Hemijski element

Pojam hemijskog elementa nastao je od 17. vijeka, nakon što je sve više postajalo jasno, da pojam elementa iz alhemije nije pogodan za naučno objašnjenje raznovrsnosti osobina supstanci i njihovih reakcija.^[7] Jedan značajan iskorak učinio je Etienne de Clave koji je 1641. dao definiciju elemenata kao najjednostavnijih supstanci od čijih su mješavina sastavljeni spojevi i čiji se spojevi mogu ponovno razložiti na te supstance. Robert Boyle je 1661. objavio rad pod naslovom The Sceptical Chymist vrlo utjecajnu kritiku mahana i nedostataka alhemije. Osim toga, dalje je naveo da se pod pojmom hemijskog elementa trebaju podrazumijevati primitivne supstance, koje nisu nastale iz drugih supstanci ili jedni iz drugih, već čine osnovne sastojke iz kojih se sastoje miješane supstance.

Oba naučnika su se tako postavili nasuprot tada vladajućeg učenja alhemičara o četiri elementa, po kojem su sve supstance zapravo nastale različitim miješanjem vatre, vode, zraka i zemlje, te su tako učinile pojam elementa općenito bližem eksperimentalnom naučnom istraživanju. Međutim i pored naprednog razmišljanja, i dalje su ostali "vjerni" alhemiji, jer su smatrali da takvi elementi u prirodi ne postoje, jer je istovremeno svaka realna supstanca istovremeno i mješavina određenih elemenata. Boyle je izražavao sumnju da takvih elemenata uopće ima. Potpuno u duhu tada važeće mehanike, on je zauzimao stav da supstance koje naoko izgledaju monolitno, zapravo se sastoje iz mnogo sićušnih istovrsnih dijelića (korpuskula) a koji se dalje opet mogu dijeliti na još sitnije. Također je objašnjavao raznovrsnost supstanci i njihovih reakcija preko bezbrojnih načina u kojima ovi sićušni djelići mogu spajati karakteristično različito za svaku supstancu. Kao rezultat takvog mišljenja, smatrao je mogućom takozvanu transmutaciju u alhemiji kojom bi se takvi djelići supstance mogli presložiti iz jednog elementa (npr. olova) u drugi (npr. zlato).

Ipak, Boyle je na taj način pripremio put za istraživanja Lavoisiera, koji je odbacio teoriju djelića (korpuskula) kao metafizičku špekulaciju, ali je već 1789. u svoju definiciju hemijskog elementa ugradio njihovu osobinu da se oni ne mogu razložiti u druge supstance. Preciznije, svi materijali bi trebali biti svrstani u elemente, osim ako ne postoji otkrivena metoda za daljnje odvajanje pojedinih komponenti.^[8]

Na osnovu ove definicije, Lavoisier je započeo izuzetno precizna posmatranja hemijskih i fizičkih transformacija materijala u modernoj hemiji. Posebno se ističe njegovo otkriće zakona o očuvanju ukupne mase svih transformacija supstanci i utvrdio tačan maseni omjer u kojima čisti elementi reagiraju jedan s drugim. Tako je i John Dalton izveo i zakon o umnoženim proporcijama, te 1803. naučno mogao potvrditi postojanje nepromjenjivih i neuništivih najmanjih čestica materije, atoma. Prema Daltonu, element je definiran kao uniformni skup istovrsnih atoma koji se mogu spajati sa drugim atomima prema stalnim, nepromjenjivim pravilima. Različito ponašanje elemenata je objašnjavano činjenicom da se atomi razlikuju po svojoj masi, veličini i mogućnosti spajanja sa drugim atomima. Iz toga je proizašla mogućnost da se odrede atomske mase različitih elemenata (barem odnos jednih prema drugim), te su atomi po prvi put postali predmet proučavanja eksperimentalne nauke.

Od antičkih vremena pa sve do Srednjeg vijeka ljudi su živjeli u uvjerenju, da se svijet sastoji iz četiri elementa: zemlje, vode, zraka i vatre.

Od elemenata u današnjem smislu te riječi u antici je bilo poznato samo njih nekoliko u čistom obliku, koji su se dobijali istopljeni iz ruda ili su pronađeni samorodni: ugljik, sumpor, željezo, bakar, cink, srebro, kalaj, zlato, živa i olovo.

U toku srednjovjekovne historije rudarstva, naročito u njemačkom rudnom gorju Erzgebirge, pronađene su rude koje su sadržavale male primjese do tad nepoznatih metala a koji su dobili imena po duhovima iz rudnika: kobalt, nikl i volfram. Hennig Brand otkrio je 1669. fosfor čime je započelo doba otkrivanja većine elemenata, te zaključno sa 1789. godinu kada je Klaproth otkrio uranij u rudi uraninitu.

