1.4: Хімічні елементи та символи

Last updated
Save as PDF

Page ID: 21786

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Визначте назви і символи загальних хімічних елементів.
Являють собою хімічну сполуку з хімічною формулою.

Як описано в попередньому розділі, елемент - це чиста речовина, яку неможливо розщепити на більш прості хімічні речовини. На Землі відомо близько 90 природних елементів. Використовуючи технології, вчені змогли створити майже 30 додаткових елементів, які не зустрічаються в природі. Сьогодні хімія розпізнає 118 елементів, деякі з яких були створені атомом в той час. \(\PageIndex{1}\)На малюнку показані деякі хімічні елементи.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Зразки елементів. Золото - жовтувата тверда речовина, залізо - срібляста тверда речовина, тоді як ртуть - срібляста рідина при кімнатній температурі. © Thinkstock

Імена та символи стихій

Кожен елемент має назву. Деякі з цих імен датуються давниною, а інші - досить нові. Сьогодні назви нових елементів пропонуються їх першовідкривачами, але повинні бути схвалені Міжнародним союзом чистої та прикладної хімії, міжнародною організацією, яка дає рекомендації щодо всіх видів хімічної термінології.

Сьогодні нові елементи прийнято називати на честь відомих вчених.

Назви елементів можуть бути громіздкими для написання в повному обсязі, особливо при об'єднанні для формування назв сполук. Тому назва кожного елемента скорочено як одно- або двобуквене хімічний символ. За умовністю перша літера хімічного символу є великою літерою, тоді як друга літера (якщо така є) - мала. Перша буква символу зазвичай є першою літерою назви елемента, тоді як друга буква - це якась інша буква з назви. Деякі елементи мають символи, які походять від більш ранніх, переважно латинських назв, тому символи можуть не містити жодних букв англійської назви. У таблиці\(\PageIndex{2}\) наведені назви і символи деяких найбільш звичних елементів.

Таблиця\(\PageIndex{2}\): Імена елементів та символи
Назва елемента	Символ елемента	Назва елемента	Символ елемента
алюміній	Аль	магній	Мг
аргон	Ар	марганцю	Мн
миш'яку	Як	ртуті	Hg*
барію	Ба	неонові	Ne
вісмут	Бі	нікель	Ni
бор	Б	азоту	П
брому	Br	кисень	O
кальцій	Ca	фосфор	Р
вуглець	C	платина	Пт
хлору	Cl	калій	К*
хром	Cr	кремній	СІ
мідь	Cu*	срібло	Ag*
фтору	F	натрію	Na*
золото	Ау*	стронцій	Sr
гелій	Він	сірки	S
водню	Ч	олово	Сн*
залізо	Fe	вольфраму	Ш ^†
йоду	Я	уран	У
свинець	Пб*	цинку	Zn
літію	Лі	цирконій	Зр
Символ походить від латинської назви елемента. ^† Символ вольфраму походить від його німецької назви - wolfram*.

Імена елементів в інших мовах, крім англійської, часто близькі до їх латинських назв. Наприклад, золото - це oro іспанською мовою та або французькою мовою (близько до латинського aurum), олово - estaño іспанською мовою (порівняйте з stannum), свинець - plomo іспанською мовою та пломб французькою (порівняйте зі схилом), срібло є argent французькою мовою (порівняйте з Argentum), а залізо - це фер французькою та hierro іспанською (порівняйте з залізом). Близькість навіть більш очевидна у вимові, ніж у правописі.

Елементи в природі і людському тілі

Елементи широко розрізняються в достатку. У Всесвіті в цілому найпоширенішим елементом є водень (близько 90% атомів), за ним йде гелій (більша частина решти 10%). Всі інші елементи присутні у відносно незначних кількостях, наскільки ми можемо виявити. На планеті Земля, однак, ситуація досить інша (табл.\(\PageIndex{1}\)). Кисень становить 46,1% маси земної кори (відносно тонкий шар гірських порід, що утворюють земну поверхню), переважно в поєднанні з іншими елементами, тоді як кремній становить 28,2%. Водень, найпоширеніший елемент у Всесвіті, становить лише 0,14% земної кори.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Елементарний склад Землі і людського тіла
земна кора		Тіло людини
Елемент	Відсоток	Елемент	Відсоток
кисень	46.1	кисень	61
кремній	28.2	вуглець	23
алюміній	8.23	водню	10
залізо	5.53	азоту	2.6
кальцій	4.15	кальцій	1.4
натрію	2.36	фосфор	1.1
магній	2.33	сірки	0,20
калій	2.09	калій	0,20
титан	0,565	натрію	0,14
водню	0,14	хлору	0,12
фосфор	0,105	магній	0.027
всі інші	0.174	кремній	0.026
Джерело: Д. Р. Ліде, ред. CRC Довідник з хімії та фізики, 89-е видання. (Бока-Ратон, Флорида: Прес CRC, 2008—9), 14—17.

