Chemisches Element

EIN Chemisches Element , oft einfach ein genannt Element , ist eine Substanz, die auf gewöhnliche Weise nicht zersetzt oder in andere chemische Substanzen umgewandelt werden kann chemisch Prozesse. Alle Angelegenheit besteht aus diesen Elementen und seit 2006 wurden 117 einzigartige Elemente entdeckt oder künstlich geschaffen. Das kleinste Teilchen eines solchen Elements ist ein Atom , was aus ... besteht Elektronen zentriert um einen Kern von Protonen und Neutronen .

Terminologie der Chemie

Früher ein Element oder reines Element wurde als eine Substanz definiert, die „nicht weiter in eine andere Verbindung mit anderen chemischen Eigenschaften zerlegt werden kann“ – was so zu verstehen ist, dass sie aus Atomen eines Elements besteht. Aufgrund der Allotropie, des Isotopeneffekts und der Verwechslung mit dem nützlicheren Begriff, der sich auf die allgemeine Klasse von Atomen bezieht (unabhängig davon, in welcher Verbindung es sich befindet), ist diese Verwendung jedoch bei zeitgenössischen Chemikern unbeliebt und wird meistens eingeschränkt historisch, verwenden. Diese Definition wurde durch die Beobachtung motiviert, dass diese Elemente auf chemischem Wege nicht in andere Verbindungen dissoziiert werden können. Beispielsweise könnte Wasser in Wasserstoff umgewandelt werden und Sauerstoff , aber Wasserstoff und Sauerstoff konnten nicht weiter zerlegt werden, also 'elementar'. Es gibt auch viele Gegenbeispiele (zum Beispiel 'elementarer Sauerstoff' (O _zwei ) kann rein chemisch in Sauerstoffionen und Atome zerlegt werden, die drastisch unterschiedliche chemische Eigenschaften haben). Dieser Artikel wird sich mit der letzteren Definition befassen.

Beschreibung

Die leichtesten Elemente sind Wasserstoff und Helium . Alle schwereren Elemente werden sowohl natürlich als auch künstlich durch verschiedene Methoden der Nukleosynthese hergestellt. Ab 2006 gibt es 117 bekannte Elemente: 94 kommen natürlich auf der Erde vor (sechs in Spurenmengen: Technetium, Ordnungszahl 43; Promethium, Ordnungszahl 61; Astat, Ordnungszahl 85; Francium, Ordnungszahl 87; Neptunium, Ordnungszahl 93 ; und Plutonium, Ordnungszahl 94) und 95 (einschließlich Kalifornien ) wurden im gesamten Universum nachgewiesen. Die 23 nicht auf der Erde vorkommenden Elemente werden künstlich gewonnen; Technetium war das erste angeblich nicht natürlich vorkommende Element, das 1937 synthetisiert wurde, obwohl Spuren von Technetium seitdem in der Natur gefunden wurden und das Element möglicherweise 1925 auf natürliche Weise entdeckt wurde. Alle künstlich abgeleiteten Elemente sind radioaktiv mit kurzen Halbwertszeiten Wenn also Atome dieser Elemente bei der Entstehung der Erde vorhanden waren, sind sie höchstwahrscheinlich bereits zerfallen.

Listen der Elemente namentlich , nach Symbol, nach Ordnungszahl, nach Dichte, nach Schmelzpunkt und nach Siedepunkt sowie Ionisationsenergien der Elemente stehen zur Verfügung. Die bequemste Darstellung der Elemente ist in der Periodensystem , das Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften zusammenfasst.

Ordnungszahl

Die Ordnungszahl eines Elements, AUS , ist gleich der Anzahl der Protonen, die das Element definieren. Zum Beispiel alle Kohlenstoff Atome enthalten 6 Protonen in ihrem Kern, also für Kohlenstoff Z = 6. Diese Atome können unterschiedliche Mengen an Neutronen haben und sind als Isotope des Elements bekannt. Die Atommasse eines Elements, EIN , wird in einheitlichen atomaren Masseneinheiten gemessen (u) ist die durchschnittliche Masse aller Atome des Elements in einer interessierenden Umgebung (normalerweise Erdkruste und Atmosphäre). Da Elektronen von vernachlässigbarer Masse und Neutronen kaum mehr als die Masse des Protons sind, entspricht dies normalerweise der Summe der Protonen und Neutronen im Kern des häufigsten Isotops, obwohl dies nicht immer der Fall ist (insbesondere Chlor, das sind etwa dreiviertel ³⁵ Cl und ein Viertel ³⁷ Cl).

