Молекулярное учение и химический элемент
Термин «элемент» был введен в химию Бойлем для обозначения простых веществ, т. е. таких, которые не могут быть химически разложены. Долгое время эти понятия считали равнозначными.
Одним из первых химиков, указавших на необходимость делать ясное различие между понятием о простом теле как об отдельном однородном веществе и о нем же как о вещественной части, или элементе, сложных веществ, был Д. И. Менделеев.
В самом деле, каждое простое вещество характеризуется определенными физическими и химическими свойствами. Когда какое-нибудь простое вещество соединяется с другими, то оно утрачивает большинство своих свойств. Например, железо, соединяясь с серой, теряет металлический блеск, ковкость, магнитные свойства и др.
Следовательно, в сернистом железе нет железа как такового, каким мы его знаем отдельно от других веществ. Но так как из сернистого железа при помощи химических реакций можно снова получить металлическое железо, то химики говорят, что в состав сернистого железа входит элемент железо, понимая под этим тот материал, из которого построено металлическое железо.
Подобно железу, и сера находится в сернистом железе не в виде хрупкого желтого горючего вещества серы, а в виде элемента серы. Точно так же водород и кислород, входящие в состав воды, содержатся в воде не в виде газообразных водорода и кислорода с их характерными свойствами, а в виде элементов — водорода и кислорода. Если же эти элементы находятся в «свободном состоянии», т. е. связаны химически друг с другом, то они представляют собой простые вещества.
Когда в 60-х годах прошлого века среди химиков стали распространяться взгляды Канниццаро, простое вещество и химический элемент были сопоставлены с молекулой и атомом: простое вещество, как и всякое вещество, состоит из молекул, химический же элемент состоит из атомов.
Затем постепенно стали все более и более отождествлять химический элемент с атомом как с наименьшей частицей элемента, существующей в молекулах и являющейся носителем всех свойств элемента. Таким образом, с точки зрения атомно-молекулярной теории
химический элемент есть вид атомов, характеризующийся определенной совокупностью свойств.
Каждый отдельный атом является химическим элементом, но сочетание атомов уже не будет элементом: путем соединения атомов одного и того же элемента образуются простые вещества, сочетание же атомов различных элементов дает или смесь простых веществ, или сложное вещество.
Различие между простым веществом и элементом становится особенно ясным, когда мы встречаемся с несколькими простыми веществами, состоящими из одного и того же элемента.
Возьмем, например, кусок фосфора. Это—белое, полупрозрачное вещество, плавящееся при 44,2°, очень ядовитое; на воздухе в темноте фосфор светится и может самовоспламениться; поэтому его всегда хранят под водой. Фосфор является простым веществом, он не может быть разложен на новые вещества.
Однако, если нагреть фосфор, без доступа воздуха почти до кипения, то через некоторое время свойства фосфора резко изменяются: он приобретает красно-фиолетовый цвет, перестает светиться в темноте, делается неядовитым и не самовоспламеняется больше на воздухе, причем эти новые свойства не исчезают по прекращении нагревания.
Таким образом, происходит несомненное превращение одного вещества в другое, но превращение совершенно особенное: взятое нами вещество не разлагается, и к нему ничего не присоединяется.
Последнее обстоятельство заставляет признать оба вещества, как первоначально взятое, так и полученное после нагревания, лишь различными формами существования одного и того же элемента, фосфора, в свободном состоянии; первое из них называется белым, а второе — красным фосфором.
Лучшим доказательством того, что белый и красный фосфор действительно представляют собой различные формы одного и того же элемента и состоят из одинаковых атомов, является их отношение к кислороду: при нагревании в кислороде как белый, так и красный фосфор соединяются с ним, образуя одно и то же вещество — фосфорный ангидрид.
Следовательно, элемент фосфор в свободном состоянии может существовать в виде двух простых веществ. Подобно фосфору, и многие другие элементы в свободном состоянии существуют в виде нескольких различных веществ. Так, общеизвестные простые вещества — уголь, графит и алмаз, резко различающиеся по своим свойствам, являются лишь различными формами элемента углерода. Соединяясь с каким-либо другим простым веществом, все они образуют одно и то же сложное вещество; например, при соединении любого из них с кислородом получается углекислый газ.
Существование химического элемента в виде нескольких простых веществ называется аллотропией, а сами простые вещества, образованные одним и тем же элементом, называются аллотропическими видоизменениями этого элемента.
Всякое изменение числа или расположения одних и тех же атомов в молекуле влечет за собой появление качественно нового вещества с иными свойствами. Молекула не представляет собой простой суммы составляющих ее атомов, поэтому и свойства сложного вещества не являются простой суммой свойств образующих его элементов.
Атомы, химически соединяясь друг с другом, не остаются абсолютно неизменными, а оказывают друг на друга определенное влияние, вследствие чего в различных молекулах они находятся в различных состояниях.
Так, например, атомы серы и железа в сернистом железе находятся в ином состоянии, чем в простых веществах — сере и железе.
Статья на тему Молекулярное учение и химический элемент