ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Понятие о материи, атомах и химических элементах. Водород наиболее распространенный в мире элемент из "Лекции по общему курсу химии Том 1" что находится в мире, мы объединяем понятием материи — многообразной в пространстве и изменчивой во времени. Большую часть доступного нашему наблюдению пространства занимает неуловимая непосредственно нашими органами чувств (даже с помош,ью современных приборов) материя в особом, мало еще изученном состоянии, которое характеризуют обычно термином вакуум . Мысль о том, что вакуум нельзя рассматривать чисто геометрически, как лишенное всякой материи пространство, высказывалась неоднократно. Д. И. Менделеев был в течение всей своей жизни сторонником химической теории вакуума и полагал, что наиболее глубокие законы природы будут открыты именно при его изучении. За последние 50 лет наука быстро продвинулась вперед, и многое уже сделано в направлении познания взаимоотношений вакуума и двигающихся в нем отдельных элементарных и более сложных атомных частиц, а также для понимания силовых полей, как бы пронизывающих вакуум. [c.5] Все же до сих пор многое в наших воззрениях на вакуум и мировое пространство остается неясным и связанным с еще непроверенными гипотезами. Луи де Бройль предвидит, например, возможность использования вакуума для получения энергии, еще более концентрированной, чем ядерная вычисляют даже, что энергии вакуума, взятого в объеме одного литра, могло бы хватить на покрытие нужд всей земной промышленности и транспорта в течение миллиона лет. Некоторые ученые предполагают, что вакуум является той праматерией, которая способна в неизвест ных нам пока условиях порождать из себя атомы водорода и более простые, элементарные частицы, давая таким образом начало воспринимаемому нашими органами чувств состоянию материи. [c.5] Наблюдаемые нами элементарные (более простые по сравнению с атомами) частицы материи, рассеянные в мире, бесчисленны и разнообразны, но могут быть классифицированы подобно тому, как это сделано в естествознании по отношению к минералам, растениям, животным частицы одинакового сорта, принадлежащие к одному и тому же виду , подобны друг другу и обладают общей видовой или специфической качественной характеристикой. Сокращенная схема современной классификации элементарных частиц материи представлена в табл. 1. [c.6] Лептоны, мезоны и барионы представляют собой частицы, имеющие в свободном состоянии и покое определенную массу эти частицы так же, как и атомы, объединяют под общим понятием вещество. [c.7] Обычные атомы, которыми занимается классическая химия, состоят из ядер (построенных путем соединения протонов и нейтронов) и негатронов. Общее число негатронов нейтрального атома равно числу его ядерных протонов. В других частях звездного мира, возможно, существуют области, заполненные антивеществом, атомы которого имеют ядра, составленные из антипротонов и антинейтронов, окруженные оболочкой из позитронов. Открыты особые мезоатомы, в которых роль электронов играют мезоны. Найдены также гиператомы, в ядрах которых отдельные нуклоны заменены на гипероны. [c.7] Химия изучает в настоящее время обычные атомы и все, что с ними связано атомные ядра и электронные оболочки, молекулы и кристаллы, построенные из атомов, растворы и так называемые многофазные системы (например, гранит), живое вещество она исследует все процессы, соверщающиеся с участием атомов, в частности и реакции превращения атомов друг в друга, а также сложные биохимические процессы. [c.7] Термин атом , как и индивидуум , не надо понимать в смысле геометрически неделимый смысл этого термина, как подчеркивал Д. И. Менделеев в Основах химии , состоит в том. что индивидуальную, качественную характеристику атома можно сберечь только в том случае, если не рассекать самых существенных его частей (ядра). В этом смысле атом похож на человека, животных, растения срубите дерево, разделите тело животного на части — и индивидуум погибнет, перестанет существовать как представитель определенного биологического вида. [c.7] Менее существенные части атома, например отдельные электроны, можно от него отнять, не нарушая специфичности атома, который через некоторое время легко и самопроизвольно исцелит свою рану, возместив утрату путем захвата электрона из окружающей среды. [c.7] Конкретизируя это положение, следует указать на то, что разнообразие атомных разновидностей укладывается в некоторое ограниченное число видов, так называемых химических элементов, а эти последние входят как составные части в систему, открытую Д. И. Менделеевым. [c.8] Латинское слово элемент происходит от перечисления трех стоящих рядом букв