Книга для чтения по марксистской философии - [46]

Электроны заряжены отрицательно, ядро — положительно. Каждый электрон несет один отрицательный заряд. Ядро же заключает в себе столько положительных зарядов, сколько электронов содержится в атоме. Таким образом, количество отрицательных зарядов равно числу положительных. Поэтому они уравновешивают друг друга, и в целом атом обычно нейтрален, то есть не имеет никакого электрического заряда.

Различные атомы содержат разное число электронов. Самым простым оказался атом водорода. В этом атоме вокруг ядра вращается только один электрон. Следовательно, ядро атома водорода несет положительный заряд, равный по величине заряду одного электрона. Этот заряд и был принят за единицу. Ядро атома водорода, как наиболее простое, было названо протоном (от греческого слова «протос», что означает «первый»). Не удивительно, что именно атом водорода оказался устроенным проще других атомов. Ведь это самый легкий атом, и в таблице Менделеева, в которой элементы расположены в порядке возрастания атомных весов, водород находится на первом месте.

Модель атома водорода

Следующее место в таблице Менделеева занимает газ гелий. В атоме гелия вокруг ядра вращаются два электрона. Его ядро, следовательно, имеет два положительных заряда. Ядра атома гелия и представляют собой те самые альфа-частицы, которые были впервые обнаружены в лучах, испускаемых радием, и при помощи которых Резерфорд доказал существование атомного ядра.

За гелием в периодической системе следует литий. В его атоме — 3 электрона, и заряд его ядра равен трем единицам.

Как же расположены эти электроны в атоме лития? Оказалось, что два из них расположены примерно на одинаковом расстоянии от ядра, или, как говорят физики, «в одном слое». Третий же электрон вращается один, по пути, находящемуся дальше от ядра.

Ученые доказали, что в первом слое, ближайшем к ядру, не может быть более двух электронов. Так что всем остальным электронам приходится располагаться дальше от ядра, в других слоях.

Четвертый по порядку элемент таблицы — бериллий имеет в своем атоме 4 электрона, из которых 2 двигаются во внутреннем слое и 2 — во внешнем. У пятого элемента— бора — во внутреннем слое вращаются, как обычно, 2 электрона, во внешнем — 3.

Мы видим, что порядковый номер элемента в таблице Менделеева совпадает с количеством электронов в его атоме, а следовательно, с величиной заряда ядра. Все известные в настоящее время химические элементы отличаются друг от друга величиной заряда ядра их атома. В атоме первого элемента, водорода, заряд ядра равен 1, в атоме последнего, менделевия,— 101.

В отдельных случаях расположение элементов в порядке возрастания атомного веса не совпадает с расположением в порядке возрастания заряда ядра. Например, ядро калия имеет больший заряд, чем ядро элемента аргона, а атомный вес калия меньше атомного веса аргона. В настоящее время принято располагать элементы в периодической системе по порядку возрастания заряда ядра, а не атомного веса, так как для характеристики элемента заряд ядра имеет более существенное значение, чем его атомный вес. Поэтому в таблице Менделеева аргон идет раньше калия, хотя его атомный вес больше.

Модель атома лития

Но как же объяснить периодичность изменения свойств химических элементов при переходе от элементов с меньшим атомным весом и зарядом к элементам с большим атомным весом и зарядом? Почему, например, элемент литий с зарядом ядра 3 и атомным весом 6,940 по своим химическим свойствам больше похож не на гелий и бериллий, своих соседей по весу и заряду, а на натрий, заряд ядра которого равен 11, а атомный вес — 22,991, или калий с зарядом ядра 19 и с атомным весом 39,100? Почему следующий за литием бериллий похож на соседа натрия — магний, а бор, расположенный вслед за бериллием, похож опять-таки не на своего соседа, а на алюминий, следующий за магнием?

Физики и химики, которые задавали себе этот вопрос в прошлом веке, когда атом считался неделимым, так и не смогли дать на него ответ. Только с выяснением внутреннего строения атома раскрылась тайна периодичности свойств элементов.

Дело в том, что химические свойства элементов связаны прежде всего со способностью атомов вступать в те или иные сочетания друг с другом, в результате чего образуются молекулы химических соединений. Способность же эта определяется количеством электронов, расположенных в наружной, наиболее удаленной от ядра части атома, тогда как электроны, находящиеся внутри, ближе к ядру, существенной роли в этом взаимодействии не играют.

Мы уже знаем, что в первом слое, ближайшем к ядру, может вращаться не более двух электронов. Но и во втором слое их, оказывается, может быть хотя и больше двух, но все же определенное, ограниченное количество, а именно 8. Поэтому если атом содержит более 10 электронов, то они вращаются не менее чем по трем орбитам: 2 — по первой, 8 —по второй, остальные —по третьей, четвертой и так далее.

Например, у натрия, заряд которого равен 11, на внешней (третьей) орбите находится один электрон. Но у лития с зарядом 3 во внешнем (в данном случае втором) слое также вращается один электрон. Химические свойства зависят главным образом не от того, сколько электронов вращается по внутренним орбитам, а от того, сколько электронов во внешнем слое. Поэтому вполне естественно, что литий по своим свойствам больше похож на натрий, чем на своего соседа бериллия. Ведь у бериллия на внешней орбите находится 2 электрона (заряд его ядра равен 4, следовательно, 2 электрона вращаются на внутренней орбите и 2 на внешней). Поэтому натрий и литий располагаются в таблице один под другим, в одной группе, тогда как. бериллий оказывается в другой группе.