Хімі́чний елеме́нт (родовий відмінок -а; або первеньСловник синонімів Караванського) — тип атомів з однаковим зарядом атомних ядер (тобто однаковою кількістю протонів в ядрі атома) і певною сукупністю властивостей. Маса ядра атома хімічного елемента може бути різною залежно від кількості нейтронів у ньому. Сукупність атомів елемента з однаковою масою називається нуклідом, а ізотопами називаються атоми одного елемента з різними масами. Атоми даного хімічного елемента відрізняються від атомів інших елементів величиною заряду ядра, кількістю та характером розміщення електронів навколо ядра, розмірами і хімічними властивостями. У нейтрального атома число електронів на електронних оболонках дорівнює заряду ядра. У разі, коли кількість електронів не збігається з кількістю протонів у ядрі, утворюється іон, однак це іон відповідного хімічного елемента.
Кількість атомів хімічного елемента не змінюється при хімічних реакціях. Для перетворення атома одного хімічного елемента в інший необхідні ядерні реакції. Зокрема, за допомогою ядерних реакцій отримують нові хімічні елементи, які не існують у природі. На 2010 рік було відомо 118 хімічних елементів: з них 89 виявлені в природі, інші отримані штучно в результаті ядерних реакцій. Усі відомі нині речовини (приблизно 20 млн) утворені атомами різних хімічних елементів.
Еталонний стан хімічного елемента — стан, у якому хімічний елемент (проста речовина) є стабільним при вибраних за стандартні умовах — тиску та температурі.
Історія
Вперше поняття хімічного елемента сформулював Роберт Бойль у 1661 році. Термін елемент має у своїй основі уявлення древніх про первинні стихії, з яких, на їхню думку, складалася матерія: вода, повітря, земля, вогонь. Бойль назвав хімічними елементами речовини, які жодним чином не можна було розкласти на простіші. Він також показав, що таких хімічних елементів більше, ніж чотири. У 1789 році Лавуазьє опублікував список 33 відомих на той час елементів, до яких він також включив світло й теплець. До 1818 року Берцеліус визначив атомні маси 45 з 49 визнаних на той час хімічних елементів. У періодичній таблиці, яку склав Менделєєв, було 66 хімічних елементів. У 1913 році Генрі Мозлі відкрив те, що атомний номер хімічного елемента збігається з зарядом його ядра.
Окрім 89 хімічних елементів, виявлених в природі, інші отримані штучно внаслідок ядерних реакцій (атоми технецію, прометію, протактинію, плутонію в надмалих кількостях були виявлені в уранових і торієвих мінералах).
Атомний номер
Ядро атома складається з протонів (число яких відповідає атомному числу хімічного елемента) і нейтронів; число останніх може бути різним. Атоми хімічних елементів з однаковим числом протонів, але з різним числом нейтронів називаються ізотопами. За своїми хімічними властивостями ізотопи хімічних елементів практично не відрізняються між собою.
Атом з конкретним числом протонів і нейтронів називається нуклідом. Нуклід характеризується масовим числом — загальною кількістю нуклонів.
Хімічні символи та назви
Усі хімічні елементи позначають спеціальними символами — однією або двома латинськими літерами, причому перша літера завжди велика, а друга мала. Наприклад, водень позначають символом H, сірку — символом S, залізо — символом Fe, кисень — символом O і т. д. Сучасні символи хімічних елементів були введені в хімію на початку XIX ст.
Кожний хімічний символ означає, по-перше, назву елемента, по-друге, при записах формул хімічних реакцій — один атом цього елемента. Хімічні символи служать також для складання хімічних формул речовин.
Нукліди позначають символом хімічного елемента із переднім верхнім індексом, рівним масовому числу, наприклад, 12C означає нуклід вуглецю з 12-ма нуклонами, з яких 6 протонів та 6 нейтронів.
Крім номера, кожен хімічний елемент має назву, що склалася історично. Системою найменувань хімічних сполук опікується Міжнародний союз фундаментальної та прикладної хімії (IUPAC). З метою уніфікації хімічних назв IUPAC розробив рекомендації латинізованих назв хімічних елементів, що був затверджений в Україні державним стандартом ДСТУ 2439-94 — визначені цим стандартом назви повинні були вживатися в науковій та науково-освітній літературі. Таким чином, для деяких з хімічних елементів було введено дві назви — латинізовану та питому українську. Наприклад, Гідроген був визначений цим стандартом як наукова назва елемента водню, а Арсен — миш'яку. Було введено правило написання назв елементів з великої літери.
