kemijski elementi

kemijski elementi, skup svih atoma s istim atomskim ili rednim brojem, tj. s istim brojem protona u jezgri. Osim atomskoga broja (oznaka Z), svaki element ima i maseni ili nukleonski broj (oznaka A), koji je jednak broju nukleona, tj. zbroju protona i neutrona u atomskoj jezgri, a približno je jednak relativnoj atomskoj masi. Pojedini se elementi označuju kemijskim simbolima, koji se sastoje od jednog ili dvaju slova latinskog ili grčkog imena elementa. Vrsta atoma definirana brojem protona i brojem nukleona naziva se nuklid, a označuje se tako da se simbolu elementa dodaju oznake: broj protona (atomski broj) kao lijevi supskript, a broj nukleona (maseni broj) kao lijevi superskript. Nuklid elementa X pisao bi se prema tome ^AZX (npr. ugljikov nuklid ¹²₆C). Često se, međutim, oznaka za atomski broj izostavlja, jer je ta informacija već jednoznačno određena pisanjem simbola elementa. Pojedini kemijski elementi mogu sadržavati različite nuklide. Tako neki nuklidi mogu imati jednak broj protona u atomskoj jezgri (isti atomski broj), ali se međusobno razlikuju prema svojem masenom broju, odn. različitom broju neutrona. Takvi se nuklidi nazivaju izotopima. Mnogi elementi u prirodi postoje kao smjese stabilnih izotopa. Ugljik je, npr., smjesa izotopa ¹²C i ¹³C, kisik sadrži izotope ¹⁶O, ¹⁷O i ¹⁸O itd. Najviše stabilnih izotopa, njih 10, ima prirodni kositar. Osim stabilnih, neki elementi sadrže i nestabilne, radioaktivne izotope, koji se spontano raspadaju uz emisiju ionizirajućeg zračenja. Nuklidi s jednakim masenim, a različitim atomskim brojevima nazivaju se izobarima.

Elementi se prema svojem rastućem atomskom broju svrstavaju u prirodni niz, a kako se povećava atomski broj elemenata, tako se uglavnom povećava i njihova atomska masa. Elektronske konfiguracije atoma pojedinih elemenata određuju kemijska svojstva, pa elementi s jednakim brojem elektrona u vanjskoj elektronskoj ljusci imaju slična kemijska svojstva. Uočavanje periodičnoga ponavljanja kemijskih svojstava elemenata s porastom njihove atomske mase omogućilo je Dimitriju Ivanoviču Mendeljejevu da 1869. formulira zakon periodičnosti i uspostavi periodni sustav elemenata. Daljnji razvoj fizike i kemije potvrdio je ispravnost Mendeljejevljevih shvaćanja. Pojam elementa ne treba poistovjećivati s pojmom elementarne tvari, što je makroskopski uzorak neke tvari sastavljen od iste vrste atoma.

Do kraja XX. st. bilo je poznato postojanje 113 elemenata. Od 2000. do 2010. otkriveno je još 5 novih elemenata (nihonij, moskovij, livermorij, tenes, oganeson). U prirodi su pronađena 94 elementa, iako se neki od njih, kao neptunij, plutonij i tehnecij, pojavljuju u krajnje malim količinama. To su redom svi elementi od vodika (Z = 1) do plutonija (Z = 94). Tridesetak se prirodnih elemenata nalazi i u slobodnom stanju (kao elementarne tvari) i u spojevima. Većinom su to kemijski slabo aktivni ili inertni elementi. Ostali su prirodni elementi poznati samo u spojevima. Stabilne nuklide ima 81 element, a najteži je među njima bizmut (Z = 83). Elementi od polonija do plutonija (Z = 84 do 94), a također i prometij (Z = 61), uopće nemaju stabilnih nuklida, pa su to prirodni radioaktivni elementi (radioelementi), a svi elementi teži od plutonija umjetni su radioelementi koje je stvorio čovjek. Na sobnoj je temperaturi većina elemenata u čvrstom stanju, jedanaest elemenata u plinovitom (vodik, dušik, kisik, fluor, klor i šest plemenitih plinova), a samo su dva (brom i živa) u tekućem stanju. Međutim, svi se elementi hlađenjem ili grijanjem mogu prevesti u različita agregatna stanja. Najteži se elementi prirodnim radioaktivnim raspadom stalno pretvaraju u lakše elemente, a međusobna pretvorba elemenata moguća je i u umjetnim nuklearnim reakcijama. Prema današnjim shvaćanjima astrofizike elementi nastaju u unutrašnjosti zvijezda i prilikom eksplozija supernova. Prema teoriji širećega svemira helij i deuterij (izotop vodika) nastali su ubrzo nakon velikoga praska.

Najčešći su elementi u Zemljinoj kori kisik (maseni udio 46,40%), silicij (28,15%), aluminij (8,23%), željezo (5,63%), kalcij (4,15%), natrij (2,36%), magnezij (2,33%) i kalij (2,09%). Ti elementi čine više od 99% mase Zemljine kore. U svemiru je najrašireniji vodik, koji čini oko 90% ukupnoga broja atoma ili oko tri četvrtine mase, a sljedeći je helij sa 7% ukupnoga broja atoma ili oko jedne četvrtine mase svemira.

U najstarijim tumačenjima prirode raznih naroda (Grka, Kineza) elementi su osnovne tvari iz kojih je nastala cijela priroda. Neki predstavnici starohelenske filozofije zastupali su mišljenje da je prirodni element samo jedan, npr. voda (Tales), zrak (Anaksimen), eterska vatra (Heraklit). Drugi su držali da elemenata ima više, npr. Empedoklo i Aristotel, koji su u elemente ubrajali zemlju, vodu, zrak i vatru. Njima je pridodana i peta bitna tvar kojoj su se pripisivala svojstva duše. Alkemičari (IV. do XVI. st.) preuzeli su elemente antičkih filozofâ, ali su im dodali nova svojstva i promijenili nazive ponukani iskustvima vlastitih istraživanja. Živa, sumpor i sol bili su, prema Paracelsusu, elementi koji su složenim tvarima davali svojstva metala, minerala, svojstva gorenja, hlapljivosti itd. Empedoklova predodžba o četirima elementima koji su nositelji određenih svojstava (topline, hladnoće, suhoće i vlage) održala se sve do početka moderne kemije u XVIII. st., povezana s astrološkim, alkemijskim i drugim pogledima i spekulacijama. Grčki filozofi materijalisti, Leukip, Demokrit i dr., koji su svojstva tvari objašnjavali pripisujući veličinu, oblik, položaj i brzinu kretanja nedjeljivim česticama, atomima, bili su mnogo bliže suvremenim znanstvenim shvaćanjima elemenata. Te ideje grčkih atomista prihvaćene su u kemiji tek poč. XIX. st. Od XVII. st. počela se razvijati kemija kao egzaktna eksperimentalna znanost. Najprije je Robert Boyle uveo 1661. suvremeno shvaćanje kemijskog elementa, kemijskog spoja ili smjese, da bi 1783. Antoine Laurent de Lavoisier razvrstao kemijske elemente i spojeve na temelju njihovih kemijskih svojstava i objavio znanstveno utemeljen popis od 23 kemijska elementa, u koji su bili uključeni i neki oksidi te još uvijek i svjetlost i toplina. Atomska je teorija u svojem daljnjem razvoju utvrdila da atomi, a prema tome i elementi, nisu posljednji sastojci tvari, već da se oni sastoje od pozitivno nabijene jezgre i od plašta s negativno nabijenim elektronima.

Abecedni popis kemijskih elemenata