Atommasse

Die Atommassen, die im Periodensystem angegeben sind, sind eigentlich die relativen Atommassen, die nach der folgenden Methode berechnet werden. Nehmen wir als Beispiel an, dass es drei Isotope des Elements X gibt und ihre jeweiligen Atommassen 10, 20 und 30 AMU betragen, um dies zu demonstrieren. Nehmen Sie nun auch an, dass 50 % der Isotope von Element X die 10-AMU-Version sind und die beiden schwereren Isotope jeweils 25 % der Gesamtzahl der Atome (Partikel) dieses hypothetischen Elements ausmachen. Als Ergebnis 10 * 0,5 = 5 AMU und 20 * 0,25 = 5 AMU und 30 * 0,25 = 7,5 AMU. Die resultierende durchschnittliche Atommasse beträgt 17,5 AMU. Der Grund dafür ist, dass die Methode zur Berechnung der durchschnittlichen Masse die relative Häufigkeit aller Isotope eines Elements berücksichtigt, die mit ihren individuellen Massen multipliziert wird.

Isotope

Einige Isotope sind radioaktiv und zerfallen bei Bestrahlung mit einem Alpha- oder Betateilchen in andere Elemente. Einige Elemente haben keine nicht radioaktiven Isotope, insbesondere alle Elemente mit Ordnungszahlen größer als 82.

Nomenklatur

Die Benennung von Elementen geht der Atomtheorie der Materie voraus, obwohl damals nicht bekannt war, welche Chemikalien Elemente und welche Verbindungen sind. Wenn es gelernt wurde, existierende Namen ( z.B., Gold, Quecksilber, Eisen) wurden in den meisten Ländern beibehalten, und bei den Namen der Elemente entstanden nationale Unterschiede, entweder aus Bequemlichkeit, aus sprachlichen Feinheiten oder aus Nationalismus. Beispielsweise verwenden die Deutschen „Wasserstoff“ für „Wasserstoff“ und „Sauerstoff“ für „Sauerstoff“. Englisch und einige romanische Sprachen verwenden „Natrium“ für „Natrium“ und „Kalium“ für „Kalium“, und die Franzosen bevorzugen den Begriff „Azote“ für „Stickstoff“. Dies wird auch von den Griechen verwendet.

Aber für den internationalen Handel werden die offiziellen Namen der alten und neuen chemischen Elemente von der International Union of Pure and Applied Chemistry festgelegt, die sich für eine Art internationale englische Sprache entschieden hat. Diese Organisation hat kürzlich vorgeschrieben, dass „Aluminium“ und „Caesium“ die US-Schreibweise „Aluminium“ und „Cäsium“ ersetzen, während das US-amerikanische „Sulphur“ den Platz des britischen „Sulphur“ einnimmt. Chemikalien, die in vielen Ländern in großen Mengen verkauft werden können, haben jedoch immer noch nationale Namen, und solche, die keine verwenden Lateinisches Alphabet Es kann nicht erwartet werden, dass sie den IUPAC-Namen verwenden. Laut IUPAC wird der vollständige Name eines Elements nicht groß geschrieben, selbst wenn er von einem Eigennamen abgeleitet ist (es sei denn, er würde durch eine andere Regel groß geschrieben, z. B. wenn er einen Satz beginnt).

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden Physiklabors in der Lage, Kerne chemischer Elemente herzustellen, deren Halbwertszeit zu kurz ist, um in nennenswerten Mengen vorhanden zu sein. Diese werden auch von der IUPAC benannt, die in der Regel den vom Entdecker gewählten Namen übernimmt. Dies kann zu der kontroversen Frage führen, welche Forschergruppe ein Element eigentlich entdeckt hat, eine Frage, die die Benennung von Elementen mit der Ordnungszahl 104 und höher lange hinausgezögert hat. (Siehe Kontroverse um Elementnamen).

Vorläufer solcher Kontroversen waren die nationalistischen Benennungen von Elementen im späten 19. Jahrhundert. Zum Beispiel, Lutetium wurde in Anlehnung an Paris, Frankreich, benannt. Die Deutschen zögerten, Namensrechte an die Franzosen abzugeben, und nannten es oft Kassiopeia . Der britische Entdecker von Niob ursprünglich benannt Niob, in Bezug auf die Neue Welt. Es wurde als solches von amerikanischen Veröffentlichungen vor der internationalen Standardisierung ausgiebig verwendet.

