Владимир Мезенцев - Рассказ о строении вещества

Еще больший удельный вес найден у других карликовых звёзд; один грамм вещества этих звёзд весит в сотни тысяч и миллионы раз больше одного грамма воды!

Чем можно объяснить такой огромный вес вещества карликовых звёзд?

Очевидно, что некоторая часть атомов этих звёзд благодаря, надо думать, исключительно высокой температуре сбросили с себя либо все, либо свои внешние электронные оболочки, и их ядра теснее сблизились друг с другом!

Но вернёмся к вопросу строения атомов.

Многочисленные опыты по изучению строения различных атомов позволили определить не только массу атомных ядер разных элементов, но и их заряды.

И оказалось… Оказалось, что была открыта ещё одна замечательная тайна природы.

Оказалось, что положительный заряд атомных ядер был различным у различных элементов; если принять заряд электрона за единицу, то заряд атомного ядра золота окажется равным 79, платины — 78, меди —29 и т. д.

Что же удивительного в этих цифрах? — спросите вы.

Посмотрите ещё раз на менделеевскую таблицу химических элементов. Взгляните, под каким номером находится в таблице золото. Под номером 79, не так ли? А чему равен заряд ядра атома золота? 79! Точно так же медь помещается в 29-й клетке таблицы, и заряд ядер её атомов равняется 29. Заряд атомного ядра платины равен 78, и она согласно с этим расположена под 78-м порядковым номером.

Порядковый номер химических элементов в таблице Менделеева советские учёные называют числом Менделеева.

Вот где разгадка удивительности этих цифр. Ведь так обстоит со всеми элементами менделеевской таблицы — положительные заряды атомных ядер элементов равны порядковым номерам этих элементов в таблице, или, что то же, числам Менделеева соответствующих элементов. Многочисленные исследования величины зарядов атомных ядер многих элементов подтвердили этот замечательный вывод с полной достоверностью.

Таким образом, было установлено, что не вес атома, а заряд его ядра — число Менделеева — главное отличие одних атомов от других.

Не атомный вес, а положительный заряд ядра определяет место того или иного элемента в естественной последовательности элементов.

И здесь нельзя не сказать ещё раз о гениальной прозорливости великого русского химика. Действительно, строя свою систему элементов, Менделеев пользовался различием в весе их атомов только потому, что в его время это был главный отличительный признак атомов, общий атомам всех элементов. Но он отнюдь не придавал атомному весу решающего значения. Куда, в какую клетку таблицы поставить тот или иной элемент, Менделеев решал, сообразуясь со всеми свойствами элементов. В отдельных случаях он ставил элементы не туда, куда следовало бы их поставить, руководствуясь только их атомными весами. Так было с никелем и кобальтом, так было с иодом и теллуром. И вот, теперь, спустя много лет, физики и химики ещё раз убедились в гениальности Менделеева. Строя свою знаменитую таблицу, он безошибочно определил места элементов по их свойствам, и такое их расположение соответствовало заряду ядер их атомов!

Но ведь если заряд атомных ядер у разных элементов различен, то это означает, что и число электронов в атомах разных элементов различно. Иначе не может быть. Ведь в целом любой атом электрически нейтрален.

Таким образом, зная величину заряда ядер различных элементов, мы, тем самым, знаем и число электронов, входящих в состав различных атомов. Заряд электрона мы приняли равным единице. Значит, в атоме меди, заряд ядра которой равняется 29, содержится 29 электронов. Электронные оболочки каждого атома золота содержат в себе 79 электронов. Вокруг ядра атома кислорода вращается 8 электронов, а вокруг водородного ядра — всего один.

Так вот чем, оказывается, определяется индивидуальность атомов различных элементов, их положение в периодической системе — числом электронов в электронных оболочках нейтрального атома, или, что то же самое, величиной заряда ядра.

Определив число электронов в различных атомах, учёные задались целью узнать, как именно располагаются электроны в электронной оболочке. Оставалось пока совершенно неясным и то, из чего состоят, как устроены ядра атомов.

А поиски ответов на эти вопросы привели учёных к новым необычным открытиям, которые изменили все наши прежние взгляды на природу материи, на природу простейших частичек вещества, таких, например, как электрон.

Вспомните, как мал атом. Его нельзя увидеть даже при увеличении в 40–50 тысяч раз. И тем не менее физики проникли внутрь этой ничтожно малой частицы, узнали много подробностей о её строении.

И сколько изумительных остроумнейших опытов ставилось и ставится физиками нашего времени для выяснения природы атомов и молекул! Сколько делается сложнейших расчётов! Сколько высказывается догадок и предположений!

Обо всём этом не расскажешь просто и коротко. Ведь на помощь себе учёные XX века привлекают все достижения науки.

Поэтому мы лишь кратко расскажем здесь о некоторых успехах физики наших дней, связанных с вопросом строения вещества.

В результате многочисленных опытов и расчётов было твёрдо установлено, что электроны располагаются в атоме не на одном расстоянии от ядра, а как бы по слоям. При этом в каждом слое, в каждой электронной оболочке может находиться лишь определённое число электронов. Так, в первом, ближайшем к ядру атома, слое может располагаться только 2 электрона, во втором — не более 8 электронов, в третьем — до 18, в четвёртом слое могут разместиться целых 32 электрона и т. д.

Наиболее совершенное, законченное строение имеют те атомы, у которых целиком заполнены одна (два электрона), две (десять электронов), три (двадцать восемь электронов) и более оболочки. Таковы, например, атомы гелия, они имеют два электрона, то-есть одну полную оболочку, или атомы неона, имеющие десять электронов — две полные оболочки. У этих элементов очень трудно оторвать хотя бы один электрон — здесь силы взаимодействия между частичками таковы, что любой электрон вырвать из атома одинаково трудно. И в этом как раз и кроется причина того, что оба эти элемента — и гелий и неон — не вступают в химическое соединение с другими веществами. Недаром эти газы называются инертными, то-есть бездеятельными.

Наоборот, если мы возьмём третий элемент таблицы Менделеева — литий, то его атомная постройка оказывается уже не столь завершённой. Два электрона у него располагаются в первом электронном слое, а третий, как показывают расчёты, находится дальше от ядра атома — во втором слое. Но этот слой может вмещать в себя до 8 электронов, и таким образом второй слой оказывается как бы недостроенным. А это сказывается на свойствах лития. Электрон этого элемента, расположенный во втором слое, удерживается в атоме много слабее, нежели другие. Поэтому достаточно какого-либо химического воздействия на атом лития, чтобы он уже потерял свой третий электрон. Поэтому-то он и вступает так легко в различные химические соединения. Поэтому-то он и имеет ярко выраженные свойства металла. Ведь во всех металлах, как теперь установлено, имеется много «свободных» электронов, перемещающихся в любом куске металла среди его атомов.