предыдущий параграф

следующий параграф

Нам уже ясно, что все атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Теперь предстоит разобраться, как из частиц всего трех видов получается все многообразие химических элементов и веществ, простых и сложных.
Когда из элементарных частиц (так химики называют протоны, нейтроны и электроны) мы начинаем "конструировать" атомы, то надо собрать частицы всех сортов, причем в таких количествах, чтобы получился нужный результат - атом заданного элемента. Пока только неясно, какие из частиц для атома самые важные - протоны, нейтроны или электроны.
Если для нас главное - химические свойства вещества, то самыми важными окажутся электроны.
Сколько у атома электронов и как они расположены, какие у них манеры - ленивы они или энергичны, гуляки или домоседы? Вот что расскажет нам о характере и поведении каждого атома и в химических соединениях, и в химических реакциях.
Но атом, как мы условились, должен быть электронейтральным. Значит, сколько электронов - столько и протонов. И все атомы, у которых одинаковое число протонов, будут считаться атомами одного и того же химического элемента: химические свойства у них тоже будут одинаковы.
Значит, каждый химический элемент состоит из атомов с одним и тем же зарядом ядра, или с одним и тем же атомным номером.

А зачем же тогда нужны эти странные частицы нейтроны? Оказывается, нейтроны, утяжеляя ядро атома, придают ему больше прочности. При этом в ядре атомов одного и того же элемента может содержаться разное число нейтронов.
Например, в обычном атоме водорода 1 протон и 1 электрон. Такой атом водорода иначе называют "протий" и обозначают символом H.
"Тяжелый водород" - дейтерий - содержит в ядре уже две крупные частицы: 1 протон и 1 нейтрон. Дейтерий имеет свой символ: D. Электрон у дейтерия один, как у обычного "легкого" водорода, поэтому по химическим свойствам дейтерий и протий одинаковы.
Есть еще тритий - сверхтяжелый водород, в ядре атома которого, кроме протона, присутствуют 2 нейтрона. Электрон у трития тоже один. Тритий имеет свой особый химический символ: T.

"Легкий" водород (протий), дейтерий и тритий называются изотопами (от греческих слов "изос" - одинаковый и "топос" - место) элемента водорода. Они находятся в одной и той же клетке Периодической системы элементов, одинаковы по химическим свойствам, а отличаются только массой атома. Изотопы обозначают так:

Здесь мы видим слева от символа каждого изотопа две цифры - его числовые характеристики. Это цифры очень важные. Слева внизу указан порядковый номер данного элемента в Периодической системе, он же - заряд ядра, он же - число протонов. Наконец, он же дает нам общее число электронов в том атоме, о котором идет речь. Слева вверху стоит масса атома данного изотопа, выраженная в углеродных единицах.

Задание 11. Изотопы

Не только водород, но и многие другие элементы тоже образуют по несколько изотопов - атомов с одним и тем же зарядом ядра и числом электронов, но с разным числом нейтронов. Это происходит из-за того, что ядро атома может стать устойчивым при разных нейтронных "добавках" к его протонной основе.
Если взять атом кислорода (кислород обозначается символом O) с зарядом ядра +8, относительной массой ядра, равной 16, и добавить в ядро еще 2 нейтрона, то мы получим не новый элемент, а всего лишь новый изотоп кислорода - кислород-18:

Другое дело, если мы начнем прибавлять или отнимать протоны. При добавлении протона к ядру атома кислорода-16 получится ядро атома другого элемента - фтора, который в Периодической системе следует за кислородом. Символ этого элемента F:

Наоборот, при изъятии одного протона из атома кислорода получится ядро изотопа элемента азота, который обозначается символом N:

В обоих случаях кислород как химический элемент уже больше не существует: в результате наших операций с "химическим конструктором" получаются другие элементы.
О том, чтобы превращать одни элементы в другие, тысячу лет назад мечтали поколения алхимиков - искателей способа сделать из простых металлов благородные (например, из железа и меди получить золото и серебро).
Однако то, что легко выходит на бумаге, осуществить на практике чрезвычайно трудно или вообще невозможно.
По крайней мере, химические способы для этого не подходят, надо воспользоваться приемами ядерной физики.

Гораздо проще удалить из атома или, наоборот, добавить электрон.
Например, от водорода электрон отнимается, когда получается положительно заряженный ион (катион) водорода H⁺:

А прибавление к атому кислорода двух электронов дает нам отрицательно заряженный ион (анион) кислорода О²⁻:

Когда химики наблюдают в реакциях образование катионов и анионов? Это происходит довольно часто. Ведь большинство химических процессов как раз и заключаются в обмене электронами между атомами разных веществ.
Вот самый простой пример: металлический натрий и газообразный хлор при встрече проявляют друг к другу такой необыкновенный интерес, что появляется пламя и может даже произойти небольшой взрыв. А все потому, что разбойник хлор отнимает у натрия электроны. В результате из атомов натрия Na получаются катионы натрия Na⁺, а из атомов хлора Cl - хлоридные анионы Cl⁻:

Эти ионы более устойчивы, чем исходные атомы натрия и хлора, поэтому выделяется энергия.

Теперь нам становится понятно, кто в атоме самый главный. Конечно, это протон.
Нейтронов в атоме может быть больше или меньше, но это все будут атомы одного и того же элемента, имеющие одинаковый заряд ядра (изотопы).
Электронов может быть столько же, сколько протонов в ядре (тогда это нейтральный атом), меньше (тогда это катион) или больше (тогда это анион), но это будет катион или анион одного и того же элемента.

Задание 12. Катионы и анионы

предыдущий параграф

Читайте КОНСПЕКТ

следующий параграф