Nauka o hemijskim promenama materije veoma je stara i bogata. Hemijska jedinjenja se danas uvećavaju geometrijskom progresijom. Već se godišnje dobijaju milioni novih jedinjenja, a uskoro će se njihov ukupan broj izražavati u desetinama miliona. Savladavanje ovako velikog obima saznanja kroz jednu naućnu disciplinu – kao što je hemija – praktično je nemoguće. Otuda se iz hemije, kao naučne discipline, razvilo više novih oblasti hemije. Takav razvoj će se nastaviti još bržim tempom.

Jedna od naučnih disciplina, koja se sve više razvija, jeste nauka o hemijskim elementima. Saznanja o hemijskim elementima su mnogo mlađa od saznanja o hemijskim promenama materije. Razvoj hemije u poslednjih nekoliko stoleća je bio buran, a tek pravi razvoj se očekuje sa znatno većim saznanjima o samim hemijskim elementima i njihovoj atomskoj građi. Broj hemijskih elemenata se stalno uvećava. Što saznanja budu veća, to će i brzina pronalaženja novih hemijskih elemenata biti veća. Danas se realno govori o dobijanju ili transformaciji elemenata. Elementi nisu više neuništivi niti ih je nemoguće dobiti. Topla fisija za dobijanje elemenata je već postala uobičajena praksa, a o hladnoj fuziji se stiču sve veća iskustva u laboratorijskim uslovima.

Ova knjiga o hemijskim elementima ima za cilj da na popularan način iznese osnovna saznanja o hemijskim elementima na osnovu najsavremenijih podataka i ilustracija u boji, koje će olakšati praćenje i zadržavanje određenih impresija o elementima. Knjiga treba da posluži kao priručnik za sve profesije koje se bave egzaktnim i prirodnim naukama.
U uvodnom delu knjige dat je istorijat razvoja hemije, otkriće Periodnog sistema elemenata i osnovne karakteristike elemenata na popularan način.

Elementi su dati po klasifikaciji IUPAC-a. Na kraju knjige date su tabele sa osobinama elemenata. Izvori i literatura su dati hronološki i odvojeno uz uvodni deo i za svaki elemenat ili grupu elemenata posebno. Ista je data tako da omogućava željeno proširenje saznanja na osnovu najznačajnije raspoložive literature i internet-izvora u svetu. Zajednička literatura je data za uvodni deo i elemente u celini, za lantanide, aktinide, grupu plemenitih metala i plemenite gasove.

Elementi su uniformno obrađeni. Opis elementa sadrži – ime elementa, otkriće i naziv, fizičko-hemijske osobine, primenu, rasprostranjenost, proizvodnju, cenu i izvore i literaturu. Izuzetak su najnoviji elementi za koje još ne postoje uobičajeni podaci.

Posebna karakteristika knjige je što su svi prikazani elementi dati u boji, kao i minerali elemenata. Sve slike su uzete iz izvora ili literature koja je korišćena i navedena. Slike elemenata su preuzete iz „International Scientific Communications“ (UK) Ltd. To je dobra mogućnost svih onih koji se obrazuju, ili obnavljaju svoja znanja, da u jednoj knjizi nađu sve najvažnije informacije o elementima – koji čine osnovnu građu materijalnog sveta koji nas okružuje. Osim toga, nastojalo se da se posebno istakne najnovija primena elemenata – u praktične svrhe. Bez obzira na značaj pojedinih elemenata i obim saznanja o njima, želelo se da se svim elementima obezbedi približno isti prostor, ne umanjujući značaj, koji važniji elementi imaju za praksu i ekonomiju. Na taj način se želelo da elementi koji su manje popularni dobiju više prostora radi davanja podsticaja novim saznanjima.

Ovakva obrada hemijskih elemenata treba da podstakne istraživanja u oblasti novih materijala i veći interes za ,,sintezu“ novih elemenata. Revolucionisanje saznanja se očekuje u oblasti novih materijala, a posebno legura, koje dobijaju sve više na značaju, s obzirom na to da se dobijaju sve sofisticiranije, ili, kako se popularno kaže, „pametne“ legure i materijali, koje ,,pamti“ zadate osobine. Bez dobrog poznavanja hemijskih elemenata pojedinačno, ova oblast ne bi mogla tako brzo napredovati. U sintezi se očekuje buran napredak u nanohemiji i stvaranju tehničkih mogućnosti ,,posmatranja“ reakcija, a posebno praćenja odvijanja fotosinteze.

