MOSCOVA, 6 februarie - RIA Novosti. Chimiștii ruși și străini declară posibilitatea existenței a doi compuși stabili ai celui mai „xenofob” element – heliul, și au confirmat experimental existența unuia dintre ei – heliura de sodiu, potrivit unui articol publicat în revista Nature Chemistry.
„Acest studiu demonstrează cât de complet neașteptate pot fi detectate fenomene folosind cele mai moderne metode teoretice și experimentale. Lucrările noastre ilustrează încă o dată cât de puține știm astăzi despre impactul condițiilor extreme asupra chimiei și despre rolul acestor fenomene asupra proceselor din interiorul planetelor. de explicat”, spune Artem Oganov, profesor la Skoltech și Moscow Phystech din Dolgoprudny.
Secretele gazelor nobile
Materia primară a Universului, care a apărut la câteva sute de milioane de ani după Big Bang, a constat din doar trei elemente - hidrogen, heliu și urme de litiu. Heliul este încă al treilea element cel mai abundent din univers astăzi, dar este extrem de rar pe Pământ, iar rezervele de heliu de pe planetă sunt în continuă scădere datorită faptului că scapă în spațiu.
O trăsătură distinctivă a heliului și a altor elemente din grupa a opta a tabelului periodic, pe care oamenii de știință le numesc „gaze nobile”, este că sunt extrem de reticente - în cazul xenonului și a altor elemente grele - sau, în principiu, ca neonul, sunt incapabil sa intre in reactii chimice. Există doar câteva zeci de compuși de xenon și cripton cu fluor, oxigen și alți agenți oxidanți puternici, zero compuși de neon și un compus de heliu, descoperiți experimental în 1925.
Acest compus, unirea unui proton și heliu, nu este un compus chimic real în sensul strict al cuvântului - heliul în acest caz nu participă la formarea legăturilor chimice, deși afectează comportamentul atomilor de hidrogen lipsiți de un electron. După cum au presupus chimiștii anterior, „moleculele” acestei substanțe ar fi trebuit să fie găsite în mediul interstelar, dar în ultimii 90 de ani, astronomii nu le-au descoperit. Un posibil motiv pentru aceasta este că acest ion este foarte instabil și este distrus la contactul cu aproape orice altă moleculă.
Artem Oganov și echipa sa s-au întrebat dacă compușii de heliu ar putea exista în condiții exotice la care chimiștii terestre se gândesc rar - la presiuni și temperaturi ultra-înalte. Oganov și colegii săi au studiat de multă vreme o astfel de chimie „exotică” și chiar au dezvoltat un algoritm special pentru căutarea unor substanțe care există în astfel de condiții. Cu ajutorul lui, ei au descoperit că acidul ortocarbonic exotic, versiunile „imposibile” ale sării obișnuite de masă și o serie de alți compuși care „încalcă” legile chimiei clasice pot exista în adâncurile giganților gazoși și a altor planete.
Folosind același sistem, oamenii de știință de la USPEX, ruși și străini au descoperit că la presiuni ultra-înalte care depășesc presiunea atmosferică de 150 de mii și un milion de ori, există doi compuși stabili de heliu simultan - helidă de sodiu și oxigelidă de sodiu. Primul compus este format din doi atomi de sodiu și un atom de heliu, în timp ce al doilea este format din oxigen, heliu și doi atomi de sodiu.
Presiunea super-înaltă a făcut ca sarea să „încalce” regulile chimieiChimiștii americani-ruși și europeni au transformat sarea de masă obișnuită într-un compus „imposibil” din punct de vedere chimic, ale cărui molecule sunt organizate în structuri exotice cu un număr variabil de atomi de sodiu și clor.Atom pe o nicovală de diamant
Ambele presiuni pot fi obținute cu ușurință folosind nicovale moderne de diamant, lucru pe care colegii lui Oganov l-au făcut sub îndrumarea unui alt rus, Alexander Goncharov de la Laboratorul de geofizică din Washington. După cum au arătat experimentele sale, gelida de sodiu se formează la o presiune de aproximativ 1,1 milioane de atmosfere și rămâne stabilă până la cel puțin 10 milioane de atmosfere.
Interesant este că heliura de sodiu este similară ca structură și proprietăți cu sărurile de fluor, „vecinul” heliului în tabelul periodic. Fiecare atom de heliu din această „sare” este înconjurat de opt atomi de sodiu, similar cu structura fluorurii de calciu sau a oricărei alte săruri a acidului fluorhidric. Electronii din Na2He sunt „atrași” de atomi atât de puternic încât acest compus, spre deosebire de sodiu, este un izolator. Oamenii de știință numesc astfel de structuri cristale ionice, deoarece electronii ocupă rolul și locul ionilor încărcați negativ în ele.
„Compusul pe care l-am descoperit este foarte neobișnuit: deși atomii de heliu nu participă direct la legătura chimică, prezența lor schimbă fundamental interacțiunile chimice dintre atomii de sodiu, contribuind la localizarea puternică a electronilor de valență, ceea ce face din materialul rezultat un izolator.” explică Xiao Dong de la universitatea Nankan din Tianjin (China).
Un alt compus, Na2HeO, s-a dovedit a fi stabil în intervalul de presiune de la 0,15 la 1,1 milioane de atmosfere. Substanța este, de asemenea, un cristal ionic și are o structură similară cu Na2He, doar rolul ionilor încărcați negativ în ei este jucat nu de electroni, ci de atomii de oxigen.
Interesant este că toate celelalte metale alcaline, care au o reactivitate mai mare, sunt mult mai puțin probabil să formeze compuși cu heliu la presiuni care depășesc presiunea atmosferică de cel mult 10 milioane de ori.
Oganov și colegii săi atribuie acest lucru faptului că orbitele de-a lungul cărora electronii se mișcă în atomii de potasiu, rubidiu și cesiu se modifică considerabil odată cu creșterea presiunii, ceea ce nu se întâmplă cu sodiul, din motive care nu sunt încă clare. Oamenii de știință cred că gelida de sodiu și alte substanțe similare pot fi găsite în nucleele unor planete, piticelor albe și altor stele.
