Шаровые модели молекул.

ТАК ЛИ «ПРОСТЫ» ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА?

По определению, простое вещество — это форма существования химическо­го элемента в свободном состоянии. Но это определение нередко вызыва­ет споры даже среди профессиональ­ных химиков. Возьмём, к примеру, элемент № 1 — водород. Каковы фор­мы его существования? Самые извест­ные — газообразный, жидкий и твёр­дый водород (для этих форм есть своё название — агрегатные состояния ве­щества). Но, оказывается, и в газо­образном водороде при комнатной температуре присутствуют две разно­видности водорода — ортоводород и параводород (они отличаются магнит­ной ориентацией ядер Н), которые можно разделить. Эти два «сорта» во­дорода имеют разные свойства (напри­мер, теплоёмкость). Такие газы, как Н₂, D₂, T₂, HD, HT, DT тоже следует счи­тать простыми веществами, поскольку

каждый из них содержит атомы толь­ко одного элемента — водорода.

Множество форм существования и у кислорода: две разновидности газо­образного (они различаются электрон­ным строением молекул О₂ и облада­ют разными химическими свойствами), жидкий кислород и по меньшей мере четыре (!) разновидности твёрдого кис­лорода (вообще, несколько кристалли­ческих модификаций для одного эле­мента — скорее правило, нежели исключение). А ещё существуют ато­марный кислород и озон... Неудиви­тельно, что простых веществ во много раз больше, чем элементов.

В русском языке как элементы, так и образуемые ими простые вещества обычно называют одинаково. Химиков это не очень смущает, поскольку из контекста почти всегда ясно, о чём идёт речь. Например, выражения «мед­ная монета», «выплавка меди из руд», «высокая электропроводность меди», подразумевают металлическую медь —

простое вещество. Если же говорят о малом распространении меди в приро­де, имеют в виду медь как элемент, ато­мы которого могут входить в различ­ные минералы (это и самородная медь, и сложные кристаллические соедине­ния), а также растворы. Утверждая, что медь занимает в периодической табли­це место между никелем и цинком, хи­мик ведёт речь вовсе не о кусочках ме­талла в клетках таблицы, а об элементе Си как совокупности атомов с зарядом ядра Z=29.

Относительно чистые простые ве­щества в быту встречаются редко. Это алюминий и медь в проводах; вольфрам и молибден в электрических лампочках; водород и гелий в воздушных шариках; серебро, платина, палладий в высоко­пробных ювелирных изделиях и памят­ных монетах; ртуть в термометре; оло­во на консервной банке; хром и никель на металлических изделиях; сера для борьбы с вредителями растений; цинк в электрических батарейках...

железе и об элементе сере в серни­стом железе; но никогда химик не ска­жет, что это соединение содержит простые вещества: железо и серу. Ес­ли бы он это сказал, то мы бы поняли его так, что данный материал предста­вляет собой не соединение, а смесь; мы стали бы ожидать, что одни части этого материала магнитны, подобно железу, а другие части имеют жёлтый цвет и растворяются в сероуглероде — чего в действительности нет».

АТОМНЫЕ МАССЫ: ОТ ДАЛЬТОНА АО...

Важнейшей вехой в становлении хи­мической науки назвал Й. Я. Берце­лиус работы английского учёного Джона Дальтона. Именно он напол­нил смутные атомистические воз­зрения древних конкретным химиче­ским содержанием.

Дальтон ввёл понятие о «соотноше­нии весов мельчайших частиц газооб­разных и других тел». Фактически это и есть относительная атомная масса. За её единицу учёный принял массу атома водорода, а для определения масс других атомов использовал най­денный ранее процентный состав раз­личных соединений водорода. Так, Лавуазье установил, что в воде содер­жится 15% водорода и 85% кислоро­да. Отсюда Дальтон вычислил относи­тельную атомную массу кислорода: 85:15=5,67. По данным английского химика Уильяма Остина (1754—1793) о составе аммиака (80 % азота и 20 % водорода) он рассчитал относитель­ную атомную массу азота: 80 : 20 = 4. В 1803 г. Дальтон составил первую в истории таблицу относительных атомных масс некоторых элементов.

Интересно сопоставить атомные массы, полученные Дальтоном, с опубликованными за прошедшие два столетия в различных учебниках и справочниках (см. таблицу).

Прежде всего обращают на себя внимание непривычные значения атомных масс у Дальтона. Это объяс­няется двумя причинами. Первая — неточность эксперимента в конце XVIII — начале XIX в. Позднее, когда Ж. Л. Гей-Люссак и А. Гумбольдт более точно определили состав воды (87,4% кислорода и 12,6 % водорода), Даль­тон изменил значение атомной мас­сы кислорода, приняв её равной 7. В дальнейшем цифры ещё много раз корректировались (как известно, в во­де 11,1% водорода). Точно так же уточнялись со временем атомные массы и многих других элементов, особенно после работ Берцелиуса.

Вторая причина более серьёзная. Дальтон считал, что в воде содержит­ся равное количество атомов водоро­да и кислорода, а в аммиаке — равное количество атомов водорода и азота. Когда вывели правильные формулы для воды Н₂О и аммиака NH₃, атомная масса кислорода была удвоена, а азо­та — утроена.

Верные формулы многих соедине­ний, особенно органических, удалось установить благодаря реформе атомно-молекулярных представлений, осу-