Posebno treba ukazati na podatke o proizvodnji i cenama elemenata. Želja je bila da se stekne osnovna predstava o proizvodnji pojedinih elemenata, iz čega obično proizilaze i cene, što do sada nije bila česta praksa da se ovi podaci unose, jer su dosta podložni promenama. Vremenske distance i poređenja cena će jasno moći da pokažu smer razvoja proizvodnje i primene odgovarajućeg elementa. Izvori podataka su korišćeni sa Londonske berze – LMI -1998/99. – za metale, a maloprodajne približne cene firme ,,Alldrich“ iz 1996/97. godine, za ostale elemente. Podaci o proizvodnji su uglavnom korišćeni iz Enciklopedije Ulmana i knjige „Elements“. Dati podaci nisu mogli biti u većoj meri ujednačeni, s obzirom na to da se nisu mogli naći podaci svi za istu godinu.

Želeo bih sa zadovoljstvom i ponosom da istaknem da ova knjiga ne bi ugledala svetlost dana da nisam imao nesebičnu pomoć kolega, prijatelja, saradnika i moje porodice. Normalno je bilo da me je većina podsticala, ali i neki odvraćali od ovog mukotrpnog posla. Zahvaljujem se i onima koji su me odvraćali, pošto mi je to davalo, nekada, novu snagu. Oni koji su me podsticali ne nose nikakvu odgovornost za slabosti knjige, a uspeh delimo zajedno.

Pre svega, želim da se zahvalim kolegama sa TMF-a – prof. dr Smiljki Stević, prof. dr Mirjani Popović, prof. dr Milosavu Dragojeviću, prof. dr Veri Šćepanović i prof. dr Josipu Barasu. Sa Hemijskog fakulteta zahvalnost dugujem prof. dr Živoradu Cekoviću. Zahvaljujem se dr Krunu Subotiću (članu tima za sintezu novih elemenata – posebno elementa 110, 114 i 116) iz Instituta ,,Vinča“. Zahvalan sam na korisnim sugestijama dr Branislavu Nikoliću iz Instituta IHTM, Dušanu Podunavcu iz „Geozavoda“, prof. dr Siniši Miloševiću iz Instituta ITNMS i prof. dr Danilu Babiču, sa Rudarskog fakulteta.

Na kraju, uspeha ne bi bilo da mi moja supruga Jelisaveta i ostali članovi porodice nisu stvarali povoljne uslove za rad. Posebno sam zahvalan svom sinu i kolegi Darku, koji mi je nesebično pomagao na kompjuterskoj obradi podataka i omogućio mi da se i sam snalazim na istom. Takođe i sinu Marku.

Zahvalnost dugujem i Privrednoj komori Srbije, koja mi je omogućavala uslove da se, pored redovnog posla, bavim i radom na ovoj knjizi.

Autor

Sadržaj

Hemijski elementi prema atomskom broju
Hemijski elementi prema abecednom redu
Hemijski elementi – internacionalni/latinski nazivi
Hemijski elementi – engleski nazivi
Spisak slika
Posveta
O autoru
Moto
Metafora

PREDGOVOR
UVOD

PERIODIZACIJA RAZVOJA HEMIJE
Predalhemijski period
Pojam elementa u Staroj Grčkoj
Period alhemije
Period moderne hemije
Doba jatrohemije
Doba flogistona
Doba racionalne hemije

KLASIFIKACIJA ELEMENATA
Prethodna istraživanja
Periodni sistem elemenata Mendeljejeva

STRUKTURA I KARAKTERISTIKE PERIODNOG SISTEMA ELEMENATA
Struktura atoma
Struktura periodnog sistema elemenata
Raspored elektrona elemenata
Karakteristike elemenata u periodnom sistemu

ELEMENTI PRVE (Ia) GRUPE
Vodonik
Litijum
Natrijum
Kalijum
Rubidijum
Cezijum
Francijum

ELEMENTI DRUGE (IIa) GRUPE
Berilijum
Magnezijum
Kalcijum
Stroncijum
Barijum
Radijum

