Что такое изотопы? Кратко

Химические элементы могут существовать в виде двух или более изотопов, различающихся по количеству нейтронов в их ядрах. Например, обычно ядро углерода содержит шесть протонов, но в природе также встречаются изотопы углерода с шестью, семью или восемью нейтронами. Они обычно обозначаются так: углерод-12, углерод-13 и углерод-14.

Изотопы одного и того же элемента имеют одинаковые химические свойства, так как эти свойства определяют электроны внешней оболочки. Однако подверженность ядра распаду в изотопах одного и того же элемента может быть разной. Например, обычно ядра углерода устойчивы к распаду, но изотоп углерод-14 радиоактивен и имеет период полураспада 5700 лет.

На этом и основывается метод датирования по радиоактивному углероду. Условия окружающей среды обеспечивают постоянное содержание углерода-12 и углерода-14 в деревьях, но после гибели дерева запас углерода-14 перестает пополняться, и его содержание постепенно снижается из-за радиоактивного распада. Если бы древние леса могли существовать хотя бы половину периода «жизни» углерода-14, они бы жили 5700 лет.

Что такое аллотропы? Кратко

Атомы некоторых элементов способны формировать новые соединения, которые называются аллотропами. Например, кислород в атмосфере Земли имеет два аллотропа: устойчивый двухатомный кислород (О2) и озон (О3). Озон — неустойчивая молекула, которая образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения Солнца на двухатомный кислород.

Твердый углерод имеет три аллотропные формы. Алмаз состоит из атомов углерода, образующих форму четырехгранной решетки, графит же образуют плоские слои атомов, формирующие шестиугольники. Фуллерены — это сферы («бакиболы») или трубки, состоящие из атомов углерода и шарообразной молекулы С60

Аллотропы одного элемента могут иметь различные химические и физические свойства. Алмаз — самый твердый минерал в природе благодаря тому, что каждый атом углерода тесно связан с другими атомами в тетраэдре. Графит, наоборот, мягок из-за того, что связь между плоскими слоями его атомов слабая, и слои могут скользить. Обычный двухатомный кислород — это бесцветный газ, не имеющий запаха, в то время как озон — резко пахнущий газ бледно-голубого цвета.

Химические элементы. Кратко

Химические элементы — самые простые вещества в при-1% роде, состоящие из атомов, в ядрах которых содержится одинаковое число протонов («атомный номер»). Ядро окружено оболочкой из отрицательно заряженных электронов; они нейтрализуют положительный заряд атомного ядра, в результате чего заряд атома становится нейтральным.

Каждый химический элемент имеет свой стандартный символ, например, у водорода это Н, а у железа Fe. Водород — самый легкий химический элемент, он состоит из протона и электрона, а элементы, чья масса больше массы урана, атомный номер которого 92, неустойчивы и легко подвергаются радиоактивному распаду.

Химические элементы расположены в периодической таблице рядами, по которым можно проследить некоторые тенденции. Так, атомный номер увеличивается слева направо, а элементы, расположенные в одной колонке, имеют схожие химические свойства. К примеру, в крайней правой колонке находятся неон и аргон — инертные газы, почти не образующие соединения. Дело в том, что у элементов из одной колонки одно и то же количество электронов на внешней оболочке атома, поэтому такие элементы обладают похожими свойствами.

Структурные формулы в химии. Кратко

Структурная формула молекулы показывает порядок связи атомов внутри нее. Например, если химическая формула этанола — это С2Н60, то его структурная формула выглядит следующим образом — СН3-СН2-ОН. Из нее видно, что метиловая группа (СН3) присоединяется к углероду метиленовой группы (СН2), которая, в свою очередь, крепится к кислороду гидроксильной группы (ОН).

Существуют различные способы изображения структурных формул. Среди них — структура Льюиса, в которой показано соединение атомов. Проекция Натта показывает расположение молекул в трех измерениях, где сплошные и пунктирные треугольники отображают направления связи: к зрителю либо от него, соответственно.

Для изображения сложных органических молекул часто используются «скелетные формулы», в которых шестиугольник может изображать формулу бензина, например (С6Н6). Для упрощения в скелетных формулах нет специального обозначения углерода или водорода — углерод располагается в верхней части формулы, плюс достаточное количество водорода для построения четырех связей.

Растворы и соединения в химии. Кратко

Атомы различных элементов могут вступать в химические реакции и образовывать соединения. Например, в результате реакции водорода с кислородом получается вода (Н2О). Химические свойства соединений обычно отличаются от свойств элементов, из которых они состоят: водород и кислород — газы, а вода — это жидкость.

В соединениях содержится фиксированное соотношение атомов, которые держатся вместе благодаря химическим связям. Разделить атомы можно только с помощью химической реакции. В отличие от соединений, смеси состоят из одного или более веществ, не соединенных химически. Разделить вещества в смеси можно путем простых манипуляций, таких как фильтрация или выпаривание.

И смесям относятся сплавы, например сталь (железо с углеродом), а также раствор соли в воде. Коллоиды — это смеси, в которых частицы вещества равномерно распределены по всей среде. К коллоидам относится эмульсионная краска. Существуют также суспензии — жидкости, содержащие твердые частички, которые постепенно выпадают в осадок.