Od 1751. bili su poznati sljedeći prijelazni elementi: željezo, kobalt, nikl, bakar, cink, srebro, platina, zlato i živa, te elementi glavne grupe periodnog sistema ugljik, fosfor, sumpor, arsen, kalaj, antimon, olovo i bizmut.^[9]

Nakon 1751. pa sve do 1800. pronađeni su i vodik, titanij, hrom, mangan, itrij, cirkonij, molibden, volfram, uranij, a kasnije i dušik, kisik, hlor i telur.^[10]

U periodu od 1800. do 1830. otkrivena su ukupno 22 nova elemente i to iz sporedne grupe elemenata: vanadij, tantal, rodij, paladij, kadmij, osmij, iridij te metal iz grupe rijetkih zemalja torij, kao i elementi iz glavne grupe: litij, berilij, natrij, magnezij, kalij, kalcij, stroncij, barij, bor, aluminij, silicij, selen, jod i brom.^[11]

Daljnih 11 elemenata otkriveno je u periodu između 1830. i 1869. godine. Oni su također bili i određena prekretnica u tehničko-naučnom stanju razvoja, kojom je postignuto otkriće i opis nekih vrlo rijetkih elemenata kojih je do tada bilo vrlo teško ili gotovo nemoguće naći. Bili su to helij, rubidij, cezij, indij, talij, niobij, rutenij, kao i lantan, cerij, terbij i erbij.^[12]

Elementi se mogu podijeliti na metale i nemetale. Metali su obično sjajne čvrste tvari koje provode elektricitet. Većina se metala tali na visokim temperaturama. Metali su kovni, što znači da se kovanjem mogu oblikovati u različite oblike. Mnogi su također duktilni, što znači da se mogu rastezati bez lomova. Željezo, bakar, cink i uranij su primjeri metala. Uz iznimku grafita - oblik ugljika - nemetali ne provode elektricitet. Nemetali u čvrstom stanju, kao što su sumpor i fosfor, krhki su (kod udaraca se raspadaju na dijelove). Mnogi se nemetali tale kod mnogo nižih temperatura od metala; mnogi su kod sobne temperature u plinovitom stanju. Klor, vodik i kisik su nemetali. U prirodi postoje 92 elementa. Uz iznimku helija i neona, svi se mogu s drugim elementima spajati u spojeve. Za rastavljanje kemijskih spojeva i oslobađanje elemenata koje sadržavaju rabe se kemijske reakcije.

Za označavanje elemenata kemičari rabe oznake sastavljene od jednog ili dvaju slova. Prvo je slovo uvijek veliko, a drugo slovo je uvijek malo. Naprimjer, oznake za vodik i cink su H i Zn. Elementi koji su otkriveni prije 1800-te godine često su nazivani latinskim imenima. Rimljani su olovo zvali plumbum, a rabili su ga za izradu cijevi za vodu. Od latinskog imena dolazi oznaka Pb i također pokazuje korijene engleskih riječi plumber (vodoinstalater) i plumbing (vodoinstalaterstvo). Elementi iz skupine metala koji su otkriveni poslije, često imaju imena koja završavaju na -ium. Naprimjer plutonij (Plutonium) otkriven je 1940., kada mu je dodijeljeno i ime.

Atomski broj elementa, Z, je jednak broju protona u elementu. Na primer, ugljenik, element sa atomskim brojem 6, sadrži 6 protona u svom jezgru (nukleusu). Svi atomi datog elementa imaju isti atomski broj i sadrže isti broj protona. Ipak, atomi istog elementa mogu imati različit broj neutrona, i zovu se izotopi tog elementa. Atomska masa elementa, A, se meri u jedinicama atomske mase (amu) i otprilike je jednaka zbiru protona i neutrona datog elementa. Neki elementi su radioaktivni i podležu radioaktivnom raspadu, menjajući se u drugi element.^[13]

Ima (od 2004), 116 poznatih elemenata, od kojih se samo 91 javlja u prirodi. Ostalih 25 je napravio čovek; prvi takav element je tehnicijum, otkriven 1937. Svi elementi koje je čovek napravio su radioaktivni sa kratkim vremenom poluraspada tako da ako je neki od njih i postojao pri nastanku Zemlje, davno se raspao.

Postoje spiskovi elemenata po imenu, po simbolu, i po atomskom broju. Ipak, najzgodnije predstavljanje elemenata je putem periodnog sistema elemenata, koji grupiše elemente sa sličnim hemijskim svojstvima.

