> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Элементы химические

Элементы химические

Элементы химические. 1. О и р еделениеЭ. Все однородные вещества могут быть разбиты на две группы: простых и сложных веществ. Сложными веществами называются такие, которые могут быть разложены на менее сложные или простые вещества. Простыми же веществами являются те, которые не могут быть разложеныодни и те же химические соединения. Так, простыми веществами являются: уголь, графит и алмаз, они принадлежат к одной и той же группе, так как все они образуют одни д те же соединения, например углекислоту, окись углерода и тому подобное. С другой стороны, из этих соединений можно обратно получить уголь или графит. Подобным же образом из различных сложных сернистых веществ можно выделить около десятка физически различных простых веществ, обладающих общим свойством давать одни и те лее соединения: сернистый газ, серный ангидрид, сероводород; все эти простые вещества образуют группу модификаций серы. То лее самое мы можем сказать и относительно различных металлов. Совокупность тождественных свойств у всех простых веществ данной группы мы приписываем объективной реальности, которую называем Э- Согласно современным прел ставлениям, Э. есть то обшее, которое присуще данной группе простых веществ. Так, общее для группы, состоящей из угля, графита и алмаза, называется Э. углеродом. Так как из углекислоты можно выделить уголь и кислород, то мы говорим, что в углекислоте находятся Э. углерод и кислород. Подобным же образом из сложного вещества хлорного железа молено выделить простые вещества: железо и хлор, и обратно — из последних можно получить хлорное железо, по физическим свойствам ничем не напоминающее простых веществ железа и хлора; мы говорим, что хлорное железо состоит из Э. железа и хлора. Термин „железо“ может обозначать или свободное, ни с чем не соединенное металлическоежелезо, или Э. железо в каком-либо соединении; в каком из двух смыслов употреблен данный термин, делается ясным из контекста или из обстоятельств. Железо, как Э., проявляет себя различно в простых и сложных веществах, его свойства, как Э., мы познаем, изучая отношения веществ друг к | другу. I

Итак, Э. существует в виде раз-1 личных простых веществ и в виде со-1 ставной части сложных веществ. | Краткого, но более конкретного и j. точного определения понятия Э. при; современном состоянии физики и хи-1 мии нельзя дать по причинам, которые j выявятся в дальнейшем изложении. |

2. Открытие Э. Первое предста- j вление об Э. мы находим уже в грече-1 екой пауке, но в ней иод Э. разумелись j невесовыеиневещественные категории. I Аристотель принимал четыре Э.: зем-! лю—начало сухих и холодных свойств, j воздух—начало влажных и теплых, > огонь—начало сухих и теплых,и воду— j начало влажных и холодных свойств. В средние века алхимики прибавили еще; ртуть—начало металлических свойств,; серу— горючих, и соль —начало, со-1 общающее веществу вкус и способ-1 ность растворяться в воде {ср. XL I

ч. 2, 292 ел.). Однако, только немногие; алхимики понимали термин „Э.“ в фило-1 софском смысле Аристотеля; больший-! ство смешивало его с веществами того; же наименования, и таким образом в| обиход вошла мысль о вещественности i Э, из комбинаций которых состоят j разные Еещества, а отсюда и родилась мысль о возможности взаимного превращения веществ, в частности металлов, например свинца или ртути, в золото. Неудачи многочисленных попыток превращения металлов в золото постепенно приводили алхимиков к мысли, что вещества, не разлагаемые физическими и химическими средствами, суть действительные химические Э., из которых построены сложные вещества. Эту мысль ясно высказал уже Бойль (XVII вй, но полное и отчетливое оформление она получила в конце XYJ1I в трудах Лавуазье. Постепенно список Э. х., как результат многовекового опыта по разложению веществ, увеличивался, но в этомсписке на ряду с вещественными сохранились и невещественные Э.: материя света, теплоты, флогистон („сера“ алхимиков). Лавуазье признавал 35 Э., кроме ряда общеизвестных металлов: кислород, азот, водород, серу, фосфор, углерод, затем едкие натр и кали, а также светород и теплород. После Лавуазье химия, нашедшая правильную дорогу, быстро стала увеличивать число Э. Первым методом открытия Э. х. был анализ минералов, причем критерием нового Э. было обнаружение дефицита в количественном анализе тела, а затем выделение вещества с новыми реакциями. Конечный этап в работе—выделение нового Э. в виде простого вещества - необязателен для установления его; в некоторых случаях промежуток времени между несомненным установлением нового Э. и выделением его в виде простого вещества измерялся десятками лет; так, фтор в виде соединений был открыт Ампером в 1810 г., но впервые выделен как таковой только в 1886 г. Муаесоном. Этот момент сказался также в том, что, с одной стороны, некоторые соединения долгое время принимались за Э. (окиси щелочных металлов), с другой стороны—некоторые простые вещества считались окислами неизвестных Э. (азот—окислом „нитрикума“, хлор-окислом „мурия“).