У таблиці\(\PageIndex{1}\) також наведено відносну кількість елементів в організмі людини. Якщо порівняти обидва склади, то ви знайдете розбіжності між відсотками кожного елемента в організмі людини і на Землі. Кисень має найвищий відсоток в обох випадках, але вуглець, елемент з другим за величиною відсоток в організмі, відносно рідкісний на Землі і навіть не з'являється як окремий запис; вуглець входить до складу 0,174%, що представляє «інші» елементи.

Як людський організм концентрує стільки, мабуть, рідкісних елементів? Відносна кількість елементів в організмі має менше спільного з їх достатком на Землі, ніж з їх наявністю у формі, яку ми можемо засвоїти. Ми отримуємо кисень з повітря, яким дихаємо, і води, яку п'ємо. Також отримуємо водень з води. З іншого боку, хоча вуглець присутній в атмосфері як вуглекислий газ, і близько 80% атмосфери - це азот, ми отримуємо ці два елементи з їжі, яку ми їмо, а не повітря, яким дихаємо.

Придивившись ближче: Фосфорне вузьке місце

Є елемент, який нам потрібно більше в наших тілах, ніж пропорційно присутній у земній корі, і цей елемент недоступний. Фосфор становить 1,1% людського тіла, але лише 0,105% земної кори. Нам потрібен фосфор для наших кісток і зубів, і він є найважливішим компонентом всіх живих клітин. На відміну від вуглецю, який можна отримати з вуглекислого газу, в нашому оточенні немає сполуки фосфору, яка може служити зручним джерелом. Фосфор, отже, є вузьким місцем природи. Його доступність обмежує кількість життя, яку може витримати наша планета.

Вищі форми життя, такі як люди, можуть отримувати фосфор, вибираючи правильну дієту (багато білка); але нижчі форми життя, такі як водорості, повинні поглинати його з навколишнього середовища. Коли фосфорсодержащие миючі засоби були введені в 1950-х роках, стічні води від звичайної побутової діяльності значно збільшили кількість фосфору, доступного водоростям та іншим рослинним тваринам. Озера, які приймали цю стічну воду, зазнали раптового зростання водоростей. Коли водорості померли, концентрація бактерій, які з'їли мертві водорості, збільшилася. Через великі концентрації бактерій вміст кисню у воді знизився, внаслідок чого риба гинуть у великій кількості. Цей процес, званий евтрофікацією, вважається негативним впливом навколишнього середовища.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Евтрофікація річки Потомак видно з яскраво-зеленої води, викликаної густим нальотом ціанобактерій. (CC BY-SA 3.0; Олександр Трубецький через Вікіпедію)

Сьогодні багато миючі засоби виготовляються без фосфору, тому згубні наслідки евтрофікації зведені до мінімуму. Ви навіть можете побачити заяви про це на коробках для миючих засобів. Це може бути тверезо усвідомлювати, наскільки великий вплив може мати один елемент на життя - або легкість, з якою людська діяльність може вплинути на навколишнє середовище.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Напишіть хімічний символ для кожного елемента, не звертаючись до табл\(\PageIndex{2}\).

брому
бор
вуглець
кальцій
золото

Відповідь на: Br
Відповідь б: Б
Відповідь c: C
Відповідь d: Ca
Відповідь e: Au

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Напишіть хімічний символ для кожного елемента, не звертаючись до табл\(\PageIndex{2}\).

марганцю
магній
неонові
азоту
срібло

Відповідь на: Мн
Відповідь б: Мг
Відповідь c: Ne
Відповідь d: П
Відповідь e: Ag

Приклад\(\PageIndex{2}\)

Який елемент представлений кожним хімічним символом?

Відповідь на: натрію
Відповідь б: ртуті
Відповідь c: фосфор
Відповідь d: калій
Відповідь e: йоду

Вправа\(\PageIndex{2}\)

Який елемент представлений кожним хімічним символом?

