Андрей Несмеянов - Радиоактивные изотопы и их применение

В настоящее время известно сто два вида атомов, или, как принято называть, совокупность атомов — сто два химических элемента. Водород, кислород, азот, сера, углерод, железо, медь, цинк и т. д. — все это химические элементы.

Все многообразие окружающих нас веществ, следовательно, слагается из сравнительно небольшого количества видов атомов, которые, соединяясь между собой, образуют бесчисленное множество молекул различного состава и строения.

Все известные в настоящее время элементы представлены в приведенной ниже таблице, называемой периодической системой элементов Д. И. Менделеева. В каждой клетке этой таблицы приведены условный знак химического элемента (символ), его название и цифры, верхняя из которых показывает порядковый номер элемента, а нижняя — его атомный вес.

С помощью символов химических элементов легко можно изображать молекулы различных веществ. Например, молекула воды изображается формулой Н 2О. Это обозначает, что в состав этой молекулы входят два атома водорода (Н 2) и один атом кислорода (О). Символами можно изобразить также течение того или другого химического процесса. Взаимодействие железа с серной кислотой изображается следующим образом:

Расположение элементов в периодической системе не является случайным. Оно подчиняется одному из важнейших законов природы, открытому великим русским ученым Д. И. Менделеевым, — периодическому закону. Этот закон в современной формулировке говорит, что свойства элементов находятся в периодической зависимости от величины электрических зарядов их ядер.

Менделеев открыл периодический закон в 1869 г. В то время о строении атома еще ничего не было известно, и Менделеев выразил свой закон так: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов». При расположении элементов в порядке возрастания их атомных весов в ряд через определенное число повторяются элементы со сходными свойствами. Если этот ряд элементов разделить на несколько строк так, чтобы возрастание атомных весов шло слева направо и сходные элементы оказались друг под другом в одном вертикальном столбце, то получится периодическая система элементов. Эту работу и выполнил в 1869 г. Д. И. Менделеев, выразив открытый им закон в виде таблицы.

Можно подумать, что Менделееву нетрудно было сделать это открытие, так как закон очень прост. На самом деле задача была чрезвычайно сложной. Лишь две трети элементов, имеющихся на Земле, были известны во времена Менделеева, и распределение их в порядке возрастания атомных весов не давало правильной повторяемости свойств. Но Менделеев, глубоко убежденный в справедливости найденного им закона, сумел правильно расположить все известные элементы, оставив свободными те клетки таблицы, которые должны были занять еще не найденные элементы.

Придавая основное значение периодической повторяемости химических свойств элементов, Менделеев в ряде случаев расположил элементы не в порядке возрастания атомных весов.

Используя периодический закон, Менделеев предсказал свойства еще не открытых элементов.

Все свободные клетки периодической системы впоследствии были заполнены новыми элементами, и предсказания русского ученого подтвердились.

Периодическая таблица Менделеева помогла многим великим открытиям XX века. Эти открытия показали важное значение закона, найденного великим ученым. Так, например, порядковый номер элемента в таблице оказался не просто очередным номером, он получил глубокий физический смысл.

Размеры атомов и молекул и их веса ничтожно малы. Если их выражать в обычных единицах измерения — граммах и сантиметрах, то получатся цифры, совершенно неудобные для обращения. Так, вес атома кислорода равен 0,000 000 000 000 000 000 000 026 грамма.

Самый легкий атом — атом водорода — весит в 16 раз меньше атома кислорода, а атом калифорния, одного из самых тяжелых известных в настоящее время элементов, — всего в 15 раз тяжелее атома кислорода.

В состав молекул входит относительно небольшое количество атомов, поэтому и веса молекул выражаются такими же маленькими числами, как и веса атомов. Даже гигантские молекулы некоторых белковых веществ, которые в 1000 раз тяжелее атома кислорода, имеют очень маленький вес. Поэтому в самых небольших количествах вещества содержится грандиозное количество молекул и атомов. Например, в грамме железа содержится около 10 000 000 000 000 000 000 000 атомов. Но грамм железа — это кубик с ребром длиною всего в ½ сантиметра.