Pierwiastek to substancja złożona
z atomów tego samego rodzaju (o tej samej liczbie atomowej).
W atmosferze i skorupie ziemskiej występuje w stanie naturalnym
tylko 88 pierwiastków. Ich budowa atomowa ujawnia, jak złożone są zachodzące między
nimi matematyczne zależności.
Każdy
obiekt we Wszechświecie, nawet najdalsza gwiazda, został utworzony z atomów.
Pojedyncze atomy są zbyt małe, by można je było ujrzeć, ale zebrane razem
tworzą znane nam pierwiastki chemiczne. Wiele pierwiastków to ciała stałe,
które można zobaczyć; inne są niewidocznymi gazami.
Najprostszym pierwiastkiem jest wodór —
mimo to stanowi paliwo w gwiazdach podobnych do Słońca i jest
niezbędny dla istnienia życia. Atom wodoru składa się z jednego protonu
tworzącego jądro i jednego elektronu, który krąży wokół niego. Atomy
innych pierwiastków chemicznych, takich jak węgiel, tlen, złoto czy rtęć, mają
wiele elektronów poruszających się wokół jąder zbudowanych z wielu
protonów i neutronów.
Jakieś 450 lat temu znano jedynie 12
pierwiastków chemicznych. Kiedy odkryto ich więcej, uczeni zaczęli dostrzegać
istniejący wśród nich naturalny porządek. A gdy uszeregowano pierwiastki
w tabeli, zauważono, iż pierwiastki znajdujące się w tej samej
kolumnie mają podobne właściwości. Ale w tabeli tej były też puste
miejsca, gdyż niektórych pierwiastków jeszcze nie znano. Pozwoliło to
rosyjskiemu uczonemu Dimitrijowi Mendelejewowi przewidzieć istnienie
pierwiastka o liczbie atomowej 32, germanu, a także jego kolor, masę,
gęstość i temperaturę topnienia. Przewidywania [Mendelejewa] dotyczące
innych brakujących pierwiastków — galu i skandu — też okazały się bardzo
trafne.
Z czasem naukowcy przewidzieli istnienie
innych nieznanych pierwiastków oraz niektóre ich właściwości. W końcu
wszystkie brakujące pierwiastki zostały odkryte. Obecnie owa tabela nie zawiera
żadnych luk. Naturalny porządek wśród pierwiastków opiera się na liczbie
protonów w jądrach atomowych. W ten sposób można uszeregować
wszystkie pierwiastki występujące w warunkach naturalnych na Ziemi, od
pierwszego, wodoru, do ostatniego, uranu, mającego numer (czyli liczbę atomową)
92.
Zastanówmy się także nad ogromną
różnorodnością pierwiastków. Na przykład złoto i rtęć mają zupełnie inny
połysk. Złoto jest ciałem stałym, zaś rtęć cieczą. A przecież sąsiadują
one ze sobą jako pierwiastki o liczbach atomowych 79 i 80. Atom złota
ma 79 elektronów, 79 protonów i 118 neutronów. Atom rtęci ma po
jednym elektronie i protonie więcej i w przybliżeniu tyle samo
neutronów.
A zatem pierwiastki
można uszeregować w kolejności wynikającej z budowy ich atomów.
Dzięki temu w podręcznikach szkolnych można znaleźć układ okresowy
pierwiastków, czyli tablicę, w której wodór, hel i pozostałe
pierwiastki są umieszczone w poziomych szeregach i pionowych
kolumnach.
Kiedy pierwiastki ułoży
się w szeregach i kolumnach układu okresowego, pierwiastki z tej
samej kolumny wykazują zadziwiające podobieństwo. Na przykład w ostatniej
kolumnie znajdują się hel (nr 2), neon (nr 10), argon (nr 18),
krypton (nr 36), ksenon (nr 54) i radon (nr 86). Są to
gazy, które pod wpływem wyładowania elektrycznego jasno świecą i dlatego
są wykorzystywane w lampach jarzeniowych. Poza tym w przeciwieństwie
do innych gazów bardzo trudno wchodzą w reakcje z różnymi pierwiastkami.