Sper că toată lumea a vizitat grădina zoologică măcar o dată. Te plimbi și admiri animalele care stau în cuști. Acum vom merge și noi într-o călătorie prin uimitoarea „grădina zoologică”, doar că în celule nu vor fi animale, ci diverși atomi. Această „grădina zoologică” poartă numele creatorului său Dmitri Ivanovici Mendeleev și este numită „Tabelul periodic al elementelor chimice” sau pur și simplu „Tabelul lui Mendeleev”.
Într-o grădină zoologică adevărată, mai multe animale cu același nume pot trăi simultan într-o cușcă, de exemplu, o familie de iepuri este plasată într-o cușcă, iar o familie de vulpi este plasată în alta. Și în „grădina zoologică” noastră în celulă „șezând” atomi-rude, într-un mod științific - izotopi. Ce atomi sunt considerați rude? Fizicienii au stabilit că orice atom este format dintr-un nucleu și un înveliș de electroni. La rândul său, nucleul unui atom este format din protoni și neutroni. Deci, nucleele atomilor din „rude” conțin același număr de protoni și un număr diferit de neutroni.
Momentan, ultimul din tabel este livermorium, înscris în celula numărul 116. Atâtea elemente, și fiecare are propria poveste. Sunt multe lucruri interesante în nume. De regulă, numele elementului a fost dat de omul de știință care l-a descoperit și numai de la începutul secolului al XX-lea numele au fost atribuite de Asociația Internațională de Chimie Fundamentală și Aplicată.
Multe elemente sunt numite după zeii antici greci și eroi ai miturilor, mari oameni de știință. Există nume geografice, inclusiv cele asociate cu Rusia.
Există o legendă că Mendeleev a fost norocos - doar a visat la masă. Poate. Dar marele om de știință francez Blaise Pascal a remarcat odată că numai mințile pregătite fac descoperiri aleatorii. Și oricine avea mintea pregătită pentru o întâlnire cu tabelul periodic, a fost Dmitri Ivanovici, deoarece lucrase la această problemă de mulți ani.
Acum să pornim la drum!
Hidrogen (H)
Hidrogenul „trăiește” în celula numărul 1 a grădinii noastre zoologice. Așa a fost numit de marele om de știință Antoine Lavoisier. El a dat un nume acestui element hidrogen(din grecescul ὕδωρ - „apă” și rădăcina -γεν- „a naște”), care înseamnă „a naște apă”. Fizicianul și chimistul rus Mihail Fedorovich Solovyov a tradus acest nume în rusă - hidrogen. Hidrogenul este notat cu litera H, este singurul element ai cărui izotopi au nume proprii: 1 H - protium, 2 H - deuteriu, 3 H - tritiu, 4 H - quadium, 5 H - pentium, 6 H - hexiu și 7 H - septiu ( superscriptul indică numărul total de protoni și neutroni din nucleul unui atom).
Aproape tot Universul nostru este format din hidrogen - reprezintă 88,6% din toți atomii. Când observăm Soarele pe cer, vedem o minge uriașă de hidrogen.
Hidrogenul este cel mai ușor gaz și, s-ar părea, este benefic pentru ei să umple baloane, dar este exploziv și preferă să nu se încurce cu el, chiar și în detrimentul capacității de transport.
Heliu (El)
Celula 2 conține heliu, gaz nobil. Heliul și-a primit numele de la numele grecesc pentru Soare - Ἥλιος (Helios), deoarece a fost descoperit pentru prima dată pe Soare. Cum a funcționat?
Chiar și Isaac Newton a aflat că lumina pe care o vedem constă din linii separate de culori diferite. La mijlocul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au stabilit că fiecare substanță are propriul său set de astfel de linii, la fel cum fiecare persoană are propriile amprente. Deci, în razele Soarelui, s-a găsit o linie galbenă strălucitoare care nu aparține niciunuia dintre elementele chimice cunoscute anterior. Și doar trei decenii mai târziu, heliul a fost găsit pe Pământ.
Heliul este un gaz inert. Un alt nume este gazele nobile. Astfel de gaze nu ard, așa că preferă să umple baloanele cu ele, deși heliul este de 2 ori mai greu decât hidrogenul, ceea ce reduce capacitatea de transport.
Helium este deținătorul recordului. Trece de la o stare gazoasă la una lichidă, atunci când toate elementele au fost de mult timp solide: la o temperatură de -268,93 ° C și nu trece deloc în stare solidă la presiune normală. Numai la o presiune de 25 de atmosfere și o temperatură de -272,2 ° C heliul devine solid.
Litiu (Li)
Celula numărul 3 este ocupată de litiu. Litiul și-a primit numele de la cuvântul grecesc λίθος (piatră), deoarece a fost găsit inițial în minerale.
Există un așa-numit arbore de fier care se scufundă în apă și există un litiu metalic deosebit de ușor - dimpotrivă, nu se scufundă în apă. Și nu numai în apă - nici în orice alt lichid. Densitatea litiului este de aproape 2 ori mai mică decât densitatea apei. Nu pare deloc metal - este prea moale. Da, și nu a putut înota mult timp - litiul se dizolvă cu un șuierat în apă.
Adăugările mici de litiu măresc rezistența și ductilitatea aluminiului, care este foarte important în aviație și știința rachetelor. Când peroxidul de litiu reacționează cu dioxidul de carbon, se eliberează oxigen, care este folosit pentru a purifica aerul în încăperi izolate, de exemplu, pe submarine sau nave spațiale.
Beriliu (Fii)
În celula numărul 4 este beriliu. Numele provine de la mineralul beril - materia primă pentru producția de beriliu metalic. Beryl însuși a fost numit după orașul indian Belur, în vecinătatea căruia a fost extras din cele mai vechi timpuri. Cine avea nevoie de el atunci?