Ці зміни, що просувалися представниками Київської хімічної школи (В. В. Скопенко, О. А. Голуб та ін.)Скопенко В. В., Голуб О. А. Про сучасну хімічну термінологію та номенклатуру в неорганічній хімії // Укр. хім. журн. — 1993. — Т. 59. — Вип. 1. — С. 100—109., критикувались іншими українськими вченимиДубей І. Я. Змінювати чи зберігати? Погляд на реформу української хімічної термінології // Ukr. Bioorg. Acta. — 2008. — Т. 6, № 2. — С. 76-78.. Особливу критику викликала відмова від традиційних українських назв хімічних елементів (водень, вуглець, залізо тощо) та заміна їх іншомовними назвами, що не мають традиції використання в українській мові. Разом з тим, назви хімічних елементів, вживані раніше, продовжують використовуватись як назви простих речовин більшості перейменованих хімічних елементів. Однак для решти елементів не було запроваджено окремих назв простої речовини (наприклад, як хімічний елемент Cl, так і його проста речовина Cl2 називаються «хлор»), тому таке розрізнення не є послідовним. Твердження авторів і прихильників стандарту, що заміна українських назв хімічних елементів на їхні латинізовані відповідники полегшить входження України до міжнародного і європейського інформаційного простору, не витримує критики, оскільки в усіх основних мовах світу є назви елементів, які склалися історично і стали для тих мов традиційними (наприклад, iron та silver в англійській мові або Eisen та Silber у німецькій для Fe та Ag, відповідно)Звернення до Голови Державного комітету з питань технічного регулювання та споживчої політики України учасників VII Міжнародної наукової конференції «Проблеми української термінології СловоСвіт 2002». Додаток 2.Ганіткевич М., Никипанчук М. Стандартизація назв хемічних елементів та використання їх в освіті й науці // Збірник наукових праць: «Проблеми української термінології». — 2008. — С. 41-42.Лист-звернення Оргкомітету 10-ї Міжнародної наукової конференції «Проблеми української термінології СловоСвіт 2008» від 18.12.2008 № 66/305.. Така заміна насправді відсутня в рекомендаціях IUPAC. Крім того, згідно з рекомендаціями IUPAC, 1) бажано, щоб назви хімічних елементів були якнайближче до англійських, але можуть бути і традиційними, що сформувалися історично; 2) назви хімічних елементів й утворених ними простих речовин мають бути однаковими, крім випадків, коли елемент утворює декілька алотропних видозмін, назви яких склалися історичноIUPAC. Nomenclature of Inorganic Chemistry. Recommendations. — 1990. — P. 36—39.IUPAC. Nomenclature of Inorganic Chemistry. Recommendations. — 2005. — P. 47—52.Никипанчук М. До питання про стандартування назв хімічних елементів в Україні / Михайло Никипанчук // Проблеми української термінології: міжнар. наук. конф., 4—6 жовт. 2018 р. : зб. наук. пр. ‒ Львів, 2018. ‒ С. 25‒28..
25-річний дослід вживання латинізованих назв елементів, відмінних від назв відповідних простих речовин, було визнано незадовільним. Ці назви були впроваджені в освіті, але в науково-технічної діяльності вони не знайшли широкого застосування. Тому в новому стандарті ДСТУ 2439:2018 «Хімічні елементи та прості речовини. Терміни та визначення основних понять, назви й символи», що набув чинності з 1 жовтня 2019 року замість стандарту ДСТУ 2439-94, повернуто більшість українських традиційних назв хімічних елементів та правило написання назв елементів з маленької літери.
Назви хімічних елементів за ДСТУ 2439:2018 разом із історичними назвами за скасованим ДСТУ 2439-94 наведені в алфавітному показнику в кінці статті.
Ізотопи
Хімічні елементи можуть мати декілька ізотопів. Для ізотопів зберігаються назви і символи хімічних елементів, винятки складають тільки ізотопи водню, які мають власні назви і позначення — 1Н — протій, 2Н (D) — дейтерій, 3Н (Т) — тритій. Хімічні елементи, які мають стабільні нукліди, в природі представлені одним або декількома ізотопами. Відомо близько 270 стабільних ізотопів, які належать 81 природному хімічному елементу, і понад 1800 радіонуклідів. Хімічні елементи, всі ізотопи яких радіоактивні, називаються радіоактивними елементами. До них належать технецій, прометій, полоній і всі елементи з атомним номером, більшим ніж 84.
Атомна маса
Природний ізотопний склад хімічних елементів, які зустрічаються на Землі, практично постійний, тому кожний елемент має певну атомну масу, яка є однією з найважливіших його характеристик. Атомна маса хімічного елемента дорівнює середньому значенню мас всіх його природних ізотопів з врахуванням поширеності останніх. Її звичайно виражають в атомних одиницях маси, за яку прийнята 1/12 частина маси нукліда 12С.
Прості речовини
Формам існування хімічних елементів у природі відповідають прості речовини — це речовини, що містять атоми одного хімічного елемента. За скасованим стандартом ДСТУ 2439-94 назви простих речовин могли не збігатися з назвами хімічних елементів, навіть коли елемент утворює тільки одну просту речовину. Наприклад, за термінологією цього стандарту хімічний елемент Гідроґен існує в природі у вигляді газу водню, молекула якого складається з двох атомів Гідроґену. За новим стандартом ДСТУ 2439:2018 «Хімічні елементи та прості речовини. Терміни та визначення основних понять, назви й символи» «назви хімічних елементів і простих речовин згідно з [рекомендаціями IUPAC] є однаковими, крім випадків, якщо проста речовина утворює алотропи з назвами, що стали традиційними, наприклад: кисень, озон; вуглець і графіт, алмаз, карбін». Тобто елемент водень (H) створює просту речовину водень (H2).
Елемент може існувати у вигляді декількох простих речовин (явище алотропії), відмінних одна від іншої складом молекул (наприклад, для хімічного елемента кисень простими речовинами є кисень О2 і озон О3) або типом кристалічної ґратки (наприклад, модифікації вуглецю — алмаз, лонсдейліт, графіт; явище поліморфізму). Число простих речовин перевищує 500. Складна речовина — хімічна сполука, складається з хімічно пов'язаних атомів двох або більше різних елементів. Відомо понад 100 тисяч неорганічних і понад 3 млн органічних сполук.
Кожний хімічний елемент характеризується ступенями окиснення, який можуть проявляти атоми даного елемента у хімічних сполуках, а також значенням електронегативності, яка характеризує здатність атомів хімічного елемента віддавати і приймати електрони. У хімічних реакціях хімічні елементи зберігаються, бо в результаті відбувається лише перерозподіл електронів зовнішніх електронних оболонок атомів, а ядра атомів залишаються незмінними.
Періодична система елементів
За хімічними властивостями хімічних елементів їх можна упорядкувати в періодичну систему.