Глава I.6 Знаки химических элементов. Периодическая таблица Д. И. Менделеева

Подобно тому как славянские народы используют письменность, созданную болгарскими просветителями Кириллом и Мефодием, так и химики всех стран используют «химический алфавит», предложенный шведским учёным Йёнсом Якобом Берцелиусом.

«Буквами» в этом алфавите являются символы, или знаки, химических элементов. Они представляют собой первые буквы латинского названия химического элемента: водород – H  (hydrogenium – гидрогениум), кислород – О  (oxygenium – оксигениум), азот – N  (nitrogenium – нитрогениум), углерод – С  (carboneum – карбонеум). Однако латинские названия многих химических элементов начинаются с одной и той же буквы, например азот – nitrogenium, натрий – natrium, неон – neon, никель – niccolum. Символы таких элементов состоят из первой и одной из последующих букв названия, чаще всего второй. Так, натрий обозначается Na, неон – Ne, никель – Ni.

Приведём русские названия, символы и их произношение часто встречающихся в школьном курсе химических элементов, разделив их на металлы (табл. 2), неметаллы (табл. 3) и благородные газы.

В таблицах 2 и 3 приведены названия и символы 19 химических элементов. А все известные элементы представлены в своеобразном «химическом алфавите» – таблице Д. И. Менделеева. Вариантов этой таблицы очень много. Предлагаем вам познакомиться с короткопериодным и длиннопериодным вариантами. Почему «периодным»? И тот и другой вариант таблицы состоит из горизонтальных рядов – периодов. Всего периодов семь.

В короткопериодном варианте таблицы Д. И. Менделеева различают малые (1–3-й) и большие (4–7-й) периоды. Каждый малый период состоит из одного ряда химических элементов, а каждый большой – из двух рядов: чётного и нечётного; 6-й и 7-й периоды можно назвать сверхбольшими, так как в этих периодах расположено по 14 химических элементов, сходных с лантаном La и актинием Ac: соответственно лантаноиды (6-й период) и актиноиды (7-й период). Для более компактного представления таблицы Д. И. Менделеева эти элементы располагают в её нижней части.

Таблица 2 

Символы некоторых химических элементов-металлов

Таблица 3

Символы некоторых химических элементов-неметаллов

В короткопериодном варианте таблицы Д. И. Менделеева различают 8 групп. Группа – вертикальный столбец. Каждая группа, в свою очередь, подразделяется на две подгруппы: главную подгруппу, или А-группу, и побочную подгруппу, или Б-группу. А-группу составляют химические элементы как малых, так и больших периодов, Б-группу составляют химические элементы только больших периодов.

В длиннопериодном варианте различают 18 групп, которые обозначают или арабскими цифрами, или римскими цифрами с указанием А- или Б-группы, подобно короткопериодному варианту. Так, бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий относятся ко 2-й (IIА) группе, а цинк, кадмий и ртуть – к 12-й (IIБ) группе.

Рассмотрим источники происхождения названий некоторых химических элементов:

• важнейшие свойства простых веществ – кислород (рождающий кислоты), водород (рождающий воду), фосфор (несущий свет);
• имена великих учёных – менделевий, кюрий, резерфордий;
• географические названия континентов, частей света, стран – европий, америций, рутений (назван в честь России), полоний (в честь Польши), германий, галлий (в честь Франции) или городов, – гафний (в честь Копенгагена), лютеций (в честь Парижа), дубний (в честь подмосковного города Дубны, где находится Объединённый институт ядерных исследований);
• астрономические объекты – селен (от греч. Selena – Луна), теллур (от греч. Telluris – Земля), уран, нептуний;
• древние мифы и легенды – тантал (в древнегреческой мифологии Тантал – сын Зевса), ванадий (Ванадис – богиня красоты в древнескандинавской мифологии), кобальт (кобольд – гном, домовой в мифологии Северной Европы).

Знаки химических элементов – это их символьные модели, которые обозначают:

• конкретный химический элемент;
• один атом химического элемента;
• относительную атомную массу, которая приведена в таблице Д. И. Менделеева рядом с символом каждого элемента.

Атомы элементов отличаются друг от друга массой. В СИ, как вы знаете, масса измеряется в килограммах. Например:
– масса одного атома водорода равна 1,674 ∙ 10^–27 кг;
– масса одного атома углерода равна 1,995 ∙ 10^–26 кг;
– масса одного атома кислорода равна 2,6667 ∙ 10^–26 кг.

Согласитесь, что пользоваться такими значениями неудобно. Ещё в начале XIX в. английский химик Джон Дальтон предложил сравнивать массы атомов разных химических элементов. Так как атомы водорода самые лёгкие, их можно использовать в качестве своеобразной гирьки для измерения масс атомов (рис. 33). Получилось, что атом углерода в 12 раз тяжелее атома водорода, атом кислорода тяжелее атома водорода в 16 раз (убедитесь в этом сами, разделив массу атомов этих элементов на массу атома водорода, выраженную в килограммах).

Число, показывающее, во сколько раз масса атома данного химического элемента больше массы атома водорода, называется относительной атомной массой и обозначается Ar, где r – начальная буква английского слова relative – относительный:

A_r(C) = 12, A_r(О) = 16, A_r(S) = 32, A_r(Cu) = 64, A_r(Fe) = 56

В настоящее время массы атомов химических элементов сравнивают с 1/12 массы атома углерода.

Значения относительных атомных масс химических элементов, наряду с их названиями и порядковыми номерами, приведены в таблице Д. И. Менделеева (рис. 34).

Для удобства расчётов относительные атомные массы, приведённые в таблице Д. И. Менделеева, принято округлять до целых чисел. Исключение составляет хлор, значение относительной атомной массы которого A_r (Cl) = 35,5.