Во время любого возможного взаимодействия между собой атомы химических элементов не изменяются, трансформируются только связи между ними. Например, если на кухне привычным жестом зажечь газовую конфорку, произойдет химическая реакция между элементами. При этом метан (СН4) вступает в реакцию с кислородом (О2), образуя диоксид углерода (СО2) и воду, точнее, водяной пар (Н2О). Но во время этого взаимодействия не было образовано ни одного нового химического элемента, а вот связи между ними изменились.
Систематизация элементов
Впервые идея о существовании постоянных, не изменяющихся химических элементов возникла у знаменитого противника алхимии Роберта Бойля в далеком 1668 году. В своей книге он рассматривал свойства всего 15 элементов, но допускал существование, новых, еще не открытых учеными.
Примерно через 100 лет гениальный химик из Франции, Антуан Лавуазье, создал и опубликован перечень уже из 35 элементов. Правда, не все из них оказались неделимыми, но это запустило процесс поиска, в который включились ученые всей Европы. Среди задач было не только распознавание постоянных атомных соединений, но и возможная систематизация уже определенных элементов.
Впервые о возможной связи между атомной массой элементов и их расположением задумался гениальный русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев. Гипотеза занимала его долгое время, но логичную строгую последовательность расположения известных элементов создать не получалось. Основную идею своего открытия Менделеев представил в 1869 году в докладе Русскому химическому обществу, но наглядно продемонстрировать свои выводы он тогда не смог.
Существует легенда, что ученый в течение трех суток кропотливо работал над созданием таблицы, не отвлекаясь даже на сон и еду. Не выдержав напряжения, ученый задремал и именно во сне увидел систематизированную таблицу, в которой элементы заняли свои места согласно своей атомной массе. Конечно, легенда о сне звучит очень увлекательно, но Менделеев размышлял над своей гипотезой больше двадцати лет, поэтому и результат получился настолько исключительным.
Открытие новых элементов
Работу над природой химических элементов Дмитрий Менделеев продолжал и после признания своего открытия. Он смог доказать, что существует прямая зависимость между расположением элемента в системе и совокупности его свойств в сравнении с другими типами элементов. В далеком XVII веке он смог предсказать скорое открытие новых элементов, для которых предусмотрительно оставил пустые клеточки в своей таблице.
Гений оказался прав, вскоре последовали новые открытия, за недолгие семьдесят лет были обнаружены еще девять новых элементов, среди которых легкие металлы галлий (Ga) и скандий (Sc), плотный металл рений (Re), полупроводник германий (Ge) и опасный радиоактивный полоний (Po). Кстати, в 1900 году было принято решение о внесении в таблицу инертных газов, которые имеют низкую химическую активность и почти не вступают в реакцию с другими элементами. Их принято называть нулевыми элементами.
Исследование и поиск новых стабильных соединений атомов продолжалось и сейчас в перечне насчитывается 117 химических элементов. Однако происхождение их отличается, только 94 из них были обнаружены в естественной природе, а остальные 23 новых вещества были синтезированы учеными в ходе изучения процессов ядерных реакций. Большинство этих искусственно полученных соединений быстро распадаются на более простые соединения. Поэтому их считают нестабильными химическими элементами и в таблице для них указывают не относительную атомную массу, а массовое число.
У каждого химического элемента есть собственное уникальное название, состоящее из одной или нескольких букв его латинского наименования. Во всех странах мира принята единые правила и символы описания элемента, у каждого обозначено его место и порядковый номер в таблице.
Распространение в космосе
Специалистам современной науки известно, что количество и распределение одних и тех же элементов на планете Земля и в просторах Вселенной очень отличается.
Так, в космосе самыми часто встречающимися соединениями атомов являются водород (H) и гелий (He). В недрах не только далеких звезд, но и нашего светила, идут постоянные термоядерные реакции с участием водорода. Под воздействием немыслимо высоких температур четыре ядра водорода сливаются, образуя гелий. Так из самых простых элементов получаются более сложные. Высвобождающаяся при этом энергия выбрасывается в открытый космос. Все обитатели нашей планеты ощущают эту энергию как свет и тепло солнечных лучей.
Ученые с помощью метода спектрального анализа выяснили, что Солнце на 75% состоит из водорода, на 24 % из гелия и только оставшийся 1% всей огромной массы звезды содержит другие элементы. Также огромное количество молекулярного и атомного водорода рассеяны в кажущемся пустым космическом пространстве.
В составе планет, комет и астероидов обнаруживают кислород, углерод, азот, серу и другие легкие элементы. Часто встречается конечный продукт "жизни" большинства звезд, привычное нам железо. Ведь, как только ядро звезды начинает синтезировать этот элемент, она обречена. Ученые смогли найти в космосе огромное количество лития, причины появления которого до сих пор не изучены. Намного реже встречаются следы таких металлов как золото и титан, они образовываются только при взрывах очень массивных звезд.
А как на нашей планете
На каменистых планетах, подобных Земле, распространение химических элементов совсем другое. Причем они не находятся в статичном состоянии, а постоянно взаимодействуют между собой. Например, на Земле большое количество растворенных газов переносится водами Мирового океана, а живые организмы и их жизнедеятельность привели к значительному увеличению количества кислорода. Путем длительных расчетов ученые определили, что именно этот необходимый для жизни элемент составляет 50% всех веществ на планете. Неудивительно, ведь он входит в состав многих горных пород, соленой и пресной воды, атмосферы и клеток живых организмов. Каждая живая клетка любого создания почти на 65% состоит из кислорода.
На втором месте по распространенности находится кремний, который занимает 25 % всей земной коры. Его невозможно найти в чистом виде, зато в разных пропорциях этот элемент входит в состав всех имеющихся на Земле соединений. А вот водорода, которого так много в космическом пространстве, в земной коре очень мало, всего 0,9 %. В воде его содержание незначительно больше, почти 12 %.
Химический состав атмосферы, коры и ядра нашей планеты довольно разный, например, железо и никель сосредоточены в основном в расплавленном ядре, а основная часть легких газов постоянно находится в атмосфере или воде.
Реже всего на Земле встречается лютеций (Lu), редкий тяжелый элемент, доля которого составляет всего 0,00008 % массы земной коры. Его открыли в 1907 году, но практического применения этот самый тугоплавкий элемент пока не получил.