Пб
Сн
У
O
F

Відповідь на: свинець
Відповідь б: олово
Відповідь c: уран
Відповідь d: кисень
Відповідь e: фтору

Хімічні формули

Хімічна формула - це вираз, який показує кожен з елементів у сполуці та відносні пропорції цих елементів. Вода складається з водню та кисню у співвідношенні 2:1, а її хімічна формула -\(\ce{H_2O}\). Сірчана кислота є однією з найбільш широко вироблених хімічних речовин у Сполучених Штатах і складається з елементів водню, сірки та кисню; хімічна формула сірчаної кислоти є\(\ce{H_2SO_4}\). Сахароза (столовий цукор) складається з вуглецю, водню і кисню в співвідношенні 12:22:11. Хімічною формулою таких є:

\[ \underbrace{\color{red} {\ce{H2}} \color{blue} {\ce{O}}}_{\begin{aligned} & \color{red} {2\, \text{H atoms}} \\ & \color{blue} {1\, \text{O atom}} \end{aligned}} \quad \underbrace{\color{red} \ce{H2} \color{green} \ce{S} \color{blue} \ce{O4}}_{\begin{aligned} & \color{red} 2\, \text{H atoms} \\ \color{green} &1\, \text{S atom} \\ & \color{blue} 4\, \text{O atoms} \end{aligned}} \quad \underbrace{\color{red} \ce{C12} \color{black} \ce{H22} \color{blue} \ce{O11}}_{\begin{aligned} & \color{red} 12\, \text{H atoms} \\ & \color{black} 22\, \text{C atoms} \\ & \color{blue} 11\, \text{O atoms} \end{aligned}}\]

Зверніть увагу, що кисень і сірка у воді і сірчана кислота, відповідно, не мають індексів «1» - це передбачається.

Іноді певні групи атомів пов'язані між собою всередині хімічної речовини і діють як єдина одиниця. Багатоатомні іони будуть розглянуті пізніше і укладені в дужки, за якими слідує індекс, якщо в хімічній формулі існує більше одного з однакових іонів. Наприклад, формула\(\ce{Ca3(PO4)2}\) являє собою з'єднання з:

3\(\ce{Ca}\) атоми і
2\(\ce{PO_4^{3-}}\) багатоатомні іони

Щоб підрахувати загальну кількість атомів для формул з багатоатомними іонами, укладеними в дужки, використовуйте індекс як множник для кожного атома або кількості атомів.

\[\ce{Ca_3(PO_4)} \color{red} \ce{_2} \nonumber\]

і розкладання цього на елементи дає

3\(\ce{Ca}\) атоми
\(\color{red} 2 \color{black} \times 1\)\(\ce{P}\)атомів
\(\color{red} 2 \color{black} \times 4\)\(\ce{O}\)атомів

Тобто 3\(\ce{Ca}\) атоми, 2\(\ce{P}\) атоми, і 8\(\ce{O}\) атомів

Хімічна формула може бути використана в хімічних рівняннях. Наприклад, реакція спалювання водневого газу (\(\ce{H2}\)) з газом кисню (\(\ce{O2}\)) з утворенням води (\(\ce{H2O}\)) пишеться так:

\[\ce{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O} \nonumber\]

Вправа\(\PageIndex{3}\)

Визначте елементи в кожній з наступних хімічних формул і яке співвідношення різних елементів в хімічних формулах:

\(\ce{NaOH}\)
\(\ce{NaCl}\)
\(\ce{CaCl2}\)
\(\ce{CH3COOH}\)

Відповідь

\(\ce{Na}\)Присутні натрій\(\ce{O}\), кисень,\(\ce{H}\) водень. Це гідроксид натрію і також відомий як луг або каустична сода.

Це співвідношення 1:1: 1 відповідно натрію, кисню та водню.

Відповідь б

\(\ce{Na}\)\(\ce{O}\)Присутні натрій і хлор. Це хлорид натрію і також відомий як кухонна сіль.

Це співвідношення натрію і хлору 1:1 відповідно.

Відповідь c

\(\ce{Ca}\)\(\ce{Cl}\)Присутні кальцій і хлор. Це хлорид кальцію і є іншим типом солі, ніж хлорид натрію.

Це співвідношення кальцію і хлору 1:2 відповідно.

Відповідь d

\(\ce{C}\)Присутні вуглець\(\ce{O}\), кисень та\(\ce{H}\) водень. Це оцтова кислота і також відома як оцет.

Це співвідношення 2:2: 4 (або 1:1: 2) вуглецю, кисню та водню відповідно.

Ключові винос

Вся матерія складається з елементів.
Хімічні елементи представлені одно- або дволітерним символом.

Дописувачі та атрибуція

ParseError: invalid DekiScript (click for details)

Callstack:
    at (Хімія/Вступний,_концептуальний_та_ЗОБ_Хімія/Карта:_Основи_загальної_органічної_та_біологічної_хімії_(McMurry_et_al.)/01:_Матерія_та_вимірювання/1.04:_Хімічні_елементи_та_символи), /content/body/div[4]/ul/li/span, line 1, column 1