Zvanična imena hemijskih elemenata dodeljuje Međunarodna unija za čistu i primenjenu hemiju (IUPAC - ajupak), koja obično prihvata ime koje izabere pronalazač. Ovo može da dovede do kontroverznih pitanja o tome koja je istraživačka grupa stvarno otkrila element, što je za relativno dugo vremena odložilo dodeljivanje imena elementima sa atomskim brojem 104 i više. (vidi kontroverza o imenima hemijskih elemenata) Hemijskim elementima se takođe dodeljuje jedinstveni hemijski simbol, baziran na imenu elementa na latinskom jeziku. (Na primer, hemijski simbol ugljenika ima simbol C (lat. carboneum), a natrijum ima hemijski simbol Na od lat. natrium). Hemijski simboli važe svuda u svetu iako se imena elemenata često prevode. Prvo slovo hemijskog simbola je uvek veliko, kao u datim primerima.

Atomi istog elementa čija jezgra sadrže različit broj neutrona su različiti izotopi tog elementa. Čist element može postojati u monoatomskim jedinicama, u dvoatomskim ili poliatomskim jedinicama koje sadržavaju istu vrstu atoma. Ove jedinice se zovu alotropi, bez obzira na stanje.

Svemir se sastoji uglavnom od vodika (90%) i helija (9%). Ogromni tlakovi i temperature u nutrini zvijezda kao što je npr. Sunce uzrokuju nuklearne reakcije koje pretvaraju vodik u helij. Daljnje nuklearne reakcije tlače vodik i helij zajedno na tvorbu težih elemenata. Zemlja je nastala od tih elemenata kada su se odvojili dijelovi sunca. Znanstvenici rabe nuklearne reakcije za proizvodnju teških, umjetnih elemenata iz prirodnih elemenata. Ovi umjetni elementi toliko su nestabilni da se raspadaju ili razdvajaju, često u minutama ili čak sekundama.

Elementi mogu da se kombinuju (da reaguju) stvarajući čista jedinjenja (kao na primer vodu, so, okside i organska jedinjenja). U mnogim slučajevima ova jedinjenja imaju esencijalno jedan fiksiran stehiometrijski sastav, svoju strukturu i svojstva.

Neki elementi, pogotovo metali, se kombinuju, stvarajući nove strukture promenljivijih sastava (npr. metalne legure). U tim slučajevima je bolje govoriti o fazama nego o jedinjenjima.

Sledeća tabela sadrži 118 poznatih hemijskih elemenata, sa imenima povezanim sa Vikipedijinim člancima.

• Atomski broj, ime, i simbol služe nezavisno kao jedinstveni identifikatori.
• Imena su ona koja su prihvaćena od strane IUPAC; proviziona imena za nedavno proizvedene elemente koji nisu formalno imenovai su data u zagradama.
• Grupa, perioda, i blok se odnose na poziciju elementa u periodnom sistemu. Brojevi grupa su u trenutno zvanično prihvaćenoj notaciji; za starije alternativne notacije pogledajte Grupa periodnog sistema elemenata.
• Stanje materije (Čvrsto, tečno, ili gasovito) se odnosi na standardne uslove temperature i pritiska (STP).
• Pojavljivanje pravi razliku između elemenata koji se javljaju u prirodi, kategorisane kao bilo Praiskonski ili Prolazni (u smislu raspada), i Sintetički elementi koji su proizvedeni tehnološkim putem, i nisu prirodno poznati.
• Opis sumira svojstva elementa koristeći opširne kategorije koje su prisutne u periodnom sistemu: aktinoid, alkalni metal, zemnoalkalni metal, halogen, lantanoid, metal, metaloid, plemeniti gas, nemetal, i prelazni metal.

• Hemija
• Otkrića hemijskih elemenata
• Rasprostranjenost hemijskih elemenata
• Hemijski elementi nazvani po ljudima
• Hemijski elementi nazvani po mestima
• Jedinjenje
• Hemijski simbol
• Periodni sistem elemenata

• Elementimologija & Multidikt elemenata istorija reči i rečnik jezika
• Videos for each element by the University of Nottingham
• www.chemieseite.de enthält ausführliche Beschreibungen der Hauptelemente
• www.pse-mendelejew.de enthält viele Fotografien von reinen Elementen
• www.pse.merck.de enthält eine reiche Auswahl an atomaren Eigenschaften in einer interaktiven Tabelle^{[mrtav link]}
• Umfangreiche Übersicht

• VebElementi
• KemGloub Arhivirano 2005-02-06 na Wayback Machine-u
• Nacionalna laboratorija Los Alamos Arhivirano 2005-01-19 na Wayback Machine-u
• HemijskiElementi