Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

дического закона. Но никогда не удалось бы узнать, как построен атом, если бы у исследо­вателей, ученых не было яркого путеводного маяка — периодического закона. Без него было бы невозможно проникнуть внутрь ато­ма и овладеть его энергией. Без него стало бы немыслимым величайшее проявление могущест­ва человеческого гения — создание новых ис­кусственных элементов.

Если бы Менделеев не открыл периодический закон, несомненно, этот закон все равно был бы открыт. Но кто может сказать, на сколько лет задержалось бы развитие науки!

Естественная, как назвал ее Менделеев, система элементов не только требовала объяс­нить загадочную тайну периодичности, но она же и руководила наукой в поисках разгадки.

НОВЫЙ СМЫСЛ И ЗНАЧЕНИЕ АТОМНОГО ВЕСА

Менделеев считал, что химические свойства элементов зависят от их атомных весов. Это

оказалось не так. Место в менделеевской табли­це, а следовательно, и всю химию элемента определяет не его атомный вес, а атомный но­мер — заряд его ядра.

Значит ли это, что атомный вес оказался науке больше ненужным и что теперь все его значение ограничивается очень полезной, но скромной ролью при расчетах состава вещества в процессе химического анализа?

Нет. Для физики значение атомного веса не только не уменьшилось, но, пожалуй, даже не­измеримо возросло, особенно с точки зрения практики. Масса атома в настоящее время стала основной величиной для всех расчетов ядерной энергетики и ядерной химии. Не зная точное значение атомной массы, абсолютно невозможно установить механизм ядерных реакций и рас­считать количество энергии.

Недоступный прямому восприятию, до сих пор еще никем не виденный атом ученые научи­лись взвешивать с точностью в сотни и даже в тысячи раз большей, чем мы можем изме­рять любую другую величину в окружающем нас мире.

Единица шкалы атомных весов

Запомните, что теперь 1/12[6С12]=1.

При составлении самой первой таблицы периодического закона Д. И. Менделеев принимал атомный вес водорода равным единице и срав­нивал с ним атомные веса всех дру­гих элементов.

На Международном съезде химиков в 1860 в. было решено принять водо­род за основу шкалы атомных весов. Почти полстолетия самый легкий эле­мент водород занимал это почетное место. Только в 1906 г. химики пе­решли к кислородной шкале, за осно­ву шкалы атомных весов принят был атомный вес кислорода — его 1/16 часть. Это, конечно, было гораздо удобнее, так как кислород образует со­единения почти со всеми элементами.

Когда было открыто, что в природе существуют три различных изотопа кислорода и что содержание их в при­родном кислороде непостоянно, физи­ки установили для себя «физическую» шкалу атомных весов. Они условились считать единицей для атомных весов 1/16 веса атома наиболее распростра­ненного легкого изотопа кислорода и вес его считать равным точно шест­надцати. Это устраняло погрешность, происходящую из-за непостоянства изотопного состава кислорода разно­го происхождения.

Долгое время в науке было такое «двоевластие». При современной вы­сокой точности измерений это стало приводить к очень многим недоразу­мениям и ошибкам. Кроме того, вы­яснилось, что изотоп О16 не оправды­вает возлагавшихся на него надежд и не может обеспечить необходимую точность. Он оказался неудобным эталоном для атомных весов.

Совсем недавно, в период 1958— 1961 гг., ученые еще раз пересмотрели этот исключительно важный не толь­ко для химии, но и для всего естество­знания вопрос: что должно быть положено в основу современной шкалы точных атомных весов? После много­численных тщательных исследований и подробных обсуждений было уста­новлено, что из всех элементов только два могут претендовать на почетную роль основной константы химии и физики — фтор и углерод.

У фтора только один изотоп, и атомный вес элемента фтора — пос­тоянная величина. Была предложена «фторная» шкала, в которой 1/19[9F19]=1.

У углерода два изотопа, но зато его соединения с водородом очень удоб­ны для непосредственного сравнения масс атомов различных изотопов почти всех элементов. Это—важное

преимущество углерода. Многие уче­ные настаивали на углеродной шкале; в которой за основу принимали наи­более распространенный изотоп С12.

Поскольку обе эти новые шкалы для атомных весов обладали каждая своими важными и ценными преиму­ществами, было решено провести все­мирное голосование (опрос) ученых — химиков и физиков: какую шкалу — «фторную» или «углеродную» — они предпочитают?