ELEMENTI TREĆE (IIIb) GRUPE
Skandijum
Itrijum
Lantan
Lantanidi
Cerijum
Prazeodijum
Neodijum
Prometijum
Samarijum
Europijum
Gadolinijum
Terbijum
Disprozijum
Holmijum
Erbijum
Tulijum
Iterbijum
Lutecijum
Aktinijum
Aktinidi
Torijum
Protaktinijum
Uran
Neptunijum
Plutonijum
Americijum
Kirijum
Berklijum
Kalifornijum
Ajnštajnijum
Fermijum
Mendeljevijum
Nobelijum
Lorencijum

ELEMENTI ČETVRTE (IVb) GRUPE
Titan
Cirkonijum
Hafnijum
Radefordijum

ELEMENTI PETE (Vb) GRUPE
Vanadijum
Niobijum
Tantal
Dubnijum

ELEMENTI ŠESTE (VIb) GRUPE
Hrom
Molibden
Volfram
Siborgijum

ELEMENTI SEDME (VIIb) GRUPE
Mangan
Tehnecijum
Renijum
Borijum

ELEMENTI OSME, DEVETE I DESETE (VIIIb) GRUPE
Gvožđe
Kobalt
Nikl
Rutenijum
Rodijum
Paladijum
Osmijum
Iridijum
Platina
Hasijum
Majtnerijum
Eka-platina

ELEMENTI JEDANAESTE (Ia) GRUPE
Bakar
Srebro
Zlato
Eka-zlato

ELEMENTI DVANAESTE (Ilb) GRUPE
Cink
Kadmijum
Živa
Eka-živa

ELEMENTI TRINAESTE (IIIb) GRUPE
Bor
Aluminijum
Galijum
Indijum
Talijum

ELEMENTI ČETRNAESTE (IVa) GRUPE
Ugljenik
Silicijum
Germanijum
Kalaj
Olovo
Eka-olovo

ELEMENTI PETNAESTE (Va) GRUPE
Azot
Fosfor
Arsen
Antimon
Bizmut

ELEMENTI ŠESNAESTE (VIa) GRUPE
Kiseonik
Sumpor
Selen
Telur
Polonijum
Eka-polonijum

ELEMENTI SEDAMNAESTE (VIIa) GRUPE
Fluor
Hlor
Brom
Jod
Astat

ELEMENTI OSAMNAESTE (VIIa) GRUPE
Helijum
Neon
Argon
Kripton
Ksenon
Radon
Eka-radon
Autor-indeks

PRILOZI
Tabele

Uvod

Čovekovo nastojanje da upozna suštinu materije koja ga okružuje veoma je staro. Osnovni moto njegovog saznanja je, bio i ostao, da saznanjem menja, a time i podređuje svojoj volji i potrebama.

Borba čoveka sa makrokosmosom počela je mnogo ranije, jer mu je bila dostupnija i shvatljivija. Prodiranje u tajne mikrokosmosa bilo je mnogo teže, ali mu se činilo, baš zato, izazovnijim. Pretpostavljao je da se u mikrokosmosu nalazi tajna stvaranja.

Zapažajući stalne promene u prirodi, čovek je shvatio da se materije pretvaraju jedna u drugu. Ako je to već tako, čovek je veoma rano počeo da se pita − da li ne postoji način da to i sam čini? Na osnovu ovih razmišljanja rađale su se pretpostavke, teorije i zakoni koji su dali osnovu razvoja nove nauke − hemije − koja se bavila promenama materije. Čovek je mnogo ranije počeo da upoznaje i utiče na hemijske promene nego što je shvatio suštinu materije, zbog čega je istorija hemije znatno starija od istorije hemijskih elemenata. Da bi se na pravi način shvatio značaj hemijskih elemenata, potrebno je dobro poznavanje razvoja hemije, kao nauke.

Periodizacija razvoja hemije

Obuhvatiti celu istoriju hemije − od najranijih vremena do savremene epohe − bez podele na periode, bio bi veoma težak i teško shvatljiv poduhvat.