Amintiți-vă de vrăjitorul Orașului de Smarald - Marele și Teribilul Goodwin. I-a forțat pe toată lumea să poarte ochelari verzi pentru a-și face orașul să pară „smarald” și, prin urmare, foarte bogat. Deci, smarald este una dintre soiurile de beril, unele smaralde sunt apreciate mai mult decât diamantul. Așa că în vremurile străvechi știau de ce să dezvolte zăcăminte de beril.
În enciclopedia în cinci volume „Universul și omenirea” din 1896, ediția despre beriliu spune: „Nu are nicio aplicație practică”. Și a trecut mult mai mult timp înainte ca oamenii să-i vadă proprietățile uimitoare. De exemplu, beriliul a contribuit la dezvoltarea fizicii nucleare. După iradierea sa cu nuclee de heliu, oamenii de știință au descoperit o particulă elementară atât de importantă precum neutronul.
Cu adevărat unic este aliajul de beriliu cu cupru - bronz de beriliu. Dacă majoritatea metalelor „îmbătrânesc” în timp, își pierd rezistența, atunci bronzul de beriliu, dimpotrivă, „devine mai tânăr” în timp, rezistența sa crește. Arcurile din acesta practic nu se uzează.
Bor (V)
Bohr ocupă celula numărul 5. Nu este necesar să ne gândim că acest element a fost numit după portarul clubului danez de fotbal „Akademisk” Niels Bohr, ulterior un mare fizician. Nu, elementul și-a primit numele de la cuvântul persan „burakh” sau de la cuvântul arab „burak” (alb), care desemna compusul de bor - borax. Dar prefer versiunea că „sfeclă roșie” nu este un cuvânt arab, ci un cuvânt pur ucrainean, în rusă - „sfeclă”.
Borul este un material foarte puternic, are cea mai mare rezistență la tracțiune. Dacă compusul de bor și azot este încălzit la o temperatură de 1350 ° C la o presiune de 65 de mii de atmosfere (acest lucru este acum realizabil din punct de vedere tehnic), atunci pot fi obținute cristale care pot zgâria un diamant. Materialele abrazive realizate pe bază de compuși de bor nu sunt inferioare celor diamantate și, în același timp, sunt mult mai ieftine.
Borul este de obicei introdus în aliaje de metale neferoase și feroase pentru a le îmbunătăți proprietățile. Combinațiile de bor cu hidrogen - borani - sunt combustibili excelente pentru rachete, aproape de două ori mai eficiente decât cele tradiționale. Există de lucru pentru bor în agricultură: borul se adaugă la îngrășăminte, deoarece, cu lipsa acestuia în sol, recoltele multor culturi scad considerabil.
Artista Anna Gorlach
„Cele două elemente cele mai comune din univers sunt hidrogenul și prostia”. - Harlan Ellison. După hidrogen și heliu, tabelul periodic este plin de surprize. Printre cele mai uimitoare fapte este că fiecare material pe care l-am atins, văzut, interacționat vreodată este alcătuit din aceleași două lucruri: nuclee atomice încărcate pozitiv și electroni încărcați negativ. Modul în care acești atomi interacționează între ei - modul în care împing, leagă, atrag și resping, creând noi molecule stabile, ioni, stări de energie electronică - determină de fapt pitorescul lumii din jurul nostru.
Chiar dacă proprietățile cuantice și electromagnetice ale acestor atomi și ale constituenților lor sunt cele care permit Universul nostru, este important să înțelegem că nu a început deloc cu toate aceste elemente. Dimpotrivă, a început aproape fără ele.
Vedeți, este nevoie de mulți atomi pentru a obține o varietate de structuri de legături și pentru a construi moleculele complexe care stau la baza a tot ceea ce știm. Nu în termeni cantitativi, ci în termeni diverși, adică că există atomi cu un număr diferit de protoni în nucleele lor atomice: acesta este ceea ce face elementele diferite.
Corpul nostru are nevoie de elemente precum carbonul, azotul, oxigenul, fosforul, calciul și fierul. Scoarta Pământului are nevoie de elemente precum siliciul și o serie de alte elemente grele, în timp ce miezul Pământului - pentru a genera căldură - are nevoie de elemente din probabil întregul tabel periodic care apar în natură: toriu, radiu, uraniu și chiar plutoniu.
Dar să ne întoarcem la primele etape ale universului - înainte de apariția omului, a vieții, a sistemului nostru solar, la primele planete solide și chiar la primele stele - când tot ce aveam era o mare fierbinte, ionizată de protoni. , neutroni și electroni. Nu existau elemente, atomi și nuclee atomice: universul era prea fierbinte pentru toate astea. Abia când universul s-a extins și s-a răcit, a existat cel puțin o anumită stabilitate.
A trecut ceva timp. Primele nuclee s-au fuzionat și nu s-au separat din nou, producând hidrogen și izotopii săi, heliu și izotopii săi și volume mici, abia distinse de litiu și beriliu, ultimul dezintegrandu-se ulterior radioactiv în litiu. Așa a început Universul: din punct de vedere al numărului de nuclee - 92% hidrogen, 8% heliu și aproximativ 0,00000001% litiu. În greutate - 75-76% hidrogen, 24-25% heliu și 0,00000007% litiu. La început erau două cuvinte: hidrogen și heliu, atât, s-ar putea spune.
Sute de mii de ani mai târziu, universul se răcise suficient pentru a se forma atomii neutri, iar zeci de milioane de ani mai târziu, colapsul gravitațional a permis formarea primelor stele. În același timp, fenomenul fuziunii nucleare nu numai că a umplut Universul cu lumină, dar a permis și formarea de elemente grele.
Când s-a născut prima stea, undeva la 50 și 100 de milioane de ani după Big Bang, cantități mari de hidrogen începuseră să fuzioneze în heliu. Dar, mai important, cele mai masive stele (de 8 ori mai masive decât Soarele nostru) și-au ars combustibilul foarte repede, arzând în doar câțiva ani. De îndată ce nucleele unor astfel de stele au rămas fără hidrogen, miezul de heliu s-a contractat și a început să fuzioneze cele trei nuclee ale unui atom în carbon. A fost nevoie de doar un trilion din aceste stele grele din universul timpuriu (care a format mult mai multe stele în primele câteva sute de milioane de ani) pentru ca litiul să fie înfrânt.
