Ты металл? Нет! А кто? Неметалл!
«Химия для чайников» продолжает свое путешествия по тайнам вещества. Сегодня опять сложная тема, но попробую рассказать ее простым языком. В прошлый раз мы познакомились с Таблицей Менделеева. Уяснили, что есть закономерность, которая не меняется даже с ростом относительной атомной массы. Это и есть «периодичность» с которой повторяются свойства элементов.
Атомная масса это точное значение?
Математически нет. Мы понимаем, что она зависит от количества протонов и нейтронов в ядре атома, электронов и с поправкой на «дефект массы». Химия рассматривает атом, как неделимую химическим способом частицу, от которой зависят свойства элемента. Нет смысла в высокой точности. Относительная атомная единица массы принята за 1/12 от массы ядра углерода, как достаточно стабильного. Все элементы расположены по ее возрастанию. Слева направо в таблице убывает металличность, вплоть до колонки с «благородными газами». Ученые объясняли этим свойство элементов вступать в химические связи.
Наверное дело в строении атома?
Конечно, но во времена Дмитрия Ивановича об этом не имели представления. Сейчас даже устаревшее понятие «элемент» не имеет четкого смысла, потому что дело именно в атомах. Вернее в строении электронных оболочек. Как раз это строение и имеет периодическое повторение слева направо в таблице.
Мы говорили, что электроны вращаются вокруг ядра. Но расстояние не постоянно. Размер электронного облака уменьшается от щелочных металлов к инертным газам. Чем больше размер такого облака, тем слабее связи удерживающие его с ядром. Электроны в облаке расположены не хаотично, а по уровням. Внешний уровень стабильного атома должен вмещать обычно 8 электронов. Благородные газы как раз имеют 8 электронов и внешний уровень у них полностью заполнен. Они химически инертны, заставить их вступать в связи сложная задача.
Тогда атом стремиться заполнить уровень до этого значения. От этого и зависит, как ведет себя элемент в связях с другими. Слева в таблице находятся атомы с минимальным количеством электронов на внешнем уровне. Их облака огромны и связь с ядром невысокая. Если говорить просто, то в связях они готовы «отдать» свои электроны в облака другого атома, имеющего больше отрицательных частиц на своей внешней оболочке. Если двигаться вправо по таблице, то это свойство уменьшается. Сжимается электронное облако, сила удержания возрастает и эти элементы уже способны как «отдавать», так и «принимать» электроны.
Электроны совсем отрываются и переходят в другой атом?
Нет, это не совсем так. Получается, что атомы используют соседские электроны как общие. У металлов они немного отдаляются от ядра и «залетают» в чужую оболочку. Чем ближе к заветной цифре 8 на внешней орбите атома, тем прочнее связь и стабильнее такое соединение. Например. В квартире две комнаты. В каждой комнате по сонной мухе. Но есть и комар, который родился в одной комнате, дверь открыли и теперь он быстро летает по всей квартире. Общее количество насекомых не изменилось, но теперь в каждой комнате по мухе и комару.
А как называются элементы, которые не металлы?
Проще не придумаешь «неметаллы»! Соответственно есть металлические признаки и неметаллические. Как раз металличность уменьшается слева направо, а неметалличность возрастает. И это повторяется даже с ростом массы ядра, как и заметили ученые, современники Менделеева.
Кстати от чего зависит масса ядер?
Садись двойка! Мы выяснили, что ядро состоит из протонов и нейтронов. Протоны имеют положительный заряд, нейтроны нейтральны, а «весят» они почти одинаково. Заряд протонов компенсируется точно таким же отрицательным зарядом электронов, и атом получается тоже электрически нейтральным.
А сколько протонов и сколько нейтронов в ядре?
Стабильное ядро имеет определенное количество этих частиц, часто равное. Таблица Менделеева поможет посчитать сколько частиц в ядре. Порядковый номер элемента равен количеству протонов ядра атома. Но мы помним, что атомная масса состоит из совокупности как протонов, так и нейтронов. Как посчитать? Конечно, нужно из атомной массы по таблице вычесть количество протонов. Вот как у фтора: номер 9, а атомная масса 19. Сколько нейтронов? 19-9=10.
В природе жесткие законы, но часто есть исключения. Иногда случается, что в ядре другое количество частиц. От этого атом не перестает быть атомом конкретного элемента, просто это изотоп. Вы встречали это слово. Как правило, изотопы менее стабильны, а иногда и сильно радиоактивны. Все старается прийти в равновесие, изотопы стремятся стать «полноценным» элементом, просто каждому требуется разное время. Изотопы очень полезное явление. Они применяются для измерений, контроля, ну и конечно в ядерных реакциях.
Пожалуй все на сегодня. Думаю, то объяснение которое я дал, понятно и без заумных терминов. Не стесняйтесь спрашивать и критиковать. Для понимания сути вещей нет необходимости в особой академичности. Я стараюсь упрощать понятия, не меняя их сути.