Veliki je hendikep za nauku što se istorija može baviti samo onim što je sačuvano. Realne su pretpostavke da se mnogo toga u prohujalim vremenima stvaralo i gubilo, o čemu svedoče, manje ili više, upečatljivi tragovi i legende. Skoro na svim kontinentima ostali su tragovi materijalne kulture na osnovu kojih se može ceniti koliko su stare civilizacije poznavale materiju i koliko su mogle uticati na njene promene. Stare civilizacije su imale posebno iskustva sa kamenom, kožom, tkaninama, metalima, pigmentima, keramikom, porcelanom i staklom. O tim prvim iskustvima mi danas veoma malo znamo, tako da mnogo toga još uvek predstavlja tajnu za savremene poznavaoce tehnologija. Tragovi su ostali u svetilištima, vladarskim palatama i grobnicama − posebno u egipatskim piramidama i grobnicama u Kini, Srednjoj i Južnoj Americi − i drugim arheološkim nalazištima širom Azije, Afrike, Južne, Centralne i Severne Amerike i drugim regionima sveta.

Predalhemijski period

Predalhemijski period je najduži, i trajao je od najranijih vremena pa sve do oko IV veka naše ere. Odlikuje se odsustvom shvatanja suštine materije i korišćenjem samo praktičnih saznanja. Sticana znanja su, po tradiciji, prenošena s kolena na koleno, i to uglavnom u okviru vladajućih i religijskih kasta.

Filozofija o materiji razvijala se skoro u svim delovima sveta. Posebno su vredna učenja o materiji koja su se sačuvala kod Starih Grka, u Kini i Indiji. Najilustrativnija su shvatanja, posebno o elementima, u Staroj Grčkoj, koja se u suštini ne odnose na same elemente već, više, na materiju uopšte i zakone njenih promena.

Pojam elementa u Staroj Grčkoj

Učenje o elementima, koje se razvijalo u grčkoj naturfilozofiji, odnosi se, u stvari, na istoriju filozofije. Bez obzira na to, može se razmatrati fizički sadržaj toga učenja, kome pripada određeno mesto u istoriji hemije.

Ako postavimo problem poznavanja materije kao objektivnu realnost, onda se filozofija Starih Grka može smatrati uvodom u prva racionalna tumačenja materije i sila koje vladaju u prirodi.

Pojam ,,elementa“ i ,,atoma“, koji se u Staroj Grčkoj pominju oko 400 godina pre n. e., za grčke filozofe je imao mnogo šire značenje − s obzirom na saznanja, uslove i mogućnosti provere.

Talesu iz Mileta izgledalo je da je voda osnova svega. Isparavanjem i razređivanjem vode nastaje vazduh, a iz vazduha etar. Zgušnjavanjem vode nastaje mulj, a iz mulja zemlja. Anaksimen smatra vazduh osnovom sveta iz koga sve nastaje i u koji se sve vraća. Za Heraklita osnova svega je vatra iz koje sve nastaje i koja sve uništava. Ksenofon tvrdi da iz zemlje sve nastaje, i da je ona kraj svemu.

Pitagora u svom učenju kaže ,,da je broj suština svih stvari i da organizacija Univerzuma, uopšte, predstavlja u svojim odredbama jedan harmonični sistem brojeva i njihovih odnosa“. Realnost, izgleda, sve više potvrđuje ovo shvatanje − posebno imajući u vidu eru čipova i kompjuterizacije.

Empedokle je smatrao da se svet sastoji od četiri osnovna elementa − vode, vazduha, vatre i zemlje, koji se ne pretvaraju jedan u drugi. Različiti oblici materije su uslovljeni odnosima ta četiri elementa. Pri tome u svim procesima sjedinjavanja i razdvajanja vladaju dva načela − Ijubav i mržnja. Ljubav i mržnja, po Empedoklu, imaju apstraktni karakter.

Interesantno je bilo učenje Anaksagore iz Klazomene, koji je shvatao deljivost materije do beskonačnosti. Smatrao je Univerzum beskonačnim, a materiju mešavinom, takođe, beskonačnih elemenata. Ovi elementi, prema Anaksagori, odgovaraju fizičkim svojstvima materije, a ne atomima.

