Содержание статьи
Также по теме

ХИМИЯ

ХИМИЯ, наука о химических элементах, их соединениях и превращениях, происходящих в результате химических реакций. Она изучает, из каких веществ состоит тот или иной предмет; почему и как ржавеет железо, и почему олово не ржавеет; что происходит с пищей в организме; почему раствор соли проводит электрический ток, а раствор сахара – нет; почему одни химические изменения происходят быстро, а другие – медленно. Главная задача химии – выяснение природы вещества, главный подход к решению этой задачи – разложение вещества на более простые компоненты и синтез новых веществ. Используя этот подход, химики научились воспроизводить множество природных химических субстанций и создавать материалы, не существующие в природе. На химических предприятиях уголь, нефть, руды, вода, кислород воздуха превращаются в моющие средства и красители, пластики и полимеры, лекарства и металлические сплавы, удобрения, гербициды и инсектициды и т.д. Живой организм тоже можно рассматривать как сложнейший химический завод, на котором тысячи веществ вступают в точно отрегулированные химические реакции.

ЭЛЕМЕНТЫ И СОЕДИНЕНИЯ

Элементы

Исследование сложного вещества начинается с попыток разложить его на более простые. Простейшая форма материи, в которой сохраняется определенная совокупность физических и химических свойств, называется химическим элементом. Химические элементы – это частицы вещества, представляющие собой совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Водород, кислород, хлор, натрий, железо – все это элементы. Элемент нельзя разложить на более простые составляющие обычными методами: с помощью тепла, света, электричества или под действием другого вещества. Для этого нужны колоссальное количество энергии, специальное оборудование (например, ускоритель частиц) или высокие температуры, сравнимые с температурами в недрах Солнца. Из 109 известных элементов в природе существует девяносто два элемента, остальные получены искусственно. Все они систематизированы в периодической таблице элементов, где каждому элементу соответствует свой порядковый номер, называемый атомным номером (см. ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ; ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ). В табл. 1 перечислены первые 103 элемента в алфавитном порядке. Из этого ограниченного набора элементов и состоят миллионы химических веществ.

Таблица 1. АТОМНЫЕ МАССЫ ЭЛЕМЕНТОВ
Элемент Символ Атомный номер Атомная масса
Азот N 7 14,0067
Актиний Ac 89 (227)
Алюминий Al 13 26,98154
Америций Am 95 (243)
Аргон Ar 18 39,948
Астат At 85 (210)
Барий Ba 56 137,33
Бериллий Be 4 9,01218
Берклий Bk 97 (247)
Бор B 5 10,811
Бром Br 35 79,904
Ванадий V 23 50,9415
Висмут Bi 83 208,9804
Водород H 1 1,0079
Вольфрам W 74 183,85
Гадолиний Gd 64 157,25
Галлий Ga 31 69,723
Гафний Hf 72 178,49
Гелий He 2 4,0026
Германий Ge 32 72,59
Гольмий Ho 67 164,9304
Диспрозий Dy 66 162,50
Европий Eu 63 151,96
Железо Fe 26 55,847
Золото Au 79 196,9665
Индий In 49 114,82
Иод I 53 126,9045
Иридий Ir 77 192,22
Иттербий Yb 70 173,04
Иттрий Y 39 88,9059
Кадмий Cd 48 112,41
Калий K 19 39,0983
Калифорний Сf 98 (251)
Кальций Ca 20 40,078
Кислород O 8 15,9994
Кобальт Co 27 58,9332
Кремний Si 14 28,0855
Криптон Kr 36 83,80
Ксенон Xe 54 131,29
Кюрий Cm 96 (247)
Лантан La 57 138,9055
Лоуренсий Lr 103 (260)
Литий Li 3 6,941
Лютеций Lu 71 174,967
Магний Mg 12 24,305
Марганец Mn 25 54,9380
Медь Cu 29 63,546
Менделевий Md 101 (258)
Молибден Mo 42 95,94
Мышьяк As 33 74,9216
Натрий Na 11 22,98977
Неодим Nd 60 144,24
Неон Ne 10 20,179
Нептуний Np 93 237,0482
Никель Ni 28 58,69
Ниобий Nb 41 92,9064
Нобелий No 102 (259)
Олово Sn 50 118,710
Осмий Os 76 190,2
Палладий Pd 46 106,42
Платина Pt 78 195,08
Плутоний Pu 94 (244)
Полоний Po 84 (209)
Празеодим Pr 59 140,9077
Прометий Pm 61 (145)
Протактиний Pa 91 231,0359
Радий Ra 88 226,0254
Радон Rn 86 (222)
Рений Re 75 186,207
Родий Rh 45 102,9055
Ртуть Hg 80 200,59
Рубидий Rb 37 85,4678
Рутений Ru 44 101,07
Самарий Sm 62 150,36
Свинец Pb 82 207,2
Селен Se 34 78,96
Сера S 16 32,066
Серебро2) Ag 47 107,8682
Скандий Sc 21 44,9559
Стронций Sr 38 87,62
Сурьма Sb 51 121,75
Таллий Tl 81 204,383
Тантал Ta 73 180,9479
Теллур Te 52 127,60
Тербий Tb 65 158,9254
Технеций Tc 43 [97]
Титан Ti 22 47,88
Торий Th 90 232,0381
Тулий Tm 69 168,9342
Углерод C 6 12,011
Уран U 92 238,0289
Фермий Fm 100 (257)
Фосфор P 15 30,97376
Франций Fr 87 (223)
Фтор F 9 18,998403
Хлор Cl 17 35,453
Хром Cr 24 51,9961
Цезий Cs 55 132,9054
Церий Ce 58 140,12
Цинк Zn 30 65,39
Цирконий Zr 40 91,224
Эйнштейний Es 99 (252)
Эрбий Er 68 167,26
1) В расчете на атомную массу изотопа углерода 12С, равную 12,0000. В круглых скобках указано массовое число наиболее долгоживущего нуклида.
2) См. также АТОМНАЯ МАССА.

Соединения

Элементы, соединяясь друг с другом, образуют сложные вещества – химические соединения. Соль, вода, ржавчина, каучук – это примеры соединений. Соединение состоит из элементов, но обычно по своим свойствам и внешнему виду не напоминает ни один из них. Так, ржавчина образуется при взаимодействии газа – кислорода с металлом – железом, а сырьем для получения многих волокон служат уголь, вода и воздух. Именно индивидуальность свойств – одна из черт, отличающих соединение от простой смеси. Другая, и наиболее важная, характеристика соединения заключается в том, что элементы всегда соединяются между собой в определенных массовых соотношениях. Например, вода состоит из 2,016 массовых частей водорода и 16,000 массовых частей кислорода. Массовое соотношение между водородом и кислородом в водах Волги и льдах Антарктики одинаково и равно 1:8. Иными словами, каждое химическое соединение имеет вполне определенный состав, т.е. всегда содержит одни и те же элементы в одних и тех же массовых соотношениях. Это один из основных химических законов – закон постоянства состава.

Многие элементы образуют несколько соединений. Так, помимо воды известно еще одно соединение водорода и кислорода – пероксид водорода, который состоит из 2,016 частей водорода и 32 частей кислорода. Здесь водород и кислород находятся в массовом соотношении 1:16, что ровно вдвое отличается от их соотношения в воде. Этот пример иллюстрирует закон кратных соотношений: если два элемента образуют между собой несколько соединений, то массовые количества одного элемента, соединяющиеся с одним и тем же массовым количеством другого, относятся между собой как небольшие целые числа.