Startuj z nami!

www.szkolnictwo.pl

praca, nauka, rozrywka....

mapa polskich szkół
Nauka Nauka
Uczelnie Uczelnie
Mój profil / Znajomi Mój profil/Znajomi
Poczta Poczta/Dokumenty
Przewodnik Przewodnik
Nauka Konkurs
uczelnie

zamów reklamę
zobacz szczegóły
uczelnie
PrezentacjaForumPrezentacja nieoficjalnaZmiana prezentacji
Jak na przestrzeni lat kształtowało się pojęcie pierwiastka chemicznego?

Od 01.01.2015 odwiedzono tę wizytówkę 6373 razy.
Chcesz zwiększyć zainteresowanie Twoją jednostką?
Zaprezentuj w naszym informatorze swoją jednostkę ->>>
* szkolnictwo.pl - najpopularniejszy informator edukacyjny - 1,5 mln użytkowników miesięcznie



Platforma Edukacyjna - gotowe opracowania lekcji oraz testów.



 

Niniejszy referat moze być źródłem informacji podczas indywidualnej pracy ucznia, jak równiez mozna go wykorzystywać na lekcjach chemii. Obecnie znamy 118 pierwiastków, z czego 92 występuje naturalnie w przyrodzie. Niektóre z nich znane były już w czasach prehistorycznych.

Początek chemii wywodzi się z Egiptu i z niego promieniuje ona w ciągu wielowiekowego rozwoju cywilizacji. W VI w. p.n.e. ruchliwi i inteligentni Grecy, obserwując przyrodę, zwrócili uwagę przede wszystkim na budowę i skład materii.
Teoria chemii rozpoczyna się od Talesa z Miletu (624-546 p.n.e.). Być może istnieli teoretycy chemii przed Talesem, być może nawet pierwsze podstawy teorii chemii stworzone zostały przed Grekami, lecz nie mamy na to dostatecznych dowodów.
Jak na przestrzeni lat kształtowało się pojęcie pierwiastka chemicznego?


