Уявіть собі, що для того, щоб зібрати весь Всесвіт, а отже, і нашу Землю, яка в ній є лише дрібним зерном, вам потрібно лише трохи більше сотні різних «фундаментних каменів», які ми називаємо хімічні елементи. Ви, мабуть, вже знаєте деякі з них. Наприклад, основою повітря є кисень та азот, вода складається з кисню та водню. Вчені вважають, що залізо і нікель лежать в основі нашої земної кулі, а також виявили, що в його кам'яній оболонці міститься багато кремнію та алюмінію.

У лісі ростуть дерева. Лісоруби їх змітають, тесля робить стіл, і мало хто виявляє дуба чи бука в столі. І все-таки деревина - як це може дізнатися хімік у лабораторії - головним чином із вуглецю, водню, кисню та азоту, як і все живе на Землі.

Основним будівельним елементом кожного хімічного елемента є атом. Він настільки малесенький, що багато мільйонів атомів поміститься в крапці. Ми навряд чи можемо це уявити. І все ж атоми - це не найдрібніші частинки, вони складаються з ще менших частинок. Посередині вони мають ядро, що складається з протони та нейтрони, навколо ядра знаходиться кришка електрони. Протони та електрони - це "наелектризовані" частинки. Вони мають електричний заряд, протони позитивні (+), електрони негативні (-). Але оскільки в атомі однакова кількість позитивних і негативних атомів, ззовні здається, що вони не мають електричного заряду.

Наприклад, атоми водню мають лише один протон в ядрі, атоми кисню - вісім протонів. Всі атоми одного і того ж елемента мають однакову кількість протонів.

Коли хіміки впізнали кілька елементів, у них, здавалося, був безлад. Різні елементи мали різні властивості, але деякі були подібними. І не було зрозуміло, чому вони іноді нагадували, а іноді ні. Але коли хіміки «розташували» відомі елементи відповідно до розміру їх атомів, був створений «великий поверховий будинок», який називається періодична система елементів (Рис.2).

Цей будинок має сім поверхів, але він обернений. Перший поверх піднятий, сьомий поверх. А чи знаєте ви, від чого залежить "розміщення" елементів на окремих поверхах? Кожен елемент має призначену підлогу відповідно до того, скільки шарів у його атомів розташовано електрони.

Будинок для елементів також має вісім головних входів (I.A - VIII.A) та вісім бічних входів (I.B - VIII.B). В одному вході є елементи зі схожими інтересами - вони поводяться однаково, часто мають схожих друзів. І ви помітили «ярлики на дверях» окремих елементів? Там у них лише короткі бренди, але, за їхніми словами, вони їх знають у всьому світі. Ви теж з часом дізнаєтесь багато з них.

У більшості мешканців нашого багатоповерхового будинку багато друзів, їхні атоми подобаються компанії. Однак є і цілі самотники. Це елементи, що знаходяться у восьмому головному вході періодичної системи. Вони, напевно, також хотіли б з кимось подружитися, але це не працює, їх атоми не можуть «потиснути руку» нікому (або один одному).

Повернемось тепер до елементів, які подобаються друзям, тобто, як ми це називаємо в хімії, їх атоми часто об’єднуються хімічні зв’язки. Є кілька способів зав'язати цю дружбу. Розмовляти про всіх було б важко і нудно. Ми запам’ятаємо два, і щоб краще зрозуміти, ми називатимемо один одного «хімічними казками».

Про бідний натрій та багатий хлор

У сьомому головному вході багатоповерхового будинку для елементів, на третьому поверсі раніше був Хлор. На дверях у нього була табличка з іменем "Cl". Найбільшим його багатством було сім електронів на третьому, зовнішньому шарі електронної оболонки його атомів (рис. 3).

