ТЯЖЕЛАЯ ВОДА

ВЕЛИКИЙ ЗАКОН ПРИРОДЫ

[]режде всего познакомимся со строением атомов химиче­ских элементов. В этом нам поможет знаменитый перио­дический закон Д. И. Менделеева. О чем говорит этот ве­ликий закон природы?

Как известно, все химические элементы размещаются в периодической системе элементов, которая была создана Д. И. Менделеевым.

Каждому элементу в таблице Менделеева отведено оп­ределенное место — клетка. Клетки пронумерованы; таким образом, всякий элемент имеет свой порядковый номер. Водород имеет порядковый номер 1, кислород — 8, медь — 29, ртуть — 80 и т. д.

Как же распределены элементы по отдельным клеткам?

В то время, когда Д. И. Менделеев работал над своей системой (60-е годы прошлого века), ученые почти ничего не знали о природе атомов. Было известно только одно — атомы отличаются друг от друга своими массами, или, что то же, атомными весами.

Напомним, что в химии принято пользоваться не истин­ным весом атома, а его относительным весом. Для этого вес какого-нибудь атома или определенную часть его веса считают условно за единицу. Вначале за единицу веса был принят вес одного атома водорода, а затем (с 1900 года) нашли, что более удобна в качестве единицы одна шестнадца­тая часть веса атома кислорода. Вес атома любого элемента,

Перио­

Ды

ГРУППЫ

I

II

III

IV

V

1

Н 1

Водород

1,008

2

И 3

Литий

6,9

Ве 4 Бериллий 9,0

5 В Бор 10,8

6 С

Углерод

12

7 N

Азот

14

3

Ыа 11 Натрий

23

Мд 12 Магний 24,3

13 А1

Алюминий

27

14 ві

Иремний

28,1

15 Р

Фосфор

31

4

К 19 Налий 39,1

Са 20 Нальций 40,1

Эс 21 Снандий 45,1

Ті 22

Титан

47,9

V 23 Ванадий 51

29 Си Медь 63,6

Зо гп

Цинк

65,4

31 Оа. Галлий 69,7

32 Ое Германий 72,6

33 Ав Мышьяк 74,9

5

37

Рубидий

85,5

8г 38

Стронций

87,6

У 39 Иттрий 88,9

Гг 40

Цирконий

91,2

ГМЬ 41 Ниобий 92,9

47 Ад Серебро 107,9

48 Сс1

Иадмий

112,4

49 1п Индий 114,8

50 8п Олово 118,7

51 8Ь Сурьма 121,8

6

Се 55 Цезий 132,9

Ва 56 Барий 137,4

Ьа 57-71 *

Лантан

138,9

Ні 72 Гафний 178,6

Та 73 Тантал 180,9

79 Аи

Золото

197,2

80 Нд Ртуть 200,6

81 Т1

Таллий

204,4

82 РЬ Свинец 207,2

83 В! Висмут 209

7

Fr 87

Франций

233

Ка 88 Радий 226

Ас 89 Антиний 227

ТЬ 90 Торий 232,1

Ра 91 Протактиний 231

“Редкоземельные

Се 58 Церий 140,1

Рг 59 Празеодим 140,9

N01 60 Неодим 144,3

Рт 61

Прометий

Эт 62 Самарий 150,4

ТЬ 65 Тербий 159,2

Оу 66

Диспрозий

162,5

Но 67 Гольмий 164,9

Ег 68

Эрбий

167,2

Ти 69 Тулий 169,4

** Трансурановые

Мр 93 Нептуний 237

Ри 94 Плутоний 239

Ат 95 Америций 241

Ст 96 Нюрий 242

Вк 97

Берклий

243

ЭЛЕМЕНТОВ

VI

VII

VIII

О

Не 2 Гелий

4

8 О

Кислород

16

9 F

Фтор

19

Ne 10 Неон 20,2

16 в

Сера

32,1

17 С!