Obecnie znamy 118 pierwiastków, z czego 92 występuje naturalnie w przyrodzie. Niektóre z nich znane były już w czasach prehistorycznych.
Początek chemii wywodzi się z Egiptu i z niego promieniuje ona w ciągu wielowiekowego rozwoju cywilizacji. W VI w. p.n.e. ruchliwi i inteligentni Grecy, obserwując przyrodę, zwrócili uwagę przede wszystkim na budowę i skład materii.
Teoria chemii rozpoczyna się od Talesa z Miletu (624-546 p.n.e.). Być może istnieli teoretycy chemii przed Talesem, być może nawet pierwsze podstawy teorii chemii stworzone zostały przed Grekami, lecz nie mamy na to dostatecznych dowodów.
Tales zastanawiał się, czy każda substancja może być zmieniona w inną, czy można tę przemianę powtarzać i odwracać. Uważał, że jedna substancja jest „matką” wszystkich innych substancji – ich „bazą”, „elementem”, „żywiołem”. Idąc dalej w swych rozważaniach zdecydował, że tym elementem podstawowym jest woda. Ze wszystkich znanych mu i otaczających go substancji występowała ona w największej ilości.
Nauka Talesa została przyjęta przez wielu innych filozofów. Niektórzy jednak wątpili, czy woda jest istotnie „elementem podstawowym”.
W roku 570 p.n.e. grecki filozof Anaksymenes, również z Miletu, sformułował teorię, że podstawowym pierwiastkiem jest powietrze. Twierdził, że im bliżej środka świata, tym powietrze jest bardziej ściśnięte, stwarza coraz gęstsze i twardsze substancje, a więc takie, jak woda i ziemia.
Prawie równocześnie inny filozof grecki Heraklit (540-480 p.n.e.) pochodzący z Efezu, wystąpił z nową teorią. Jeśli najbardziej charakterystyczną cechą świata są zmiany, to podstawowym pierwiastkiem wszechrzeczy jest to, co się najbardziej zmienia. Tym elementem jest ogień, zawsze inny w swym kształcie i barwie.
W miarę rozwoju nauk i dociekań filozoficznych wielu innych myślicieli greckich usiłowało przeniknąć tajniki wewnętrznej struktury materii. Już uczeń Talesa, Anaksymander (610-547 p.n.e.), twierdził zdecydowanie, że istnieje w świecie jeden pierwiastek, z którego zbudowane są substancje o różnych właściwościach.
Takie ogólne stwierdzenie usiłował pogłębić Anaksagoras z Klazomene (500-428 p.n.e.), którego koncepcja była bardziej przybliżona naszym pojęciom pierwiastka. Filozof ten przypuszczał, że jest tyle pierwiastków, ile „prostych” substancji. Dlatego piasek i sól były ciałami prostymi, gdyż tę ostatnią wyciągnąć można było z mieszaniny przez rozpuszczenie w wodzie i odzyskanie z powrotem drogą parowania. Jednak liczba tych ciał „prostych” okazała się niestety niezmiernie duża.
W V w. p.n.e. starożytny filozof Demokryt po raz pierwszy w historii nauki przyjął atomistyczną strukturę materii. Głosił, że materia składa się z bardzo małych kulek – atomów, a różnorodność otaczającej nas materii ma swoje źródło w różnorodności kształtu, liczby i porządku ułożenia atomów. Materialistyczna filozofia Demokryta, będąca tylko spekulatywną teorią, wobec niemożliwości poparcia jej dowodami eksperymentalnymi nie miała większego wpływu na dalszy rozwój poglądów na budowę materii. Teoria atomistyczna zdobyła prawo obywatelstwa dopiero po dwudziestu wiekach.
Z kolei grecki filozof Empedokles z Agrigentu (483-424 p.n.e.), jeden z najsubtelniejszych i najbłyskotliwszych umysłów starożytności, zastanawiał się – czy musi być tylko jeden pierwiastek podstawowy? Dlaczego nie cztery? Mogą nimi być ogień Heraklita, powietrze Anaksymenesa, woda Talesa i w końcu ziemia, którą dołożył sam Empedokles.
Doktryna „czterech żywiołów-elementów” Empedoklesa została przyjęta przez największego filozofa greckiego – Arystotelesa (384-322 p.n.e.).
Według Arystotelesa cały poznawalny świat składa się z czterech elementów (żywiołów), które można łączyć w pewnych określonych kombinacjach wynikających z ich właściwości: ogień jest gorący i suchy, ziemia sucha i zimna, woda zimna i mokra, a powietrze mokre i gorące.
Owe żywioły mogą łączyć się z sobą wówczas, gdy mają przynajmniej jedną cechę wspólną.
Dopuszczalne więc byłoby łączenie ognia i ziemi, ziemi i wody, wody i powietrza, powietrza i ognia. Inne połączenia, na przykład wody (mokrej i zimnej) z ogniem (gorącym i suchym) prowadziłoby do zetknięcia absolutnych sprzeczności, a więc były wykluczone.
Wśród różnych pomysłów na budowę materii najdłużej, bo przez dwa tysiące lat, przetrwała w pojęciach naukowych koncepcja czterech żywiołów, a owe cztery elementy zyskały miano „pierwiastków Arystotelesa”.
Atomistyczną filozofię materii rozwijał, oprócz Demokryta, Platon (427 – 347 p.n.e.).
W jego ujęciu atomy pierwiastków Arystotelesa miały mieć doskonałe kształty brył stanowiących wielościany foremne, do dziś nazywanych bryłami platońskimi. Tak więc atomy ognia miały mieć kształt tetraedru, atomy ziemi – kształt sześcianu, atomy powietrza – ośmiościanu, a wody – dwudziestościanu. Atomy ciał złożonych Platon wyobrażał sobie jako bryły o kształtach bardziej wyszukanych.
Koncepcje atomistyczne stały w sprzeczności z poglądem Arystotelesa o jednolitości i ciągłości materii. Jednak brak doświadczalnych dowodów nieciągłości materii i wielki autorytet Arystotelesa spowodowały odrzucenie idei atomów.
Nauka arystotelesowska, podawana zawsze w wykwintnej formie filozoficznej, rozpowszechniła się szybko po całym świecie. Z imperium rzymskiego, głównie poprzez Egipt, przeniknęła do nauki arabskiej i stała się jedną z podstaw myślowych alchemii, której rozwój przypadł na okres średniowiecza.