Și aici probabil că te gândești că carbonul a devenit elementul numărul trei în zilele noastre? Acest lucru poate fi gândit ca stelele sintetizează elemente în straturi, ca o ceapă. Heliul este sintetizat în carbon, carbonul în oxigen (mai târziu și la temperaturi mai ridicate), oxigenul în siliciu și sulf și siliciul în fier. La capătul lanțului, fierul nu se poate topi în nimic altceva, așa că miezul explodează și steaua devine supernovă.
Aceste supernove, etapele care au condus la ele și consecințele au îmbogățit Universul cu conținutul straturilor exterioare ale stelei, hidrogen, heliu, carbon, oxigen, siliciu și toate elementele grele care s-au format în timpul altor procese:
- captarea lentă a neutronilor (procesul s), alinierea secvenţială a elementelor;
- fuziunea nucleelor de heliu cu elemente grele (cu formarea de neon, magneziu, argon, calciu și așa mai departe);
- captarea rapidă a neutronilor (procesul r) cu formarea de elemente până la uraniu și nu numai.
Dar am avut mai mult de o generație de stele: am avut multe dintre ele, iar generația care există astăzi este construită în primul rând nu pe hidrogen și heliu virgin, ci și pe rămășițele generațiilor precedente. Acest lucru este important, pentru că fără ea nu am avea niciodată planete solide, doar giganți gazos formați din hidrogen și heliu, exclusiv.
De-a lungul a miliarde de ani, procesul de formare și moarte a stelelor s-a repetat, cu elemente din ce în ce mai îmbogățite. În loc să fuzioneze pur și simplu hidrogenul în heliu, stelele masive fuzionează hidrogenul într-un ciclu C-N-O, egalând carbonul și oxigenul (și puțin mai puțin azot) în timp.
De asemenea, atunci când stelele trec prin fuziunea heliului pentru a forma carbon, este destul de ușor să luați un atom de heliu suplimentar pentru a forma oxigen (și chiar să adăugați un alt heliu la oxigen pentru a forma neon), și chiar și Soarele nostru va face acest lucru în timpul fazei sale de gigant roșu.
Dar există un pas ucigaș în forjele stelare care scoate carbonul din ecuația cosmică: atunci când o stea devine suficient de masivă pentru a iniția o fuziune a carbonului - așa este necesitatea formării unei supernove de tip II - procesul care transformă gazul în oxigenul se oprește, creând mult mai mult oxigen decât carbon până când steaua este gata să explodeze.
Când ne uităm la rămășițele de supernove și la nebuloasele planetare - rămășițele stelelor foarte masive și, respectiv, stelelor asemănătoare soarelui - constatăm că oxigenul depășește numărul carbonului în masă și abundență în fiecare caz. De asemenea, am constatat că niciunul dintre celelalte elemente nu este mai greu sau se apropie.
Deci, hidrogen #1, heliu #2 - există o mulțime de aceste elemente în Univers. Dar dintre elementele rămase, oxigenul deține un #3 încrezător, urmat de carbon #4, neon #5, azot #6, magneziu #7, siliciu #8, fier #9 și miercuri completează primele zece.
Ce ne rezervă viitorul?
Pe o perioadă de timp suficient de lungă, de mii (sau milioane) de ori mai mare decât vârsta actuală a universului, stelele vor continua să se formeze, fie aruncând combustibil în spațiul intergalactic, fie ardându-l cât mai mult posibil. În acest proces, heliul poate depăși în sfârșit hidrogenul din abundență, sau hidrogenul va rămâne pe primul loc dacă este suficient izolat de reacțiile de fuziune. Pe o distanță lungă, materia care nu este ejectată din galaxia noastră se poate fuziona din nou și din nou, astfel încât carbonul și oxigenul vor ocoli chiar și heliul. Poate că elementele #3 și #4 le vor schimba pe primele două.
Universul se schimbă. Oxigenul este al treilea element cel mai abundent din universul modern și, într-un viitor foarte, foarte îndepărtat, probabil se va ridica deasupra hidrogenului. De fiecare dată când respiri în aer și simți satisfacția acestui proces, reține: stelele sunt singurul motiv al existenței oxigenului.
Litiu
Heliu
Heliul ocupă a doua poziţie în tabelul periodic după hidrogen. Masa atomică a heliului este de 4,0026. Este un gaz inert fără culoare. Densitatea sa este de 0,178 grame pe litru. Heliul este mai greu de lichefiat decât toate gazele cunoscute doar la o temperatură de minus 268,93 grade Celsius și practic nu se solidifică. Răcit la minus 270,98 grade Celsius, heliul capătă superfluiditate. Heliul se formează cel mai adesea ca urmare a dezintegrarii atomilor mari. Pe Pământ, este distribuit în cantități mici, dar pe Soare, unde are loc o dezintegrare intensă a atomilor, există mult heliu. Toate aceste date sunt, parcă, date de pașapoarte și sunt binecunoscute.
Să ne ocupăm de topologiile heliului și mai întâi vom determina dimensiunile acestuia. Având în vedere că masa atomică a heliului este de patru ori mai mare decât cea a hidrogenului, iar atomul de hidrogen este de 1840 de ori mai greu decât un electron, obținem masa unui atom de heliu egală cu 7360 de electroni; prin urmare, numărul total de globule eterice dintr-un atom de heliu este de aproximativ 22.000; lungimea cordonului atomului și diametrul torusului inițial sunt egale cu 7360 și respectiv 2300 bile eterice. Pentru a vizualiza raportul dintre grosimea cordonului torului original al atomului de heliu și diametrul acestuia, să desenăm pe o foaie de hârtie cu un stilou un cerc cu diametrul de 370 de milimetri și să lăsăm urma de la stiloul are o lățime de o treime de milimetru; cercul rezultat ne va oferi reprezentarea indicată. Un electron (bile eterice încorporate) va ocupa doar 0,15 milimetri pe cercul desenat.