латинского алфавита 1, т, п (эль, эм, эн). Так же как из букв алфавита составляются слова и целые фразы, так и из химических элементов возникают химические соединения и различные сочетания последних. [c.8] Под термином химический элемент мы понимаем совокупность атомов с одинаковым числом ядерных протонов. Так, все атомы элемента, названного водородом, имеют в своем составе по одному протону, атомы гелия имеют по два протона, атомы лития — по три протона и т. д. Располагая элементы в порядке возрастания числа их ядерных протонов, мы получаем ряд, заключающий в себе 103 известных в настоящее время элемента в этом ряду каждому целому числу, начиная с 1 и кончая 103, отвечает определенный элемент. Число протонов в ядрах атомов того или иного элемента называют обычно его порядковым номером, символизируя этим термином место элемента в только что упомянутом ряду. [c.8] Атомы данного элемента могут отличаться друг от Друга по числу ядерных нейтронов. Так, водород представляет собой смесь атомов трех разновидностей. Одна из них, подавляющая остальные обилием своих атомов, имеет ядра, не содержащие ни одного нейтрона. Эту разновидность водорода называют протием и символизируют формулой [р ]е-, или Н . Очевидно, ядрами про-тня служат протоны. [c.8] При этом один из ядерных нейтронов трития превращается в нротон, порождая одновременно антинейтрино и быстро летящий электрон или -частицу, покидающую атом. [c.9] Три разновидности водорода все относятся к одному и тому же порядковому номеру в ряду элементов, т. е. занимают в не одно и то же место, а потому их называют изотопами водорода слово изотоп обозначает по-русски равноместный . Совокупность изотопов данного элемента называют его изотопной плеядой. Исследование показало, что все элементы, подобна водороду, имеют по нескольку разновидностей атомов в плеяде каждого элемента имеются неустойчивые, радиоактивные разновидности с самопроизвольно превращающимися ядрами устойчивыми изотопами обладает большинство элементов, но не все имеются элементы, изотопные плеяды которых совсем не имеют устойчивых атомов, например элементы технеций, прометей, радий, тор, уран и т. д. [c.9] Так как все разновидности ядер рождаются от соединения нуклонов, ядерную химию называют химией нуклидов. Классическая химия, занимающаяся всевозможными соединениями атомов, может быть названа учением об атомидах. [c.9] Одной из важных индивидуальных характеристик каждого элемента является спектр света, испускаемого в известных условиях его атомами. Изучая с помощью спектрального анализа состав звезд и небесных туманностей, мы убеждаемся в одном из самых поразительных свойств химических элементов — в их повсеместности во всем мире мы не находим никаких других элементов, кроме тех, которые встречаются на Земле и на Солнце. То же подтверждает анализ метеоритов, падающих на землю, и исследование состава космического потока отдельных атомов, бомбардирующих нашу атмосферу на больших высотах. [c.9] Все эти данные являются усредненными на некоторых звездах и планетах, в частности на Земле, наблюдаются уклонения от указанного среднего состава. [c.10] В процессе формирования Земли произошло изменение космических количественных взаимоотношений. Прежде всего имело место неодинаковое распределение элементов во внутренних частях земного шара и в его поверхностном слое. Кроме того, произошел уход с Земли в мировое пространство атомов, неспособных химически связаться и образовать малолетучие соединения. Так, Земля потеряла значительную часть своих атомов инертных газов гелия, неона, аргона, криптона и ксенона. Далее, на Земле наблюдается большой дефицит водорода, который в значительном количестве покинул и продолжает покидать нашу планету осталась лишь некоторая часть первоначального водорода в виде соединений менее летучих, чем свободный водород (глав ным образом, вода) некоторые ученые полагают, что заметная часть водорода пришла на землю с Солнца вместе с космическими частицами. Планеты более крупные, расположенные дальше, чем Земля, по отношению к Солнцу, удержали водорода больше (Юпитер, Сатурн) напротив, планеты более мелкие (Меркурий, Марс) имеют водорода мало (даже в виде соединений). [c.10] Что касается кислорода, то благодаря способности образовывать устойчивые и нелетучие даже при достаточно высоких температурах соединения, его убыль на Земле была значительно меньше. Это обстоятельство в сочетании с уже упомянутой довольно большой распространенностью кислорода в космосе и обусловило исключительное значение этого элемента на Земле и в особенности в верхних ее слоях (атмосфере, океане, поверхностной земной коре или литосфере). [c.10] Вернуться к основной статье