От водорода до …? - [6]

Руководствуясь периодическим законом, Менделеев ответил и на тысячелетней давности вопрос о числе основных веществ природы, о числе тех разновидностей строительного материала, из которого состоят Земля, Луна, Солнце, звезды, вся Вселенная.

В своей статье «Периодическая законность для химических элементов» Менделеев в 1871 г. писал: «…судя по тому, что в метеорных камнях, на солнце и звездах существуют те же элементы, какие мы знаем, … можно думать, что число доступных нам элементов очень ограничено и если существуют немногие новые тяжелые элементы внутри массы земли, то число и количество их очень ограничено».

К настоящему времени все пустые места в периодической системе заполнены, атомы десяти следующих за ураном и искусственным путем полученных элементов радиоактивны, неустойчивы и быстро распадаются; если учесть, что при дальнейшем увеличении веса атома он, согласно данным современной науки, будет столь неустойчив, что его существование нельзя считать практически значимым, то общее число химических элементов, достоверно известных науке в настоящее время, равняется ста трем.

В заключение краткого введения к рассказам об элементах дадим самое сжатое изложение основных понятий и определений, которые встречаются в тексте.

Вещества могут быть простыми и сложными: в сернистом железе — сложном веществе — находятся элементы сера и железо. Но до соединения серы с железом каждое из них в отдельности представляло простое вещество. Водород и кислород в обычных условиях как простые вещества — это газы, но в одном из их соединений — перекиси водорода, содержатся не простые вещества, а элементы.

Одни простые вещества нельзя превратить в другие обычными химическими способами, а ядерные превращения, с помощью которых возможно осуществить такие превращения, принципиально отличаются от методов химии.

Сложные вещества могут быть разложены, но не всегда при этом образуются простые: окись ртути при разложении дает два простых вещества — ртуть и кислород, но карбонат кальция распадается при нагревании на окись кальция и углекислоту, которые сами представляют собой вещества сложные. Сложное вещество не всегда получается непосредственно из простых. Так, гидрат окиси натрия получают из окиси натрия и воды. Таким образом, можно сказать, что простые вещества состоят из одного элемента, сложные — из различных элементов. Простое вещество водород — из элемента водорода, сложное вещество вода — из различных элементов.

Общепризнано и бесспорно, что все материальные тела состоят из атомов. Атом — это наименьшая частица элемента, которую нельзя измельчить, раздробить дальше без потери свойств данного элемента.

Атомы при взаимодействии образуют молекулы простых и сложных веществ. Молекулы многих простых веществ состоят из одного атома (например инертных газов).

Атомы химических элементов имеют сложную структуру.

Строение атома

Согласно современным представлениям, атом имеет сложное строение. Чтобы лучше представить себе его строение, давайте мысленно совершим путешествие в недра какого-нибудь наиболее распространенного и всем хорошо известного вещества, например, воды.

Если из определенного объема воды взять одну каплю и начать мысленно делить ее на все более и более мелкие капельки, то в конечном итоге мы можем получить столь мельчайшую капельку, дальнейшее деление которой при условии сохранения всех присущих воде свойств станет уже невозможным. Вот такие наименьшие частицы вещества, способные существовать самостоятельно, называются молекулами. Их название происходит от латинского слова «молес», что значит «массочка».

Все тела природы состоят из молекул. Даже крупные молекулы настолько малы, что их невозможно видеть в самые сильные оптические микроскопы современности. Чтобы судить о том, как малы размеры молекул и как велико их число, можно привести такой пример. Если в обыкновенном наперстке, наполненном водой, сделать отверстие, через которое в одну секунду вытекало бы по одному миллиону молекул воды, то вода из наперстка вытекла бы только через… один миллиард лет.

Химическими методами вода, как известно, может быть разложена на два газа — водород и кислород. Очевидно, что и мельчайшая частица воды — молекула также может быть разложена на водород и кислород. Наименьшие частицы водорода и кислорода, образующие молекулу воды, называются атомами, от греческого слова «атомос», что значит «неделимый». Атомы — частицы еще более мелкие, чем молекулы. Например, размеры атомов водорода таковы, что на отрезке линейки длиной в 1 см их укладывается 100 миллионов. До XX в. это название совпадало с основным представлением об атоме как наименьшей и действительно неделимой и неизменяемой частице. Исследованиями было установлено наличие в природе 92 различных видов атомов (элементов), из сочетания которых и состоят все вещества Вселенной.

К концу XIX в. в науке стали накапливаться факты, свидетельствовавшие об ошибочности представлений о неделимости и неизменности атомов. Мысль о том, что атомы делимы, что они состоят из более простых частиц, была впервые высказана независимо друг от друга русскими учеными Н. Н. Бекетовым и А. М. Бутлеровым. Так, например, в работе «Основные понятия химии», вышедшей вторым изданием в 1902 г., А. М. Бутлеров писал, что атомы «…не неделимы по своей природе, а неделимы только доступными нам ныне средствами и сохраняются лишь в тех химических процессах, которые известны теперь, но могут быть разделены в новых процессах, которые будут открыты впоследствии…».