Răsucirea torusului original în forma finită a atomului de heliu are loc după cum urmează. Mai întâi, cercul este aplatizat într-un oval, apoi în formă de gantere, apoi într-o figură opt, iar apoi buclele figurii opt se desfășoară astfel încât să apară o suprapunere. Apropo, suprapunerea atomilor mai mari nu se formează, iar acest lucru se explică prin faptul că lungimea cordonului la atomul de heliu nu este încă mare, iar când punctele medii ale cordonului tind să se apropie, marginile ( bucle) sunt forțate să se desfășoare. În plus, marginile se vor îndoi și vor începe să convergă.
Până în acest punct, topologia atomului de heliu, după cum vedem, este similară cu topologia atomului izotopului de hidrogen - tritiu, dar dacă tritiul nu avea suficientă rezistență pentru a închide marginile (nu a existat suficientă lungime de cordonul său), apoi buclele de heliu se mișcă una peste alta și astfel se închid. Pentru a verifica fiabilitatea conexiunii buclelor, este suficient să urmăriți locația laturilor lor de aspirare: pentru bucla interioară va fi în exterior, iar pentru bucla exterioară va fi din interior.
Este foarte convenabil să se reprezinte topologia atomilor sub formă de modele de sârmă; pentru a face acest lucru, este suficient să folosiți un fir moderat elastic, dar suficient de plastic. Atomul de hidrogen va fi descris ca un inel obișnuit. Să mărim lungimea unei bucăți de sârmă de patru ori (de atâtea ori atomul de heliu este mai greu decât atomul de hidrogen), să o rostogolim într-un inel, să lipim capetele și să demonstrăm procesul de răsucire a atomului de heliu. Când răsucim, trebuie să ne amintim constant că razele de îndoire nu trebuie să fie mai mici decât raza inelului, care este un atom de hidrogen; este, parcă, o condiție stabilită de elasticitatea cordonului - cochilii de torus. (În natură, ne amintim, raza minimă a fost egală cu 285 de bile eterice.) Raza de îndoire minimă acceptată determină topologia tuturor atomilor; și încă ceva: consecința acelorași raze de îndoire va fi aceleași dimensiuni ale buclelor de aspirație (un fel de standardizare a acestora) și, prin urmare, formează o valență stabilă, exprimată în capacitatea de a conecta diferiți atomi între ei. Dacă balamalele ar avea dimensiuni diferite, conectarea lor ar fi problematică.
Aducând până la capăt procesul de răsucire a modelului de sârmă al atomului de heliu, constatăm că buclele suprapuse nu sunt împinse una peste alta până când nu se opresc. Mai exact, ar prefera să se răsucească și mai mult, dar elasticitatea cordonului nu le permite, adică condiția razei minime. Și cu fiecare încercare a buclelor de a se îndrepta și mai departe, elasticitatea cordonului le va arunca înapoi; revenind, se vor repezi din nou înainte, iar elasticitatea îi va arunca înapoi; în acest caz, atomul de heliu se va micșora, apoi va înflori, adică are loc o pulsație. Pulsația, la rândul său, va crea un câmp termic permanent în jurul atomului și îl va face pufos; așa că am ajuns la concluzia că heliul este un gaz.
Alte caracteristici fizice și chimice ale heliului pot fi explicate și pe baza topologiei. Inerția sa, de exemplu, este indicată de faptul că atomii săi nu au nici bucle de aspirație deschise, nici canale de aspirație: nu se poate combina deloc cu alți atomi, prin urmare este întotdeauna atomic și practic nu se întărește. Heliul nu are culoare, deoarece atomii săi nu au secțiuni drepte „sunătoare” ale corzilor; iar superfluiditatea apare din orice lipsă de vâscozitate (lipirea atomilor), forma rotunjită și dimensiunea mică a atomului.
Ca și hidrogenul, atomii de heliu nu au aceeași dimensiune: unii dintre ei sunt mai mari, alții sunt mai mici și, în general, ocupă aproape tot spațiul de greutate de la hidrogen (tritiu) până la litiu după heliu; izotopii mai puțin durabili ai heliului, desigur, s-au degradat deja cu mult timp în urmă, dar este posibil să numărăm mai mult de o sută care există în prezent.
În tabelul periodic, heliul este mai bine plasat nu la sfârșitul primei perioade - în același rând cu hidrogenul, ci la începutul celei de-a doua perioade înainte de litiu, deoarece atomul său, ca și atomii din întreaga perioadă, este un structură unică (glomerul unic), în timp ce un atom al următorului gaz inert, neonul, arată deja ca o structură pereche, similară în această caracteristică cu atomii din perioada a treia.
Litiul ocupă al treilea număr din tabelul periodic; masa sa atomică este 6,94; aparține metalelor alcaline. Litiul este cel mai ușor dintre toate metalele: densitatea sa este de 0,53 grame pe centimetru cub. Este de culoare alb-argintiu cu o strălucire metalică strălucitoare. Litiul este moale și ușor de tăiat cu un cuțit. În aer, se estompează rapid, combinându-se cu oxigenul. Punctul de topire al litiului este de 180,5 grade Celsius. Sunt cunoscuți izotopi de litiu cu greutăți atomice 6 și 7. Primul izotop este folosit pentru a produce izotopul greu al hidrogenului, tritiu; un alt izotop de litiu este folosit ca agent de răcire în cazanele reactoarelor nucleare. Acestea sunt datele fizice și chimice generale ale litiului.
Să începem din nou topologia atomilor de litiu cu o înțelegere a dimensiunilor torului original. Acum știm că fiecare element chimic, inclusiv litiul, are un număr mare de izotopi, măsurați în sute și mii; prin urmare, dimensiunile atomilor vor fi indicate de la ... la .... Dar ce înseamnă aceste limite? Pot fi determinate cu exactitate? Sau sunt aproximative? Și care este raportul dintre izotopi? Să spunem imediat: nu există răspunsuri clare la întrebările puse; de fiecare dată când este necesar să se pătrundă într-o topologie specifică a atomilor. Să ne uităm la aceste probleme folosind exemplul litiului.
