МИР АТОМА

АТОМЫ

Наряду с изменениями состояния вещества, которые происходят при изменениях его температуры, мы повсе­дневно сталкиваемся с гораздо более сложными превра­щениями, когда меняется самое вещество — разрушаются старые и образуются новые молекулы. Так, например, же­лезо, не защищённое от соприкосновения с воздухом, по­степенно превращается в новое вещество — ржавчину.

Мельчайшие частички — молекулы ржавчины—обра­зуются путём соединения частичек железа и частичек кислорода — газа, содержащегося в воздухе.

Частички, из которых строятся молекулы, называются атомами.

Ржавчина — вещество сложное, а железо и кисло­род — вещества простые.

Простое вещество не может быть получено соедине­нием каких-либо других веществ, так как состоит из оди­наковых атомов. Сложные же вещества получаются при соединении различных простых веществ, то-есть атомов разных сортов. Существуют такие молекулы, в которых содержатся тысячи атомов.

Итак, любое простое вещество состоит из одинаковых атомов. Однако построено оно может быть по-разному. У простых веществ — газов — кислорода, азота, водо­рода и многих других атомы соединяются по два в моле­кулы. В твёрдых простых веществах атомы не группи­руются в молекулы, но зато располагаются в строгом порядке. Замечательно, что одни и те же атомы, распо­лагаясь по-разному, образуют вещества с совершенно различными свойствами. Так, например, мягкий графит, из которого делают сердечники для карандашей, и очень твёрдый драгоценный камень алмаз состоят из одинако­вых атомов, но расположенных различно (их расположе­ние в обоих случаях показано схематически на рисунке 1).

Алмаз и графит — разные простые вещества, хотя и состоят из одинаковых атомов. В дальнейшем такие различия нас интересовать не будут. Нам будет важен только сорт атомов«, из которого состоит вещество. По­этому мы будем говорить не о простом веществе (на­пример, графите или алмазе), а о химическом элементе (в данном случае углероде), атомы которого могут обра­зовывать самые различные простые и, вместе с атомами других сортов, сложные вещества.

Все превращения вещества, при которых его молекулы перестраиваются — одни разрушаются, другие строятся

Из атомов разрушающихся молекул, — называются хими­ческими превращениями вещества.

Како'вы размеры и вес атомов?

Атомы очень малы. Диаметр водородного атома раївен одной стомиллионной доле сантиметра. Другие атомы по своим размерам не отличаются сильно от водородного атома. Зато по весу различные атомы очень отличаются друг от друга. Так, например, атом металла урана пример­но в 236 раз тяжелее самого лёгкого атома — атома газа водорода. Но и вес тяжёлого атома урана равен всего

О, ООО ООО ООО ООО ООО ООО ООО 392 грамма.

Пользоваться такими величинами при любых расчётах, конечно, неудобно. Поэтому обычно за единицу веса ато­мов принимают Vie часть веса кислородного атома.

Эта единица веса была введена учёными задолго до того, как удалось узнать вес атомов в граммах, но уже было твёрдо установлено, во сколько раз одни атомы тяжелее других. В новых атомных единицах вес самого лёгкого атома —атома водорода — становится равным примерно 1,008, а самого тяжёлого —урана — 238,07.

В наши дни вес атомной единицы массы хорошо из­мерен. Вот чему он равен:

0, 000 000 000 000 000 000 000 001 660 350 грамма.

Сколько же атомов различных видов существует в мире? Иными словами, сколько существует различных

Химических элементов? Есть ли какая-нибудь связь между весами атомов и их химическими свойствами?

На эти вопросы ответил великий русский учёный Дмитрий Иванович Менделеев ещё во второй половине прошлого века.

Изучая свойства химических элементов и зависимость этих свойств от веса атомов, Менделеев заметил, что по мере увеличения веса атомов химические свойства эле­ментов периодически повторяются. Так, например, очень похожи по своим химическим свойствам газ водород и металлы—литий, натрий, калий, рубидий», цезий. Вес атома водорода в условных единицах, о которых мы го­ворили, равен примерно 1, лития — 7, натрия—23, калия — 39 и так далее. Атомы этих элементов могут за­
менять друг друга в любых молекулах, как это показано на рисунке 2.

Так же схожи между собой бериллий, магний, кальций и некоторые другие элементы.

Обнаружив это, Менделеев решил выписать названия элементов в таблицу. Каждая клетка таблицы имела свой номер. В каждую клетку учёный поместил один элемент. При этом Менделеев расположил химические элементы так, что они следовали друг за другом по мере возраста­ния атомных весов, и так, чтобы элементы с близкими хи­мическими свойствам« оказались в одном столбце таб­лицы. Таким образом, водо­род с номером 1, литий — 3, натрий — 11 и др. составили один столбец таблицы. Бе­риллий — 4, магний — 12, кальций — 20 и другие со­ставили следующий столбец, и так далее (рис. 3). Эти цифры — номера элементов в таблице Менделеева — по­лучили название атомных но­меров.

Некоторые клетки табли­цы оказались пустыми, так как элементы с нужными свойствами ещё не были открыты. Великий учёный предсказал, какими должны быть эти новые элементы и в каких соединениях нужно

Их искать. Дальнейшие открытия химических элементов подтвердили правильность предсказаний Менделеева.

Это было большим торжеством науки.

В таблице оказалось от первой, занятой водородом, и до последней, занятой ураном, 92 клетки. Отсюда Менде­леев заключил, что всего до урана включительно в при­роде должно существовать 92 различных химических элемента.

Существуют ли элементы тяжелее урана? О том, как учёные ответили на этот вопрос читатель узнает, прочтя последнюю главу. Пока укажем только, что элементы с атомным номером, значительно превышающим 100, су­ществовать в природе не могут.