Путем химического анализа было открыто более половины ныне известных Э.; дальнейшие открытия новых Э. стали возможными только после введения в химическую практику новых физических методов; так, с помощью электрического тока были выделены калий, натрий,кальций,стронций и барий. К 1830 г. уже было установлено 56 Э-, с 1830 по 1861 г. можно отметить только предварительное открытие лантана, тербия и эрбия. Новый физический метод—спектральный анализ—с 1861 г. дал мощный способ открытая Э.,уже к 1863г. им были открыты рубидий, цезий, талий и индий; все последующие изыскания новых Э. оперируют со спектроскопом, а в области Э. редких земель спектроскоп является настольным инструментом, регулирующим всякую работу в этой, области.

С 1868 по 1894 г. вне группы редких земель были открыты только два новых Э.: галлий (1875) и германий (18S6).

Следующее открытие группы инертных газов являлось результатом приложения уточненных методов определения плотностей газов к воздуху и азоту; первым был открыт аргон (1894), вторым гелий (1895), затем неон, криптон и ксенон (1898). Открытие радиоактивности привело к новым радиоактивным Э. (с 1898 г.). Последний метод, которым пользуются ныне и который является универсальным, состоит в изучении рентгеноспек-трограмм (смотрите ниже). Долгое время открытие Э. было делом случая, так как не было никаких указаний на возможное число и порядок Э. Два теоретических открытия—периодической системы элементов (смотрите XXXI, 586 сл.) и закона Мозли о распределении линий в рентгеновском спектре {см. XLI,

ч. 4, 66)—поставили поиски Э. на научную базу (смотрите ниже).

3. Эквивалентные и атомные веса. Введение в химию понятия об Э. и изучение однородных сложных веществ, как соединений Э., сразу привело к самому замечательному закону химии — закону постоянства состава: „Во всяком образце данного сложного вещества весовые отношения составных частей (Э). всегда оказываются одними и теми же“ (ср. XLY, ч. 2, 298)-Определения весовых отношений, в которых Э. входят в состав различных соединений, показали, что два Э. могут соединяться в нескольких отношениях, то есть что существуют группы соединений, различающиеся весовыми отношениями Э., входящих в состав, причем в каждой группе эти отношения постоянны. Так, в состав воды входят водород и кислород в отношении 1,008:8, а в состав перекиси водорода в отношении 1,008:16; азот и кислород образуют пять соединений, в которых на 14 весовых частей азота приходится соответственно 8, 16, 24, 32, 40 частей кислорода. Факты,-аналогичные последнему, привели к установлению Дальтоном закона кратных отношений: „Если два Э. образуют друг с другом два или несколько соединений (в различных отношениях), то с одним и тем же количеством одного из них соединяются такие количества другого, которые между собою находятся в простых кратных отношениях“ (ср. XL У, ч. 2, 301). Последний закон привел к созданию Дальтоном атомистической гипотезы (смотрите IV, 262/63) согласно ей отношения, в которых соединяются Э., сводятся к отношениям весов атомов этих Э.; из таких отношений нельзя, конечно, вычислить абсолютные веса атомов, но можно было вычислить относительные их веса, которые и были названы атомными весами Э. Для их вычисления надо было взять один из Э. в качестве стандартного и вес его атома приравнять единице; в качестве такого был взят первоначально водород, как наиболее легкий из них. По первым, недостаточно точным, опытам было найдено, что атом кислорода тяжелее атома водорода в 16 раз. Впоследствии точные исследования показали, что атом кислорода тяжелее атома водорода в 15,87 раз. Так как с кислородом, как с газом, легче работать, нежели с водородом, и так как кислород образует значительно больше прочных соединений, доступных точному анализу, нежели водород, то в качестве стандартного Э. ныне принимается кислород, и вес его атома принимается условно за 16. Однако, в первую половину XIX в., несмотря на введение понятия атома и атомного веса, оказалось невозможным установление определенных значений атомных весов для различных Э. Так, азот дает пять соединений с кислородом, в каждом из них на одно и тоже количество кислорода приходятся различные количества азота; какое же из этих значений принять за атомный вес азотае Установление Гей-Люссаком объёмного закона при соединениях и разложениях газообразных I веществ (смотрите XLV, ч. 2, 802/03) в не- которых случаях помогло в выборе : атомного веса того или другого Э., но | далеко не во всех случаях. Поэтому | долгое время в химии играли выдаю-; щуюся роль не атомные веса, а экви-j валентные веса (или эквиваленты), I установление численных значений ко-i торых не требует никаких теоретиче-

14 к“

ских предпосылок относительно строения вещества.