După cum am observat, trecerea de la protium la heliu, din punct de vedere al topologiei, are loc sistematic: odată cu creșterea dimensiunii torului inițial, configurația finală a atomilor se modifică treptat. Dar proprietățile fizice și, mai ales, chimice ale atomilor în tranziția de la protium la heliu se schimbă mai mult decât semnificativ, destul de radical: de la atracția universală a protiului la inerția completă a heliului. Unde, pe ce izotop s-a întâmplat asta?
Astfel de salturi de proprietăți sunt asociate cu salturile de dimensiune ale izotopilor. Un atom mare de hidrogen (tritiu), care ia forma unui atom de heliu, se dovedește a fi radioactiv, adică fragil. Acest lucru se datorează faptului că marginile curbate ale buclelor nu ajung unele la altele și vă puteți imagina cum flutură, grăbindu-se spre. Seamănă cu mâinile a doi oameni în bărci divergente, încercând fără putere să întindă mâna și să se lupte. Presiunea eterică externă va apăsa pe consolele buclelor de atomi fluturate atât de puternic încât nu va duce la bine; după ce au primit chiar și o ușoară strângere suplimentară din lateral, consolele se vor rupe - nu vor rezista la îndoirea ascuțită a cablului și atomul se va prăbuși; asa se intampla. Prin urmare, putem spune că se observă căderi între izotopi la granițele tranzițiilor fizico-chimice existente: pur și simplu nu există izotopi acolo.
Un decalaj similar există între heliu și litiu: dacă un atom nu mai este heliu, dar nu este încă litiu, atunci este fragil și a fost de mult absent din condițiile terestre. Prin urmare, izotopul de litiu cu o greutate atomică de șase, adică cu o lungime a cordonului torus de 11 bile eterice, este foarte rar și, după cum s-a spus, este folosit pentru a obține tritiu: este ușor să-l spargi, să-l scurtezi și să obții. ca rezultat un izotop de hidrogen.
Astfel, se pare că ne-am hotărât asupra cea mai mică dimensiune a unui atom de litiu: aceștia sunt 11 electroni legați. În ceea ce privește limita sa superioară, există o problemă aici: adevărul este că, conform topologiei, atomul de litiu nu diferă mult de atomul următorului atom de beriliu (vom vedea în curând acest lucru) și nu există izotopi de fie element fără defecțiune. Prin urmare, deocamdată, nu vom indica limita superioară a dimensiunii atomului de litiu.
Să urmărim formarea atomului de litiu. Cercul inițial al unui microvortex nou format cu dimensiunile indicate mai sus va tinde să se transforme într-un oval; numai la litiu, ovalul este foarte lung: de aproximativ 8 ori mai lung decât diametrul rotunjirii de capăt (bucla viitoare); este un oval foarte alungit. Începutul coagulării atomului de litiu este similar cu același început pentru atomi mari de hidrogen și pentru heliu, dar apoi apare o abatere: figura opt cu o suprapunere, adică cu o rotire a buclelor, nu apare. ; convergența ulterioară a laturilor lungi (cordajelor) ovalului până când acestea sunt în contact complet este însoțită de o îndoire simultană a capetelor unul spre celălalt.
De ce nu se formează un opt cu o suprapunere? În primul rând, pentru că ovalul este foarte lung și chiar și deformarea sa completă în gantere până când cordoanele se ating la mijloc nu le face să se îndoaie puternic; prin urmare, potențialul de inversare a buclelor extreme este foarte slab. Și în al doilea rând, începutul îndoirii capetelor ovalului contracarează într-o oarecare măsură întoarcerea. Cu alte cuvinte: momentul activ al forțelor care tind să rotească buclele de capăt este foarte mic, iar momentul de rezistență la viraj este mare.
Pentru claritate, vom folosi inele de cauciuc, de exemplu, cele folosite la etanșările mașinilor. Dacă prindeți un inel de diametru mic, atunci acesta se va ondula cu siguranță într-o cifră opt cu o suprapunere; iar dacă alegeți un inel de diametru mare, atunci ciupirea acestuia până când cablurile sunt în contact complet nu provoacă o întoarcere a buclelor de capăt. Apropo: aceste inele de cauciuc sunt, de asemenea, foarte convenabile pentru modelarea topologiei atomilor; dacă, desigur, există o gamă largă de ele.
Îndoirea capetelor ovalului este cauzată, după cum știm deja, de perturbarea eterului dintre ele: după ce s-au îndepărtat ușor de poziția ideală dreaptă, vor fi deja forțați să se apropie până se ating complet. Aceasta înseamnă că capetele nu pot fi îndoite în direcții diferite. Dar cu direcția îndoirii, au de ales: fie astfel încât părțile de aspirație ale buclelor de capăt să fie în exterior, fie în interior. Prima variantă este mai probabilă, deoarece momentul de la forțele de respingere a cochiliilor rotative ale cordonului din eterul adiacent la punctele exterioare ale buclelor va fi mai mare decât la cele interioare.
Laturile care se apropie ale ovalului vor intra foarte curând în contact, arcul corzilor se va răspândi de la centru spre capete și se va opri numai atunci când la capete se formează bucle cu razele de îndoire minime admise. Îndoirile care apar concomitent și convergența reciprocă a acestor bucle duc la o coliziune a vârfurilor lor, după care intră în joc părțile lor de aspirație: buclele, suge, se scufundă adânc; iar procesul de formare a configurației atomului de litiu este completat de faptul că buclele deplasate se sprijină cu vârfurile lor de cordoanele pereche exact în centrul structurii. De la distanță, această configurație a atomului seamănă cu o inimă sau, mai exact, cu un măr.
