Джордж и ледяной спутник

Что такое химические элементы и откуда они взялись?

Попросту говоря, химический элемент – это определённый вид атомов. Что в этом интересного? Дело в том, что нам известно всего лишь 118 химических элементов, и всё, что есть в мире, состоит из комбинаций одного или нескольких этих элементов. Наука, которая изучает поведение этих элементов и их соединения, называется химией.

Но откуда взялись эти элементы? Два первых по счёту, водород и гелий, образовались в самом начале Вселенной, при Большом взрыве, и вскоре стали соединяться в больших количествах, образуя звёзды. В звёздах, таких как наше Солнце, водород сгорает при очень высоких температурах в ходе процесса, называемого термоядерным синтезом, и образует гелий. По мере старения звёзд количество гелия в них растёт, а количество водорода уменьшается, и тогда звёзды начинают использовать гелий в качестве горючего, что ведёт к появлению более тяжелых элементов, таких как углерод, азот и кислород. Поскольку эти элементы – основа человеческой жизни, то можно сказать, что все мы созданы из звёзд!

В зависимости от того, насколько велика и горяча звезда, при термоядерном синтезе создаются всё более и более тяжёлые элементы – и так до железа. Элементы тяжелее железа чаще всего образуются при взрыве звёзд – при вспышке сверхновой. Сверхновая испускает колоссальные количества энергии, необходимой для образования тяжёлых элементов.

Все эти процессы способны объяснить существование 94 химических элементов, появившихся на Земле естественным путём. Остальные 24 элемента, называемые трансурановыми (они тяжелее урана), создаются людьми с помощью особого оборудования, такого как ядерные реакторы или ускорители частиц. Атомы этих элементов не очень стабильны и распадаются, образуя при этом меньшие, более стабильные атомы. Элементы, которые распадаются таким образом, называют радиоактивными, а процесс – радиоактивным распадом. В этом процессе происходит выброс энергии, которую используют для производства электричества на атомных электростанциях.

Периодическая система химических элементов

На первый взгляд периодическая таблица – обычный список всех известных химических элементов, однако всё не так просто. Эта таблица сообщает нам, насколько тяжёл тот или иной элемент, сколько в нём протонов и электронов и как они расположены. Именно порядок расположения электронов управляет реакциями элементов.

Система называется периодической, потому что свойства элементов периодически повторяются. Например, у всех элементов одной группы (столбец таблицы) электроны одинаково упорядочены, и эти элементы вступают в реакции сходным образом. Эта периодичность вызвана тем, что электроны находятся на определённых энергетических уровнях, и на каждом уровне может быть не больше определённого количества электронов.

Эта таблица была открыта в 1869 году химиком Дмитрием Менделеевым и росла по мере того, как открывали новые элементы. Менделеев так много размышлял о том, почему некоторые элементы ведут себя похоже и как лучше отобразить имеющуюся информацию, что ответ явился ему во сне! Самое впечатляющее в его идее – что он оставил пробелы там, где, как он считал, должен быть элемент, который просто пока ещё не открыт!

Когда вы разрабатываете новую научную теорию, очень важно использовать её для прогнозов. Впоследствии, проверив свой прогноз, вы узнаете, верна ли ваша теория. Именно это и сделал Менделеев. В его таблице под элементом «кремний» был пробел, и Менделеев предсказал свойства, которыми должен обладать недостающий элемент. Он назвал его «эка-кремний». Только в 1886 году этот элемент был открыт, получил название «германий», и свойства его почти в точности соответствовали прогнозу Менделеева для эка-кремния!

Тоби