kemijski elementi

kemijski elementi, skup svih atoma s istim atomskim ili rednim brojem, odnosno s istim brojem protona u jezgri. Osim atomskoga broja (znak Z), svaki kemijski element ima i maseni ili nukleonski broj (znak A), koji je jednak broju nukleona, odnosno zbroju protona i neutrona u atomskoj jezgri, a približno je jednak relativnoj atomskoj masi. Poznato je 118 kemijskih elemenata. Označuju se i skraćeno prikazuju kemijskim simbolima. 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 Z) kao lijevi donji indeks, a broj nukleona (maseni broj A) kao lijevi gornji indeks. Nuklid elementa X pisao bi se prema tome \(\displaystyle _{Z}^{A}{\rm X}\) (primjerice ugljikov nuklid \(\displaystyle {\rm _{\;6}^{12}C}\). 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 masenome broju, odnosno različitom broju neutrona. Takvi se nuklidi nazivaju izotopima. Mnogobrojni elementi u prirodi postoje kao smjese stabilnih izotopa. Ugljik je primjerice smjesa izotopa ¹²C i ¹³C, kisik sadržava izotope ¹⁶O, ¹⁷O i ¹⁸O itd. Najviše prirodnih stabilnih izotopa, njih 10, ima kositar. Osim stabilnih, neki elementi sadržavaju i nestabilne, radioaktivne izotope, odnosno radioizotope (→ radionuklidi), koji se spontano raspadaju uz emisiju ionizirajućeg zračenja.

Kemijski 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 njihova 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 Dmitriju Ivanoviču Mendeljejevu da 1869. uspostavi zakon periodičnosti i uobliči 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 pet novih elemenata (nihonij, moskovij, livermorij, tenes, oganeson). U prirodi su pronađena 94 elementa, odnosno redom svi elementi od vodika (Z = 1) do plutonija (Z = 94), iako se neki od njih, poput neptunija, plutonija i tehnecija, pojavljuju u vrlo malim količinama. 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 80 elemenata, a najteži je među njima olovo (Z = 82). Elementi od polonija do oganesona (Z = 84 do 118) te prometij (Z = 61) uopće nemaju stabilnih nuklida, pa su to prirodni radioaktivni elementi (radionuklidi), a svi elementi teži od plutonija umjetni su radionuklidi koje je stvorio čovjek. Na sobnoj je temperaturi većina elemenata u čvrstom stanju, 11 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 agregacijska stanja. Najteži se elementi prirodnim radioaktivnim raspadom stalno pretvaraju u lakše elemente, a međusobna pretvorba elemenata moguća je i u umjetnim nuklearnim reakcijama.

Najčešći su kemijski elementi u Zemljinoj kori kisik (maseni udio 46,1%), silicij (28,2%), aluminij (8,23%), željezo (5,63%), kalcij (4,15%), natrij (2,36%), magnezij (2,33%) i kalij (2,09%). Tih osam elemenata čini više od 99% mase Zemljine kore. U svemiru je najrašireniji vodik, koji čini približno 90% ukupnoga broja atoma ili oko tri četvrtine mase, a drugi po raširenosti 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 starogrčki filozofi zastupali su mišljenje da je prirodni element samo jedan, npr. voda (Tales), zrak (Anaksimen), eterska vatra (Heraklit), a neki su smatrali 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 filozofa, ali su im dodali nova svojstva i promijenili nazive ponukani vlastitim istraživanjima. 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 sličnim 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 početkom XIX. st. Od XVII. st. počela se razvijati kemija kao egzaktna eksperimentalna znanost. Najprije je Robert Boyle uveo 1661. suvremeno shvaćanje kemijskog elementa, kemijskoga 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..

Imena kemijskih elemenata

Imena kemijskih elemenata obično se temelje na latinskim ili grčkim korijenima, zemljopisnim imenima, prezimenima znanstvenika, imenima mitoloških likova, svojstvima elemenata i dr. Osim četiriju koja je predložio Bogoslav Šulek (dušik, kisik, ugljik, vodik) te osam starih, »narodnih« naziva (bakar, kositar, olovo, srebro, sumpor, zlato, željezo, živa), današnja su hrvatska imena kemijskih elemenata većinom prilagođeni međunarodni nazivi. Prema prijedlogu Hrvatskoga društva kemijskih inženjera i tehnologa (HDKI) i Hrvatskoga kemijskog društva (HKD) iz 2022., hrvatske se inačice engleskih imena Međunarodne unije za čistu i primijenjenu kemiju (IUPAC) sustavno tvore prema fonološkome terminološkom načelu, odnosno transkripcijom IUPAC-ove engleske inačice imena kemijskog elementa, ili transkripcijom vlastite imenice (prezime ili zemljopisno ime) od koje je IUPAC-ova engleska inačica imena kemijskog elementa nastala, uz prethodno preslovljavanje onih vlastitih imenica koja dolaze iz područja u kojima se piše pismom različitim od latinice, a prema pravilima za strani jezik toga govornog područja.

IUPAC je odgovoran za standardizaciju međunarodnih imena kemijskih elemenata i ona su uglavnom unificirana na engleskom jeziku, pa se tako u imenima elemenata koja završavaju na -um ili -ium (uglavnom metali u skupinama 1–16) u pravilu u hrvatskom jeziku ti nastavci zamjenjuju nastavkom -ij (ili -j kada je na kraju korijena samoglasnik i). Dok su novootkriveni metali XIX. st. sustavno dobivali nastavak -ij, neki metali smatrali su se poznatima od davnina (primjerice zlato, srebro, bakar) pa nije bilo potrebe da im se ime mijenja, a neki otkriveni u XVIII. st. bili su u širokoj uporabi, pa tako radi uvriježenosti u hrvatskom jeziku nemaju nastavak -ij, ili su dulji oblici imena (primjerice kromij) gotovo iščezli u korist kraćega (krom). IUPAC-ova imena koja završavaju na -ine (skupina 17) u hrvatskoj inačici imena gube nastavak pa tako element atomskoga broja 117 tenes nema nastavak, a u onih koja završavaju nastavkom -on (uglavnom u skupini 18) u hrvatskoj inačici imena taj nastavak ostaje nepromijenjen, pa element atomskog broja 118 oganeson kao svi plemeniti plinovi skupine 18 ima nastavak -on. Postoje i neke iznimke, primjerice helij je iznimka među plemenitim plinovima. Otkriven je 1868. najprije spektroskopskim istraživanjem za jedne pomrčine Sunca (Jules Janssen), a ime helium dali su mu 1868–69. Joseph Norman Lockyer i Edward Frankland vodeći se time da je pronađen na Suncu i (pogrešno) pretpostavivši da pripada metalima, vjerojatno zbog sličnosti njegovih spektralnih svojstava s natrijem koji je alkalijski metal.

Abecedni popis kemijskih elemenata