Хлор

35,5

Аг 18

Аргон

39,9

Сг 24 Хром

52

Мп 25

Марганец

54,9

Fe 26

Железо

55,9

Со 27 Кобальт 58,9

Ni 28

Нинель

58,7

34 8е Селен

79

35 Вг Бром 79,9

Кг 36

Криптон

83,7

Мо 42 Молибден 96

Тс 43

Технеций

Ru 44 Рутений 101,7

Rh 45 Родий 102,9

Pd 46 Палладий 106,7

52 Те Теллур 127,6

53 I Иод 126,9

Хе 54 Ксенон 131,3

А/ 74 Вольфрам 183,9

Re 75 Рений 186,3

Os 76 Осмий 190,2

Lr 77

Иридий

193,1

Pt 78

Платина

195,2

84 Ро Полоний 210

85 At

Ас тати н 211

Rn 8G Радон 222

И 92** Уран 238,1

Элементы

Eu 63 Европий 152

Gd 64 Гадолиний 156,9

Yb 70 Иттербий 173

Lu 71

Лютеций

175

Элементы

Cf 98 Калифорний 246

Е 99 Эйнштейний 253

Fm 100 Фермий 256

Mv 101

Менделевий

256

102

Нобелий

Выраженный в таких условных единицах, и называют его атомным весом. При этом атомный вес кислорода равен точно 16, а веса других элементов в большинстве случаев представ­ляют дробные числа: для водорода— 1,0080, хлора — 35,457, железа — 55,85, ртути — 200,61, урана — 238,07 и т. д.

Располагая все известные элементы (их тогда было 63) в порядке возрастания атомных весов, Д. И. Менде­леев заметил, что свойства одних элементов более или менее заметно периодически повторяются у других элементов. Периодическая повторяемость свойств различных хими­ческих элементов и есть один из важнейших законов при­роды. Менделеев открыл его и назвал периодическим за­коном, а естественную последовательность элементов — периодической системой элементов.

Составляя свою таблицу, Д. И. Менделеев не придавал атомным весам решающего значения. При определении места в таблице он руководствовался всей совокуп­ностью свойств элемента. В ряде случаев он не согласился с принятыми в то время значениями атомных весов и смело исправил их у отдельных элементов.

В некоторых местах, где закономерность явно наруша­лась, великий химик оставил клетки пустыми, решив, что они принадлежат еще не открытым элементам.

В дальнейшем все исправления, сделанные Д. И. Мен­делеевым, подтвердились. Пустые клетки заполнили вновь открытые элементы, а новые определения атомных весов совпали с теми, которые он предсказал. Это было под­линным торжеством периодического закона.

Осталось только три места в таблице, где нарушался по­рядок возрастания атомных весов. Кобальт стоял впереди никеля, теллур — впереди иода и аргон — впереди калия, хотя атомные веса у первых больше, чем у вторых. Почему это так?

Ответ был найден позднее, когда наукой было открыто и изучено внутреннее строение атомов.

О том, как построены отдельные атомы, долгое время вы­сказывались лишь различные научные гипотезы. Так, напри­мер, полтора века назад английский врач и химик Проут счи­тал, что атомы всех химических элементов построены из атомов водорода, как наиболее легких. Недостаточно точно определенные в то время атомные веса у многих элементов были действительно кратными атомному весу водорода.

Однако позднее, когда атомные веса были определены бо­лее точно, оказалось, что для большинства элементов атом­ные веса не целые, а дробные числа по отношению к весу водорода. Гипотеза Проута лишилась своей опоры и была надолго забыта.

Лишь в начале нашего века, после того как были най­дены пути «проникновения» внутрь атомов, удалось полу­чить правильное представление об их строении. Атом оказался телом, состоящим из заряженного положитель­ным электричеством ядра, вокруг которого на некотором расстоянии вращаются отрицательно заряженные части­цы—электроны. В очень маленьком (по отношению ко всему атому) по своим размерам ядре сосредоточена основная мас­са атома. Электроны почти в две тысячи раз легче даже са­мого маленького ядра — ядра атома водорода. Они сущест­венного вклада в массу атома не вносят.

Отрицательный заряд электрона — это самая маленькая порция, «атом электричества». Имеется и равный ему по величине, но положительного знака заряд. Это — так на­зываемый позитрон. Положительный заряд ядра атома водорода и по величине и по знаку равен заряду одного позитрона. Заряд ядра атома водорода по величине равен также заряду электрона, но противоположен ему по знаку.

Заряд электрона можно условно принять за единицу от­рицательного электричества, а заряд ядра водорода — за единицу положительного электричества.

А каковы заряды других атомных ядер?