Prima concluzie sugerează de la sine: atomul de litiu începe atunci când vârfurile buclelor primare pereche care s-au scufundat în structură ajung la cordoanele din mijlocul atomului. Și înainte de asta încă nu exista litiu, ci un alt element, care acum nu mai este în natură; atomul său era extrem de instabil, pulsa foarte puternic, de aceea era pufos și aparținea gazelor. Dar atomul izotopului inițial de litiu (l-am definit ca fiind format din 11.000 de electroni legați) se dovedește, de asemenea, a nu fi foarte puternic: razele de îndoire ale buclelor sale sunt limitative, adică cordoanele elastice sunt îndoite până la limită, și cu orice impact extern sunt gata să izbucnească. Pentru atomii mai mari, acest punct slab este eliminat.
Reprezentând imaginea unui atom de litiu pe baza rezultatelor topologiei, se poate evalua ceea ce s-a întâmplat. Cele două bucle primare s-au închis și s-au neutralizat, iar buclele secundare de ambele părți ale buclelor primare au fost, de asemenea, neutralizate. Cordurile pereche au creat un șanț, iar acest șanț se desfășoară de-a lungul întregului contur al atomului - este, parcă, închis într-un inel - și partea sa de aspirare s-a dovedit a fi în exterior. De aici rezultă că atomii de litiu se pot combina între ei și cu alți atomi numai cu ajutorul șanțurilor lor de aspirație; un atom de litiu nu poate forma un compus molecular în buclă.
Jgheaburile de aspirație puternic convexe ale atomilor de litiu pot fi conectate între ele doar în secțiuni scurte (teoretic, în puncte) și, prin urmare, structura spațială a atomilor de litiu conectați între ei se dovedește a fi foarte liberă și rară; de aici și densitatea scăzută a litiului: este de aproape două ori mai ușor decât apa.
Litiu - metal; proprietățile sale metalice rezultă din particularitățile formelor atomilor săi. Se poate spune în alt fel: acele proprietăți speciale ale litiului, care se datorează formelor speciale ale atomilor săi și care îl fac diferit fizic și chimic de alte substanțe, se numesc metalice; Să ne uităm la unele dintre ele:
- conductivitatea electrică: rezultă din faptul că atomii au formă de inel din cordoane pereche, creând jgheaburi de aspirație, deschise spre exterior, îmbrățișând atomii de-a lungul conturului și închizându-se pe ei înșiși; electronii lipiți de aceste șanțuri se pot deplasa liber de-a lungul lor (amintim încă o dată că dificultățile apar atunci când electronii sunt separați de atomi); și întrucât atomii sunt legați între ei prin aceleași șanțuri, atunci electronii au capacitatea de a sari de la atom la atom, adică de a se mișca în jurul corpului;
- conductivitate termică: cordoanele curbate elastic ale unui atom formează o structură elastică extrem de rigidă, care practic nu absoarbe șocurile (termice) de mare amplitudine de joasă frecvență ale atomilor vecini, ci le transmite mai departe; iar dacă nu ar exista posibile perturbări în contactele lor (dislocații) în grosimea atomilor, atunci unda termică s-ar propaga cu mare viteză;
- strălucire: impacturile de înaltă frecvență și amplitudine scăzută ale undelor luminoase ale eterului sunt ușor reflectate de cordoanele îndoite încordate ale atomilor și dispar, respectând legile reflectării undelor; atomul de litiu nu are secțiuni drepte de cabluri, prin urmare nu are propriul „sunet”, adică nu are propria sa culoare - litiul este, prin urmare, alb argintiu, cu o strălucire puternică pe secțiuni;
- plasticitate: atomii de litiu rotunjiți pot fi legați între ei în orice mod; pot, fără să se rupă, să se rostogolească unul peste altul; iar acest lucru se exprimă prin faptul că un corp din litiu își poate schimba forma fără a-și pierde integritatea, adică să fie plastic (moale); ca urmare, litiul este tăiat fără prea multe dificultăți cu un cuțit.
Folosind exemplul caracteristicilor fizice remarcate ale litiului, se poate clarifica însuși conceptul de metal: metalul este o substanță compusă din atomi cu cordoane curbate ascuțit care formează jgheaburi de aspirație conturate deschise spre exterior; atomii de metale pronunțate (alcaline) nu au bucle de aspirație deschise și secțiuni de cordon drepte sau curbate neted. Prin urmare, litiul în condiții normale nu se poate combina cu hidrogenul, deoarece atomul de hidrogen este o buclă. Legătura lor nu poate fi decât ipotetică: la frig adânc, când hidrogenul se solidifică, moleculele acestuia se pot combina cu atomii de litiu; dar totul arată că aliajul lor ar fi la fel de moale ca litiul însuși.
În același timp, clarificăm conceptul de plasticitate: plasticitatea metalelor este determinată de faptul că atomii lor rotunjiți se pot rostogoli unul peste altul, schimbând poziția relativă, dar fără a pierde contactele unul cu celălalt..
Beriliul ocupă poziţia a patra în tabelul periodic. Masa sa atomică este de 9,012. Este un metal cenușiu deschis cu o densitate de 1,848 grame pe centimetru cub și un punct de topire de 1284 grade Celsius; este dură și în același timp fragilă. Materialele structurale pe bază de beriliu sunt atât ușoare, puternice și rezistente la temperaturi ridicate. Aliajele de beriliu, fiind de 1,5 ori mai ușoare decât aluminiul, sunt totuși mai rezistente decât multe oțeluri speciale. Își păstrează puterea până la o temperatură de 700 ... 800 de grade Celsius. Beriliul este rezistent la radiații.
În ceea ce privește proprietățile sale fizice, după cum se poate observa, beriliul este foarte diferit de litiu, dar în ceea ce privește topologia atomilor, ei sunt aproape de nediferențit; singura diferență este că atomul de beriliu este, așa cum spunea, „cusut cu o margine”: dacă atomul de litiu seamănă cu un costum strâmt al unui școlar pe un adult, atunci atomul de beriliu, dimpotrivă, este un costum spațios de un adult pe figura unui copil. Excesul de lungime a cordonului atomului de beriliu, cu aceeași configurație a acestuia cu litiul, formează un contur mai blând cu razele de îndoire depășind cele minime critice. O astfel de „rezervă” de curbură pentru atomii de beriliu le permite să fie deformate până la atingerea limitei de îndoire a filamentului.