Alchemia w pełni respektowała cztery pierwiastki arystotelesowskie, przestały one jednak wystarczać. Nurt ten wytyczał sobie nowe cele: robić złoto, przemieniać metale nieszlachetne w szlachetne, dokonywać transmutacji metali, których znano wtedy siedem (złoto, srebro, miedź, cyna, ołów, żelazo, rtęć) oraz znalezienie eliksiru życia.
Trudno jest dokładnie określić miejsce i czas narodzin alchemii. Zagadnienie, czy Egipcjanie rozwinęli idee alchemiczne niezależnie, czy też przejęli je od Chińczyków, jest przedmiotem rozważań licznych historyków nauki. Alchemicy chińscy bardziej interesowali się eliksirem, lekiem leczącym wszystkie choroby, a tym samym zapewniającym wieczne życie. Transmutacja metali miała dla nich znaczenie drugorzędne, dla Egipcjan była jednak najważniejsza.
Alchemicy uznali za pierwiastek topliwości – rtęć, a za pierwiastek palności i lotności – siarkę. Głosili więc, że we wszystkich metalach znajdują się rtęć i siarka, w każdym metalu w innym stosunku ilościowym. Zatem, aby na przykład żelazo przemienić w złoto, potrzeba jedynie zmienić stosunek ilościowy rtęci i siarki na taki, jaki istnieje w złocie.
Poglądy swoje alchemicy rozszerzyli później na substancje niemetaliczne, dodali jeszcze sól jako pierwiastek niepalności i rozpuszczalności oraz smaku słonego.
Pierwiastki alchemiczne: rtęć, siarka i sól nie były substancjami materialnymi. Tak samo jak cztery pierwiastki Arystotelesa, symbolizowały stany, w jakie mogą przechodzić metale lub inne substancje, czyli symbolizowały pewne właściwości substancji. Ale nie były przemienne: pierwiastek rtęci nie mógł przemieniać się w pierwiastek siarki itd. Tym zasadniczo różniły się od pierwiastków arystotelesowskich i był to ważny krok naprzód.
Alchemikom nigdy nie udało się przeprowadzić transmutacji któregokolwiek z pospolitych metali w złoto lub srebro, nie znaleźli również eliksiru życia; przyczynili się jednak do rozwoju chemii. Wytwarzali między innymi stopy metali.
W latach 1670-1775 obowiązywała teoria flogistonowa. Pragnęła ona wyjaśnić zjawiska spalania się i redukcji, przyjmując zasadniczą tezę alchemiczną, że palić się mogą tylko substancje zawierające pierwiastek palności. Pierwiastkiem tym miała być jednak nie siarka, jak sądzili alchemicy, lecz flogiston. Wyobrażano go sobie w postaci niedostrzegalnego fluidu, wypełniającego ciała i czyniącego je palnymi. To, co zostaje po spaleniu (popiół), co jest niepalne, pozbawione flogistonu, jest substancją chemiczną prostszą, może być nawet pierwiastkiem chemicznym. Ciała palne nigdy nie mogą być pierwiastkami, bo złożone są z flogistonu i substancji niepalnej. A więc nie siarka i fosfor są pierwiastkami, lecz produkty pozostałe po ich spaleniu.
Mimo błędnych założeń teoria ta stanowiła dalszy istotny krok naprzód. Jeśli chodzi o pojęcie pierwiastka chemicznego, z jednej strony nie zerwała zupełnie z tradycją arystotelesowsko-alchemiczną, lecz z drugiej strony rzuciła pomost do nowego pojmowania świata.
W XVII wieku zaczęła się nauka ścisła, którą dziś nazywamy chemią.
Przełomowe znaczenie, jeśli chodzi o rozwój pojęcia pierwiastka chemicznego, miała książka „Chemik sceptyczny” wydana przez Anglika Roberta Boyle’a w 1661 roku.
Boyle pierwszy podał nowoczesną definicję pierwiastka chemicznego, a jako zasadniczą metodę odkrywania pierwiastków wskazał rozkład ciał. Twierdził, że pierwiastek chemiczny ma również obiektywny byt materialny , jak każda inna substancja. Nadał więc pierwiastkom chemicznym znaczenie materialne i wytyczył drogę ich odkrywania, lecz tylko teoretycznie.
Sam nie odkrył żadnego pierwiastka, gdyż nie miał żadnego kryterium rozpoznawczego.
Takie kryterium znalazł dopiero sto lat później Antoine Laurent Lavoisier – był nim ciężar poszczególnych substancji. Żelazo okazało się lżejsze od tworzącej się z niego rdzy, zatem żelazo musi być niewątpliwie substancją prostszą od rdzy.
W 1789 roku Lavoisier dokładnie definiuje pojęcie pierwiastka chemicznego jako najprostszej substancji, której na drodze chemicznej nie da się przekształcić w prostszą.
Przez ponad sto lat określenie to było wystarczające, choć nie zadowalało w pełni.
Chociaż już w V w. p.n.e. Demokryt głosił w Grecji, że wszystkie ciała składają się z bardzo drobnych cząstek – atomów, dopiero w 1808 roku Anglik John Dalton ogłosił hipotezę o atomistycznej budowie materii, która dobrze tłumaczyła znane wówczas prawa chemiczne (prawo zachowania masy i prawo stałości składu związku chemicznego) i wkrótce została uznana za teorię. Dalton stworzył - mówiąc poglądowo - dla każdego pierwiastka osobny rodzaj atomów, dopiero wtedy atom stał się w pełni pojęciem chemicznym.
Twierdził, że wszystkie atomy danego pierwiastka chemicznego są identyczne, mają jednakową masę, określone własności fizyczne i chemiczne, są niezniszczalne i nie mogą być przekształcone w atomy innych pierwiastków. Atomy różnych pierwiastków różnią się masami i własnościami. Wykazał, że masa atomowa jest najbardziej istotną cechą pierwiastka, jako jedyna, którą różnią się wszystkie pierwiastki.
Tak więc, zgodnie z teorią Daltona, pierwiastek definiowano jako zbiór identycznych atomów, czyli atomów o jednakowej masie i jednakowych właściwościach.