Platon i Aristotel su u svojim radovima sakupljali spise i kazivanja o starim filozofima iza kojih, obično, nije ostajalo pisanih originalnih radova. Oni su nalaženi u radovima njihovih učenika. Aristotelova predstava o elementima nije imala veći značaj za hemiju, ali je važno njegovo razmišljanje o mogućnosti transformacije neplemenitih metala u plemenite, što je, kasnije, veoma uticalo na radove alhemičara, koji su bili opsednuti ovom idejom.

Period alhemije

Posmatrajući promene u prirodi, čovek je želeo da i sam izazove slične i da stvori materije koje su mu nedostajale. Tako je počela potraga za onim materijama koje priroda nije pružala u izobilju, a čovekov život su činile lakšim, lepšim i raskošnijim.

Čovek je još od davnina znao da iz ,,kamenja“ dobija bronzu, bakar, gvožđe i druge metale, ali je znao i to da iz svakog ,,kamena“ ne može da dobije svaki metal, već samo iz određenog.

Jedan od najcenjenijih metala od davnina bilo je zlato, ali ga nikada nije bilo i u dovoljnim količinama da zadovolji potrebe, pa i pohlepu čoveka. Verovatno je to podstaklo čoveka na pomisao da pokuša da dobije zlato iz neke druge materije po nekom određenom postupku. I ne samo zlato, već i druge dragocene i potrebne materije. Veliki broj istraživača dugi vremenski period bavio se tim poslom. Tražili su eliksir, algahest, po čemu su alhemičari, po

jednom tumačenju, dobili naziv. Taj eliksir je trebalo da bude univerzalni rastvarač pomoću kojeg bi mogle raspoložive materije da se razlažu i pretvaraju u željene. Naziv ,,alhemija“ ima i druga objašnjenja, kao što je objašenje da naziv današnje hemije potiče od arapskog naziva za hemiju − ,,al hemia“. Prvobitno značenje je bilo vezano za transformaciju metala. Ima i objašnjenja da ,,hemi“ znači Egipat ili ,,crni“. Na slikama 1 i 2 su date ilustracije o alhemiji.

Sl. 1. − Alhemičarska laboratorija iz XVI veka

Izostavljeno iz prikaza

Sl. 2. − Pribor alhemičara

Izostavljeno iz prikaza

Period alhemije može da se deli na posebne periode − posebno prema zemljama i narodima koji su se bavili njome − kao što su alhemija Egipta, alhemija Grčke, arapska alhemija, alhemija Zapada i slično. Period alhemije trajao je sve do XVI veka.

Period moderne hemije

Period moderne hemije računa se od XVI veka do danas, a može se podeliti na više doba. Najznačajnija su − doba jatrohemije, flogistona i racionalne hemije. Doba racionalne hemije bi se i samo moglo podeliti na više vremenskih celina.

Doba jatrohemije

Posebno obeležje počecima moderne hemije dala je jatrohemija. ,,Iatros“ na grčkom znači ,,lekar“. Poznati su radovi Paracelzusa (sl. 3) u ovoj oblasti, koji se bavio hemijom zbog medicine. Njegova ideja bila je da se hemija pripoji „velikoj majci“ − medicini, pošto je u to vreme najviše služila njenim potrebama. Smatralo se da sve bolesti nastaju zbog neravnoteže metala u Ijudskom organizmu*.

Sl. 3. − Teofrast Paracelzus

Izostavljeno iz prikaza

U toku ovog doba nastala je praktična hemija, u čemu je poseban značaj i doprinos jatrohemije u nauci. Danas je ova oblast značajna zbog hemoterapije.

Doba flogistona

Posle jatrohemije nastaje period istraživanja u oblasti gasova. Najpoznatija imena u ovoj oblasti su − Bojl, Blek, Kevendiš, Pristli, Fontana i drugi. Ovi veliki hemičari, izuzimajući Bojla (sl. 4a) koji se, u izvesnom smislu, može smatrati vesnikom moderne hemije, bili su privrženici flogistonske teorije. Doba flogistona je trajalo skoro ceo vek. Za to vreme mnogi pojmovi u hemiji nisu bili shvaćeni na pravi način.

b) Georg Emest Stal

Sl. 4. − Pobomici teorije flogistona

Izostavljeno iz prikaza

,,Flogiston“ na grčkom znači „sagorivi“. Pristalice flogistona smatrale su da flogiston mora da sadrži svaka materija koja može da gori. Flogiston je imao značenje nečeg nematerijalnog − duhovnog, što nepovratno nestaje iz materije. Neki alhemičari XVIII veka postavljali su sebi zadatak da na neki način ,,uhvate“ flogiston. Glavni graditelj i pobornik ove teorije bio je Štal (sl. 4b) koji je smatrao da se ugalj sastoji praktično samo iz flogistona.

