2. Химическая связь.

Чем определяется реакционная способность веществ? Прежде всего, тем, каким образом атомы связываются друг с другом, образуя молекулы. Ранее, когда мы говорили об электромагнитном поле, было сказано, что химические связи атомов в молекулах - это один из видов электромагнитного поля. Химические связи образуются при перекрывании внешних (валентных) электронных орбиталей взаимодействующих атомов (орбитали – это траектории движения электронов вокруг ядра - см. Лекцию 6 о микромире).

Различают несколько типов химических связей.

Ковалентные связи осуществляются, когда внешние электроны двух атомов образуют общую электронную пару. Если атомы одинаковые, то эта электронная пара в равной мере принадлежит обоим ядрам и никуда не смещена, центры положительных и отрицательных зарядов совпадают. Такой тип связи называется неполярной ковалентной и существует в двухатомных газах, например, в молекулах кислорода, водорода, азота, хлора. Таких соединений сравнительно немного.

Если молекула состоит из разных атомов, то образующаяся общая электронная пара смещается в сторону атома с большим

зарядом ядра, центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают (эта конфигурация называется диполем: два полюса). Такая связь называется ковалентной полярной и осуществляется в молекуле воды, в некоторых неорганических кислотах и в большинстве органических соединений. Это самый распространенный тип химической связи. Обе разновидности ковалентной связи осуществляются, как правило, между атомами неметаллов. Число ковалентных связей, которое может образовывать данный химический элемент, называется валентностью.

Если химическая связь образуется между атомами металла и неметалла, то. как правило, валентные электроны с внешних орбиталей атомов металла полностью переходят к атому неметалла, образуя положительно (катионы) и отрицательно (анионы) заряженные частицы. Связь между такими частицами называется ионной. Она осуществляется в большинстве солей, оксидов и оснований, т.е. главным образом в неорганических соединениях, например, в хлориде натрия (поваренная соль), фториде кальция, необходимом для укрепления зубной эмали.

Наконец, в чистых металлах за счет валентных электронов, легко отрывающихся от своих атомов, осуществляется металлическая связь, обуславливающая электро- и теплопроводность, а также и другие физические и химические свойства металлов.

3. Химический элемент. Периодический закон д.И

Менделеева. Неорганическая химия.

Весьма важным в химии является понятие химического элемента – это совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра (разумеется, это определение ХХ века, всю предысторию становления понятия «химический элемент» мы опускаем). Великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев (1834 –1907) называл химию «наукой о химических элементах и их соединениях».

В настоящее время известно 109 химических элементов, причем природа создала 92 (последний – уран), а остальные получены методом искусственной радиоактивности. Во второй половине Х1Х века, когда проблемой систематизации химических элементов занялся Д.И. Менделеев, их было всего 65. Все предыдущие аналогичные попытки классификации элементов не имели успеха. Д. И. Менделеев взял за основу не какие-либо физические или химические свойства элементов, а их атомную массу (по Менделееву – атомный вес) - свойство, которым обладали все химические элементы, разложил карточки с символами и свойствами элементов в порядке возрастания атомной массы и получил периодическую зависимость свойств элементов от атомной массы.

Огромное значение для утверждения периодического закона имел тот факт, что внутренняя логика построенной Менделеевым на основании периодического закона периодической таблицы требовала резервирования трех пустых клеток, в которых, по его убеждению, должны были находиться еще не открытые к тому времени химические элементы. Д.И. Менделеев предсказал величину их атомной массы и свойства. Открытие еще при его жизни скандия, галлия и германия и наличие у них предсказанных Менделеевым свойств было несомненным триумфом периодического закона. Открытый Д. И. Менделеевым закон природы установил связь между химическими и физическими свойствами отдельных элементов, а также взаимосвязь между всеми химическими элементами. Уже в ХХ веке выяснилось, что установленный Д. И. Менделеевым порядковый номер химического элемента равен числу протонов в ядре, а также общему количеству электронов в электронной оболочке атома. Количество нейтронов оказалось равным разности между атомной массой и порядковым номером, т.е. числом протонов. Причиной периодичности изменения свойств элементов является периодичность изменения строения электронных оболочек их атомов.

Таблица Д. И. Менделеева, являющаяся графическим отображением периодического закона, содержит 9 столбцов (групп) и 7 периодов, содержащих 12 строк. Номер группы равен высшей валентности химического элемента, т.е. числу электронов на внешнем электронном уровне; эти электроны называются валентными. Каждый период начинается с типичного металла (щелочного) и заканчивается типичным неметаллом (галогеном). В самом конце периода находится инертный газ. Зная положение любого химического элемента в таблице Менделеева, можно получить огромную информацию о его химических и физических свойствах.

Современная формулировка периодического закона звучит так: свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра, равного порядковому номеру химического элемента.

Еще в начале ХХ века было замечено, что атомные массы всех химических элементов имеют дробные значения. Этот факт привел к открытию изотопов, существование которых было обнаружено английским ученым Фредериком Содди (1877 - 1956), лауреатом Нобелевской премии, в 1910 г. Изотоп - это разновидность атомов одного химического элемента, имеющих одинаковый порядковый номер, т.е. равное число протонов в ядре, но разное количество нейтронов. Оказалось, что практически все химические элементы имеют природные изотопы, а поскольку процентное содержание их у каждого химического элемента разное, средние величины атомных масс оказываются дробными. В качестве примера можно привести три изотопа водорода: протий (один протон, ни одного нейтрона), дейтерий (один протон, один нейтрон) и тритий (один протон, два нейтрона).

Периодический закон Д.И. Менделеева является теоретической основой неорганической химии, изучающей все химические элементы и их соединения, кроме соединений углерода, которыми занимается органическая химия. Этот закон имеет и общефилософское значение : он блестяще иллюстрирует закон диалектики Гегеля о переходе количества в качество.