Przekonanie, że ostatecznym składnikiem materii są niepodzielne atomy panowało prawie do końca XIX wieku.
Po odkryciu promieniowania rentgenowskiego (promieni X) przez Wilhelma Roentgena (1895), zjawiska promieniotwórczości uranu przez Antoine’a Becquerela (1896), elektronu przez Josepha Thomsona (1897), oraz nowych pierwiastków promieniotwórczych radu i polonu przez Marię Skłodowską-Curie (1898) stało się oczywiste, że atomy mają budowę złożoną. Okazało się, że jedne pierwiastki powstają z innych na drodze naturalnych przemian promieniotwórczych.
W XX wieku otrzymano też na drodze przemian promieniotwórczych wywołanych w specjalnej aparaturze, pierwiastki, które nie występują na Ziemi.
Około 1900 roku Thomson opracował model atomu – jako kulę elektryczności dodatniej, w której, jak rodzynki w cieście, tkwiły elektrony.
Z kolei w 1911 roku Ernest Rutherford zaproponował tzw. planetarny model budowy atomu.
Budowę atomu przyrównał do budowy Układu Słonecznego. Stwierdził, że w centrum atomu znajduje się dodatnio naładowane jądro, wokół którego krążą elektrony, podobnie jak planety wokół Słońca.
W 1913 roku duński fizyk Niels Bohr tworzy pierwszą kwantową teorię budowy atomu, w której przyjmuje, że elektron krąży wokół jądra po torze zamkniętym, jednak nie dowolnym, lecz ściśle określonym energetycznie, zwanym orbitą stacjonarną. W tym stanie nie pobiera ani nie oddaje energii. Elektron może zmieniać orbitę, ale jest to związane z oddaniem lub pobraniem energii w postaci porcji, zwanych kwantami. Elektron w atomie ma więc pewien stan kwantowy związany z własną energią. Teoria Bohra, zgodna z ogólną, obowiązującą do dziś koncepcją, że atom składa się z dwóch obszarów: dodatnio naładowanego jądra i ujemnie naładowanej sfery elektronowej, była ważnym etapem w poznawaniu budowy atomu.
W 1924 roku Louis de Broglie wysunął koncepcję podwójnej natury elektronu: elektron jest równocześnie i cząstką materii i falą elektromagnetyczną. Ta właściwość materii nosi nazwę dualizmu korpuskularno-falowego. Z kolei w 1927 roku niemiecki fizyk Werner Heisenberg udowadnia, że nie można jednocześnie dokładnie określić położenia i pędu elektronu w danej chwili. Nie można więc używać pojęcia „tor” elektronu, gdyż nie da się go wyznaczyć doświadczalnie.
Te dwa odkrycia stają się fundamentem, tworzonej w latach 1924-1928, mechaniki kwantowej, która obowiązuje do dziś.
Po odkryciu protonu przez Rutherforda (1920) oraz neutronu przez Jamesa Chadwicka (1932) można było jeszcze dokładniej opisać budowę atomu. Stwierdzono, że jądro atomu jest również złożone: składa się z cząstek elementarnych ciężkich - protonów i neutronów. Masa neutronu jest w przybliżeniu równa masie protonu, który jest około1840 razy cięższy od elektronu. Tak więc cała niemal masa atomu skupiona jest w jego jądrze.
Neutrony są elektrycznie obojętne, natomiast każdy proton i elektron ma jeden elektryczny ładunek elementarny, przy czym proton ma ładunek dodatni, zaś elektron – ujemny. W atomie znajduje się tyle protonów, co i elektronów, a więc jako całość atom jest elektrycznie obojętny.
Protony atomów wszystkich pierwiastków są identyczne, tak samo neutrony i elektrony, natomiast atomy poszczególnych pierwiastków różnią się liczbą protonów, elektronów i neutronów.
Pogląd Daltona, że wszystkie atomy danego pierwiastka mają taką samą masę, przetrwał do 1910 roku, kiedy to badacz angielski Frederick Soddy stwierdził, że mogą istnieć w przyrodzie atomy tego samego pierwiastka, które różnią się swoją masą. Wszystkie atomy danego pierwiastka mają jednak tę samą liczbę protonów i elektronów. Ta liczba jest charakterystyczna dla każdego pierwiastka i nosi nazwę liczby atomowej lub liczby porządkowej pierwiastka w układzie okresowym.
Można więc zdefiniować pierwiastek jako zbiór atomów o jednakowej liczbie atomowej. Obecnie uporządkowane w układzie okresowym pierwiastki, uszeregowane są w kolejności ich wzrastających liczb atomowych, tzn. według liczby protonów w jądrze. Uporządkowanie według tego kryterium okazało się najlepsze.
Natomiast wszystkie atomy danego pierwiastka niekoniecznie muszą mieć jednakową liczbę neutronów w jądrze.
Odmiany tego samego pierwiastka, różniące się liczbą neutronów i wskutek tego mające różne masy atomowe, nazwał Soddy izotopami. Z kolei atomy poszczególnych izotopów noszą nazwę nuklidów.
Większość pierwiastków występujących w przyrodzie stanowi mieszaninę kilku izotopów. Tylko nieliczne pierwiastki nie mają odmian izotopowych.
Zgodnie z współczesną definicją pierwiastkiem chemicznym nazywamy więc zbiór nuklidów o identycznej liczbie atomowej.
Od czasów pionierskich nauka, w tym także chemia, poczyniła ogromne postępy. Rozwój wiedzy o budowie materii i jej przemianach; o strukturze atomów, a zwłaszcza ich jąder, trwa do chwili obecnej. Większe możliwości badania szczegółów budowy cząsteczek różnych związków chemicznych pojawiły się dopiero w ostatnich latach, kiedy współczesne komputery uzyskały odpowiednio duże moce obliczeniowe. I tak, jak wraz z rozwojem wiedzy na przestrzeni lat zmieniały się poglądy uczonych w wielu kwestiach otaczającego nas świata, tak również modyfikacjom ulegała definicja pierwiastka chemicznego.