Kada se sagorevanjem metala pokazalo da se masa ne smanjuje nego povećava, velike pristalice flogistonske teorije ni tada se nisu predavale. Nastojali su da objasne ovu pojavu ,,negativnim“ flogistonom.

Ljudi pronicljiva duha, kao što su Blek, Kevendiš i Pristli, bili su toliko opsednuti idejom flogistona da nisu shvatili ulogu izdvojenog i ispitanog kiseonika pri pojavi gorenja.

Doba racionalne hemije

Posle vladavine flogistonske teorije dolaze radovi velikog francuskog hemičara Lavoazjea, koji je, proučavajući gorenje, objasnio, ne samo ulogu kiseonika pri gorenju, već je pojasnio shvatanje hemijskih elemenata i definisao i eksperimentalno ,,dokazao“ Zakon o održanju materije, koji prema savremenim shvatanjima može da važi za sam Univerzum.
U XIX veku najpoznatiji su radovi Daltona o atomskoj prirodi materije i Avogadrova atomsko-molekularna teorija. Kanicaro (sl. 5) je definisao pojmove odnosa atom-molekul-ekvivalent. Njegovi radovi su dali značajan doprinos razvoju hemije uopšte.

Od šezdesetih godina XIX veka počinje zlatni period hemije. Za manje od jednog veka razrađenaje periodična klasifikacija elelmenata, data predstava o valentnosti, razrađena strukturna teorija aromatskih jedinjenja i stereohemija, produbljene su metode ispitivanja sastava materije, postignuti ogromni uspesi u sintetskoj hemiji i pripremljeno uklanjanje stroge granice između organske i neorganske hemije,

Osim navedenih uspeha hemije, značajni su teorija hemijske sličnosti − Nernsta, teorija elektrolitičke disocijacije Arenijusa (sl. 6) termodinamička teorija hemijskih procesa, otkriće radioaktivnosti i njene zakonitosti, elektronska teorija strukture atoma, izotopija elemenata, pojava atomske fizike kao discipline i otkriće nuklearnih reakcija − kao ostvarenje sna alhemičara o transformaciji elemenata.

Sl. 5. − Stanislao Kanniccaro

Izostavljeno iz prikaza

Danas su se hemijska istraživanja toliko proširila da se sada pojavljuju kao odvojene grane opšte hemije − neorganska hemija, organska hemija, analitička hemija, fizička hemija, tehnička hemija, farmaceutska hemija, hemija prehrambenih proizvoda, agrohemija, biohemija, nuklearna hemija, geohemija, fotohemija, hemija tečnih kristala, kompjuterska hemija, ekološka hemija i druge vrste hemija, čiji je broj sve veći i veći − uslovljeno širenjem polja istraživanja, saznanja i primene,

Razvoj hemijske industrije, ako izuzmemo manufakturnu metalurgiju, počeo je, realno, tek u osamnaestom veku. Prva fabrika sumporne kiseline počela je da radi 1736. godine u Ričmondu kod Londona. Proizvodnja kaustične sode po postupku Leblana počela je u San Deniu u Francuskoj 1771. godine, a u Engleskoj 1824. godine. Tek od 1860. godine osnivaju se prve fabrike đubriva, organskih boja i eksploziva.

Kolikogod da se hemija kao nauka brzo razvijala − dugo vremena je trebalo da protekne da se shvati suština hemijskog elementa i otkriju zakonitosti po kojima bi se hemijski elementi mogli sistematizovati i porediti na pravi način. To je realno i bilo teško, s obzirom na raspoložive tehničko-tehnološke mogućnosti kojima se raspolagalo. Do XVII veka bilo je poznato samo desetak elemenata, do XIX oko 60, do početka XX oko 80, a danas se zna za 115 elemenata, s tim da postoji mogućnost dobijanja i novih, na čemu se već radi.