В этом всемирном опросе приняли участие и ученые нашей страны. По­бедил углерод. Было решено за осно­ву новой единой шкалы атомных масс принять атом изотопа углерод-12 и считать 1/12[6С12]=1.

321

Вот с какой точностью измеряются теперь массы атомов:

Н1—1,007 82522

D2—2,014 102 19 Не4-4,002 603 61 N14—14,003 074 38 О16—15,994 914 94

Чтобы почувствовать, зачем нужна такая огромная точность, попробуйте сами рас­считать из этих значений, сколько энергии полу­чается на Солнце при синтезе гелия из килограм­ма водорода. Стоит ли синтезировать его из дейтерия? Сколько энергии получается в звез­дах за счет «выгорания» гелия, в результате чего образуется углерод? Без точных значений атомных масс наука обойтись не может.

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН—ЗАКОН СТРОЕНИЯ АТОМА

Тайна периодической системы элементов бы­ла разгадана, когда удалось понять сложнейшую структуру атома, строение его внешних электрон­ных оболочек, законы движения электронов вокруг положительно заряженного ядра, в кото­ром сосредоточена почти вся масса атома.

Сотни и тысячи талантливых и самоотвер­женных ученых трудились, выясняя струк­туру атома. Они шли к ней разными путями и с разных сторон. Теоретики и эксперимента­торы, физики и химики, открывая новые факты, отыскивая новые закономерности, всегда сопо­ставляли свои результаты и выводы с системой Менделеева.

Долгим и трудным путем шла наука к раз­гадке великой тайны периодического закона. Он воплотил в себе все необозримое многообразие бесконечного множества химических процессов и превращений в окружающем нас мире. Он внес ясность и порядок в химию, где до него цар­ствовал хаос отрывочных и несвязанных сведе­ний, фактов, наблюдений, накопленных многи­ми поколениями химиков.

Почему элементы так послушно повинуются закону Менделеева? Почему существует таин­ственная правильная повторяемость свойств у химических элементов? Почему натрий похож на калий, а фтор сходен с хлором? Почему кис­лород и сера присоединяют по два атома водо­рода, а атомы углерода и кремния образуют соединения, в которых по четыре водородных атома? Почему химик, хорошо изучивший таб­лицу Менделеева, заранее скажет, какие соединения могут возникнуть при взаимодействии различных элементов?

Какова таинственная причина этих по­истине удивительных закономерностей, упра­вляющих течением всех химических реакций между всеми элементами, дающих бесчислен­ное множество соединений, из которых состоят все тела в окружающем нас мире, не только на нашей Земле, но и далеко за ее пределами, в безграничном космосе?

Много, очень много можно задать подобных вопросов. Ответ на них один. Все химические и физические свойства вещества определяются строением атомов. Великий закон, открытый Менделеевым, потому и есть всеобщий закон природы, что он выражает закон строения ато­ма.

АТОМ САМ РАССКАЗАЛ О СВОЕМ УСТРОЙСТВЕ

Атом... Само его имя — «неделимый» отра­жает почтительную робость науки недавнего прошлого перед его непостижимостью. До сих пор его еще никто не видел. Никакие примеры и сравнения не могут дать правильное представ­ление о его размерах.

Как же невообразимо сложно должен построен атом. Ведь его строение определяет бесконечное многообразие всего, что нас окру­жает. А ведь вокруг нас неисчерпаемый, без­граничный мир, замечательный и прекрасный, полный света и красок.

И все, что мы видим на всем доступном нам протяжении безграничности мироздания, — все это состоит из немногих, аккуратно раз­ложенных Менделеевым по клеткам его таб­лицы различных видов атомов.

Проникнуть в тайну того, как построен атом, помогло изучение спектров. Оказалось, что атом сам рассказывает о себе на удивительном красочном языке, на языке спектральных линий испускаемого атомом света. Но ученые долго не могли понять его загадочный шифр. И в самом деле, попробуйте представить себя в положении человека, которому необходимо разга­дать устройство механизма никогда им не ви­данного рояля, только слушая исполняемые на нем музыкальные произведения. Перед физи­ками же стояла задача неизмеримо труднее, но они сумели с ней справиться. Правда, для того чтобы понять шифр спектральных линий, им пришлось создать новую науку — механику микромира, квантовую механику.

322