Хоча хлор був одним із найбагатших елементів періодичної системи, він не був задоволений, бо дуже заздрив. Весь свій час він присвятив ідеї отримати ще один електрон, щоб відповідати багатству свого сусіда, відомого багатія Аргона. Він не бачив іншого варіанту, як шукати всю таблицю Менделєєва когось, у кого він міг отримати зниклий електрон.

Після довгих пошуків хлор також підійшов до першого головного входу і виявив, що натрій живе на третьому поверсі. Всі впізнали його під знаком "На". Натрій був нежирним, оскільки його атоми мали лише один електрон на зовнішньому шарі електронної оболонки (рис. 4).

Однак, незважаючи на свою бідність, він був дуже благородним і щедрим. Він відчував, що коли він подарує свій єдиний електрон хлору, відбудуться великі речі. Таким чином, хлор отримав електрон Натрію і, таким чином, доповнив своє і без того велике багатство довгоочікуваним і мрійливим числом - восьми електронами.

chémie

Але в той момент вони обоє змінилися. Натрій став позитивно зарядженим, оскільки протони перевищили його, а хлор - негативно. Змінений атом ми називаємо катіоном і аніоном. Натрій і Хлор стали нерозлучними друзями. Ви вже знаєте, що це тому, що різні електричні заряди притягуються один до одного. У дружбі катіона та аніона хіміки говорять про іонний зв’язок (Рис. 5).

Ось так воно стало «хімічним дивом». Він походить від двох елементів - натрію та хлору хімічна сполука NaCl - хлорид натрію (кухонна сіль), яка має абсолютно інші властивості, ніж вихідні речовини (рис. 6):

Про те, як Оксиген подружився з Гідрогеном

Кисень також мешкав на другому поверсі, у шостому головному вході багатоповерхового будинку для стихій. На дверях у нього був ярлик "O". Він був набагато багатшим натрію, але біднішим за хлор. Атоми кисню мали шість електронів в електронній оболонці на зовнішньому другому шарі (рис. 7). Шість - це парне число, але ці електрони були розташовані так, що два з них були ізольовані, і кисню заважали.

Кисень не був таким жадібним, як хлор, тому він не хотів вирішувати самотність двох своїх електронів, забираючи у когось два електрони і привласнюючи їх. Швидше, він думав знайти друга у великому будинку, який також мав би два одиночні електрони, щоб два його та два електрони друга утворили дві спільні пари, і їм не було б сумно. Тож він допомагав би собі та своєму другові.

Під час старанних пошуків Кисень «загубився» в останньому головному вході. Він помітив ім’я «Він» на першому поверсі. Раніше в квартирі був гелій. Коли Оксиген дізнався, що у нього всього два електрони, він був дуже задоволений. Однак його радість тривала недовго, бо він не хотів з ним дружити. Два його електрони утворили тверду пару. Вони не хотіли і не могли попрощатися і подружитися з кисневими електронами. Тож кисень продовжував виглядати сумно. Для змін він увійшов до першого головного входу. На першому поверсі за дверима з написом "H" колись знаходився Водік. Це був найбідніший елемент у всій таблиці Менделєєва. Кожен з його атомів мав лише один електрон в електронній оболонці (рис. 8).

Тоді Оксиген зрозумів, що Гідроген також може допомогти йому вирішити проблему з одинокими електронами. Однак два атоми водню можуть утворювати дві загальні електронні пари, дві, з одним атомом кисню ковалентні зв’язки (Рис. 9). Подивіться як!

Дружба кисню з воднем (точніше, один атом кисню з двома атомами водню) принесла користь всій нашій Землі. Знову відбулося «хімічне диво». Він утворився з цих двох газоподібних елементів вода (H2O), дуже важлива сполука, без якої на Землі не може бути нічого живого.

Що сказати на завершення? Якби атоми елементів не були «друзями», Всесвіт взагалі не був би схожий на наш, якщо такий взагалі був.

З хімії ви дізнаєтесь про багато інших "хімічних чудес" і дізнаєтесь, що світ хімії є чарівним.