Opracowała: Joanna Skrzeczewska

Literatura:
1. Ignacy Eichstaedt – „Księga pierwiastków”
2. Isaak Asimov – „Krótka historia chemii”
3. Ira D.Garard – „O chemii i chemikach”
4. Eugeniusz Kwiatkowski – „Dzieje chemii i przemysłu chemicznego”

Umieść poniższy link na swojej stronie aby wzmocnić promocję tej jednostki oraz jej pozycjonowanie w wyszukiwarkach internetowych:

X


Zarejestruj się lub zaloguj,
aby mieć pełny dostęp
do serwisu edukacyjnego.




www.szkolnictwo.pl

e-mail: zmiany@szkolnictwo.pl
- największy w Polsce katalog szkół
- ponad 1 mln użytkowników miesięcznie




Nauczycielu! Bezpłatne, interaktywne lekcje i testy oraz prezentacje w PowerPoint`cie --> www.szkolnictwo.pl (w zakładce "Nauka").

Zaloguj się aby mieć dostęp do platformy edukacyjnej




Zachodniopomorskie Pomorskie Warmińsko-Mazurskie Podlaskie Mazowieckie Lubelskie Kujawsko-Pomorskie Wielkopolskie Lubuskie Łódzkie Świętokrzyskie Podkarpackie Małopolskie Śląskie Opolskie Dolnośląskie