Исследование этого вопроса показало, что заряды ядер различных элементов различны. И самым интересным ока­залось то, что величина заряда ядра любого элемента (в выбранных нами единицах) в точности равна номеру клетки, которую этот элемент занимает в периодической таблице. Порядковый номер элемента имеет, таким образом, глубо­кий физический смысл: он равен заряду ядра атома. За­ряд ядра — вот то внутреннее свойство атома, которое ис­кал Д. И. Менделеев.

Заметим, кстати, что когда были проверены заряды ядер у кобальта, никеля, теллура, иода, аргона и калия, то обнаружилось, что они должны занимать в соответствии с величиной заряда как раз те клетки, куда их поместил Менделеев.

Периодическая система ныне включает в себя 102 хими­ческих элемента. Она состоит из семи периодов. Первый из них содержит два элемента, второй и третий по восьми, четвертый и пятый по восемнадцати, шестой — трид­цать два и седьмой (незаконченный) — шестнадцать элемен­тов. В пределах каждого периода свойства элементов с увеличением атомного веса закономерно меняются: метал­лические свойства ослабляются, а неметаллические — уси­ливаются. Характер изменения свойств одинаков для всех периодов. Каждый период начинается с щелочного метал­ла (литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций) и за­канчивается инертным газом (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон).

Рассмотрим атом самого легкого элемента — водорода. Его порядковый номер в таблице—первый. Положитель­ный заряд его ядра равен единице. Так как атом в целом электрически нейтральный, то в нем должен присутство­вать еще такой же по величине отрицательный заряд. Так в действительности и есть. Вокруг ядра водорода вращается единственный электрон. Ядро водорода называют обычно протоном (от греческого слова «протос» — первый), а атом водорода соответственно называют— протий. Этими назва­ниями в дальнейшем мы будем пользоваться.

Кислород занимает восьмую клетку таблицы, значит, заряд его ядра в восемь раз больше заряда протона. Вокруг ядра в атоме кислорода вращается восемь электронов.

Таким образом, зарядом ядра определяется не только место положения атома в периодической таблице элемен­тов, но и число электронов, входящих в состав атома. При переходе от элемента к элементу, с возрастанием порядково­го номера растут заряды ядер, растет и число электронов, движущихся вокруг ядра. Атом каждого последующего элемента в периодической таблице имеет на один электрон больше предыдущего.

В атоме гелия два электрона, вращаясь вокруг ядра, они образуют однослойную электронную оболочку. С возра­станием числа электронов структура электронной оболоч­ки усложняется. Начиная с третьего по порядку элемента — лития, который открывает второй период таблицы, электро­ны в оболочке располагаются уже не в один, а в два слоя. У натрия и далее вплоть до аргона (третий период) электроны в атомах образуют три слоя. А в атоме урана, стоящем в седьмом периоде, из 92 электронов строится се­мислойная оболочка (рис. 3). Часто в клетках таблицы Менделеева около каждого элемента помещаются колон-

Ки цифр, указывающие, какое число электронов размещает­ся в каждом слое.

ВЕЛИКИЙ ЗАКОН ПРИРОДЫЭлектроны, образующие самый внешний слой электрон­ной оболочки атома, находятся дальше других от ядра и ме -

ВЕЛИКИЙ ЗАКОН ПРИРОДЫ

Рис. 3. Схемы электронных оболочек атомов:

1 — водорода, 2 — гелия, 3 — лития, 4 — натрия, 5 — урана.

Нее прочно с ним связаны. Электроны внутренних слоев крепче удерживаются ядром, их труднее вырвать из атома, чем электроны внешнего слоя.

ТЯЖЕЛАЯ ВОДА

СТАРШИЙ «БРАТ» ДЕЙТЕРИЯ

П Ри делении тяжелых ядер в реакторе выделяется энергия. Где же источник этой энергии? Почему она освобож­дается в тот момент, когда ядро раскалывается на две части? Ядро урана-235 состоит из …

КАК ПРОТЕКАЕТ ЦЕПНАЯ РЕАКЦИЯ

Освобождение энергии, заключенной в ядрах атомов хи - ” мических элементов, является величайшим достижением современной науки. Освобождение ядерной энергии в про - Мышленных масштабах производится в специальных уста­новках — ядерных …

В ПОИСКАХ ТЯЖЕЛОЙ ВОДЫ

С Разу же после открытия дейтерия и его кислородного со­единения — тяжелой воды — стали искать сырье, из ко­торого можно было бы получать эти вещества в достаточ­ных количествах. Прежде всего …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.