементов отражают историю мировой культуры:

1. По характерным физико-химическим свойствам:
   • Кислород (греч. oxys — кислый + genes — рождающий: «рождающий кислоты»);
   • Водород («рождающий воду»);
   • Фосфор (греч. phosphoros — «несущий свет», за свечение белого фосфора в темноте);
   • Хлор (греч. chloros — жёлто-зелёный, по цвету газа).
2. В честь выдающихся учёных:
   • Менделевий (Md, в честь Д. И. Менделеева);
   • Кюрий (Cm, в честь Марии и Пьера Кюри);
   • Резерфордий (Rf, в честь Эрнеста Резерфорда).
3. Географические названия стран, городов и континентов:
   • Рутений (Ru, в честь России, от средневекового латинского названия Ruthenia);
   • Полоний (Po, в честь родины Марии Склодовской-Кюри — Польши);
   • Германий (Ge), Галлий (Ga, Франция), Франций (Fr);
   • Европий (Eu) и Америций (Am);
   • Дубний (Db, в честь подмосковного наукограда Дубна, центра ядерных исследований).
4. Астрономические объекты Солнечной системы:
   • Селен (Se, от греч. Selena — Луна);
   • Теллур (Te, от лат. Telluris — Земля);
   • Уран (U), Нептуний (Np), Плутоний (Pu).
5. Древние мифы и сказочные персонажи:
   • Тантал (Ta, мифический герой Тантал, не могущий утолить жажду — металл не растворяется в кислотах);
   • Ванадий (V, скандинавская богиня красоты Ванадис);
   • Кобальт (Co, злой подземный гном-кобольд).

ТРИ СМЫСЛА СИМВОЛА И ОТНОСИТЕЛЬНАЯ АТОМНАЯ МАССА ($A_r$)

• Триединый смысл каждого химического знака:

1. Качественный: называет определённый химический элемент;
2. Микроскопический количественный: обозначает ровно один атом этого элемента;
3. Расчётный макроскопический: несёт значение его относительной атомной массы ($A_r$).

• Проблема массы атома: Реальные абсолютные массы атомов невообразимо малы: масса атома водорода составляет около $1,67 \cdot 10^{-27}\ \text{кг}$, а атома углерода — около $1,99 \cdot 10^{-26}\ \text{кг}$. Использовать такие громоздкие числа при практических расчётах неудобно.
• Углеродная единица (эталон): Международным эталоном атомной массы принята $\frac{1}{12}$ часть массы атома углерода-12 (¹²C), равная приблизительно $1,66 \cdot 10^{-27}\ \text{кг}$ (атомная единица массы — а.е.м.).
• Относительная атомная масса ($A_r$):
  • Это безразмерная величина, показывающая, во сколько раз масса атома данного элемента больше $\frac{1}{12}$ массы атома углерода (индекс $r$ происходит от английского слова relative — «относительный»);
  • В расчётах значения $A_r$ округляют до целых чисел:
  • $A_r(\text{H}) = 1$;
  • $A_r(\text{C}) = 12$;
  • $A_r(\text{N}) = 14$;
  • $A_r(\text{O}) = 16$;
  • $A_r(\text{Fe}) = 56$;
  • $A_r(\text{Cu}) = 64$.
  • Главное исключение школьной химии: Относительную атомную массу хлора всегда принимают равной $35,5$ ($A_r(\text{Cl}) = 35,5$), так как природный хлор состоит из смеси двух стабильных изотопов $^{35}\text{Cl}$ и $^{37}\text{Cl}$ в соотношении $3:1$.