Chemische Symbole

Spezifische chemische Elemente

Bevor die Chemie eine Wissenschaft wurde, Alchemisten hatte arkane Symbole sowohl für Metalle als auch für gewöhnliche Verbindungen entworfen. Diese wurden jedoch als Abkürzungen in Diagrammen oder Verfahren verwendet; Es gab kein Konzept, dass sich ein Atom zu Molekülen zusammenfügt. Mit seinen Fortschritten in der Atomtheorie der Materie entwickelte John Dalton seine eigenen einfacheren Symbole, die auf Kreisen basierten und zur Darstellung von Molekülen verwendet werden sollten.

Das aktuelle System der chemischen Notation wurde von Berzelius erfunden. In diesem typografischen System werden chemische Symbole nicht als bloße Abkürzungen verwendet - obwohl jedes aus Buchstaben des besteht Lateinisches Alphabet - Es handelt sich um Symbole, die dazu bestimmt sind, von Völkern aller Sprachen und Alphabete verwendet zu werden. Das erste dieser Symbole sollte vollständig universell sein; da Latein zu dieser Zeit die gemeinsame Sprache der Wissenschaft war, waren sie Abkürzungen, die auf dem basierten Latein Namen von Metallen - Fe kommt von Ferrum, Ag von Argentum. Auf die Symbole folgte kein Punkt (Punkt), wie es bei Abkürzungen der Fall war. Später wurden chemischen Elementen auch eindeutige chemische Symbole zugewiesen, basierend auf dem Namen des Elements, jedoch nicht unbedingt auf Englisch. Zum Beispiel, Natrium hat das chemische Symbol „Na“ nach dem Lateinischen Natrium . Gleiches gilt für „W“ (Wolfram) z Wolfram , 'Hg' (Hydrargyrum) für Merkur , 'K' (Kalium) für Kalium , und 'Sb' (Stibium) für Antimon .

Chemische Symbole werden international verstanden, wenn Elementnamen übersetzt werden müssen. Es gibt manchmal Unterschiede; Beispielsweise haben die Deutschen 'J' anstelle von 'I' für Jod verwendet, damit das Zeichen nicht mit einer römischen Zahl verwechselt wird.

Der erste Buchstabe eines chemischen Symbols wird immer groß geschrieben, wie in den vorangegangenen Beispielen, und die nachfolgenden Buchstaben, falls vorhanden, immer klein geschrieben (Kleinbuchstaben).

Allgemeine chemische Symbole

Es gibt auch Symbole für Reihen chemischer Elemente, für Vergleichsformeln. Diese sind einen Großbuchstaben lang, und die Buchstaben sind reserviert, sodass sie nicht für die Namen bestimmter Elemente angegeben werden dürfen. Beispielsweise wird ein „X“ verwendet, um eine variable Gruppe innerhalb einer Klasse von Verbindungen anzuzeigen (obwohl normalerweise ein Halogen), während „R“ für einen Rest verwendet wird, was eine Verbindungsstruktur wie eine Kohlenwasserstoffkette bedeutet. Der Buchstabe „Q“ ist für „Hitze“ in einer chemischen Reaktion reserviert. 'Y' wird auch oft als allgemeines chemisches Symbol verwendet, obwohl es auch das Symbol von ist Yttrium . „Z“ wird auch häufig als allgemeine Variablengruppe verwendet. 'L' wird verwendet, um einen allgemeinen Liganden in der anorganischen und metallorganischen Chemie darzustellen. 'M' wird auch oft anstelle eines allgemeinen Metalls verwendet.

Isotopensymbole

Obwohl nicht offiziell verwendet, sind in der Kernphysik die drei Hauptisotope des Elements Wasserstoff werden oft als H für Protium, D für Deuterium und T für Tritium geschrieben. Dies soll die Verwendung in chemischen Gleichungen erleichtern, da es die Notwendigkeit ersetzt, die AMU für jedes Isotop aufzuschreiben. Es ist so geschrieben:

D _zwei O (schweres Wasser)

Anstatt es so zu schreiben:

^zwei H _zwei Ö

Die häufigsten Elemente im Universum

Dies sind die zehn häufigsten Elemente im Universum, gemessen in ppm:

Kürzlich entdeckte Elemente

Element 118, Eine Nacht , das bisher schwerste gefundene Element, wurde am 9. Oktober 2006 vom Flerov Laboratory of Nuclear Reactions in Dubna erfolgreich erzeugt/synthetisiert (in diesem Zusammenhang synonym). Russland

Element 117, Ununseptium, muss noch geschaffen oder entdeckt werden, obwohl sein Platz im Periodensystem vorbestimmt ist, und ebenso für mögliche Elemente jenseits von 118.