Asemănarea topologică a atomilor de litiu și beriliu indică faptul că nu există o graniță clară între ei; și este imposibil de spus care este cel mai mare atom de litiu și care este cel mai mic atom de beriliu. Concentrându-ne doar pe greutatea atomică tabelară (și face media tuturor valorilor), putem presupune că cordonul unui atom de beriliu de dimensiuni medii este format din aproximativ 16.500 de electroni legați. Limita superioară a dimensiunii atomilor izotopilor de beriliu se bazează pe dimensiunea minimă a unui atom al următorului element - bor, a cărui configurație diferă brusc.
Marja de curbură a cordurilor atomilor de beriliu afectează în primul rând conexiunea lor între ele în momentul solidificării metalului: ele sunt adiacente unul altuia nu prin secțiuni scurte (punctate), ca în litiu, ci prin limite lungi; contururile atomilor, parcă, se adaptează unul la altul, deformându-se și aderând unul la celălalt în modul maxim posibil; deci aceste legături sunt foarte puternice. Atomii de beriliu își arată și capacitatea de întărire în compușii cu atomi ai altor metale, adică în aliajele în care beriliul este utilizat ca aditiv la metalele grele: umplerea golurilor și lipirea cu șanțurile lor flexibile de atomii metalului de bază, atomii de beriliu. ține-le împreună ca un lipici, făcând ca aliajul să fie foarte durabil. De aici rezultă că rezistența metalelor este determinată de lungimile secțiunilor lipite ale jgheaburilor de aspirație ale atomilor: Cu cât aceste secțiuni sunt mai lungi, cu atât metalul este mai puternic. Distrugerea metalelor are loc întotdeauna de-a lungul suprafeței cu cele mai scurte secțiuni lipicioase.
Marja pentru razele de îndoire a cordurilor atomilor de beriliu permite deformarea acestora fără a modifica conexiunile dintre ele; ca urmare, întregul corp este deformat; aceasta este o deformare elastică. Este elastic pentru că în orice stare inițială atomii au cele mai puțin solicitate forme, iar atunci când sunt deformați sunt nevoiți să suporte unele „incomodități”; iar de îndată ce forța de deformare dispare, atomii revin la stările lor inițiale, mai puțin stresate. Prin urmare, elasticitatea unui metal este determinată de lungimea în exces a corzilor atomilor săi, ceea ce le permite să fie deformate fără a modifica zonele de interconectare.
Elasticitatea beriliului este legată de rezistența sa la căldură; se exprimă în faptul că mișcările termice ale atomilor se pot produce în limitele deformațiilor elastice care nu provoacă o modificare a compușilor atomilor între ei; deci in general se determină rezistenţa la căldură a metalului, precum și elasticitatea, lungimi în exces de cordoane ale atomilor săi. Scăderea rezistenței metalului la încălzire mare se explică prin faptul că mișcările termice ale atomilor săi reduc zonele conexiunilor lor între ele; iar când aceste zone dispar complet, metalul se topește.
Elasticitatea beriliului este însoțită de fragilitatea acestuia. Fragilitatea poate fi considerată în cazul general ca opusul plasticității: dacă plasticitatea se exprimă în capacitatea atomilor de a-și schimba pozițiile reciproce menținând zonele de legătură, atunci fragilitatea se exprimă, în primul rând, prin faptul că atomii nu au o astfel de posibilitate. Orice deplasare reciprocă a atomilor unui material fragil poate avea loc numai atunci când legăturile lor sunt complet rupte; aceşti atomi nu au alte variante de compuşi. În materialele elastice (în metale), fragilitatea se caracterizează și prin faptul că este, parcă, sărituri: o fisură care a apărut ca urmare a unor solicitări excesive se răspândește cu viteza fulgerului pe întreaga secțiune transversală a corpului. Pentru comparație: o cărămidă sub lovituri de ciocan se poate prăbuși (aceasta este și fragilitate), dar nu se poate despica. fragilitatea „săritoare” a beriliului se explică prin faptul că atomii săi nu sunt interconectați în cel mai bun mod și toți sunt stresați; și de îndată ce o legătură este ruptă, atomii de graniță încep rapid să se „îndrepte” în detrimentul conexiunilor cu vecinii lor; legăturile celor din urmă vor începe și ele să se rupă; iar acest proces va avea un caracter în lanț. Prin urmare, fragilitatea metalelor elastice depinde de gradul de deformare al atomilor interconectați și de incapacitatea de a modifica legăturile dintre ei.
Rezistența la radiații a beriliului se explică prin aceeași rezervă în dimensiunea atomilor săi: cordonul atomului de beriliu are capacitatea de a răsări sub un impact puternic de radiație, neatingând curbura sa critică și, prin urmare, rămâne intact.
Și culoarea gri deschis a beriliului și absența unui luciu metalic strălucitor, cum ar fi, de exemplu, litiul, pot fi explicate în același mod: unde luminoase ale eterului, care cad pe cordoane nerigide ale atomilor de suprafață de beriliu, sunt absorbite de acestea și doar o parte a undelor este reflectată și creează o lumină împrăștiată.
Densitatea beriliului este de aproape patru ori mai mare decât cea a litiului doar pentru că densitatea cordurilor atomilor săi este mai mare: acestea sunt conectate între ele nu în puncte, ci în secțiuni lungi. În același timp, în masa sa continuă, beriliul este o substanță destul de liberă: este doar de două ori mai densă decât apa.
Litiu - Heliu. Lumea nucleului unui element chimic.
Poza 7 din prezentarea „Lumea Chimiei” la lecții de chimie pe tema „Chimie”
Dimensiuni: 960 x 720 pixeli, format: jpg. Pentru a descărca gratuit o imagine pentru o lecție de chimie, faceți clic dreapta pe imagine și faceți clic pe „Salvează imaginea ca...”. Pentru a afișa imagini în lecție, puteți descărca gratuit și prezentarea „The World of Chemistry.ppt” cu toate pozele într-o arhivă zip. Dimensiunea arhivei - 13988 KB.
Descărcați prezentareaChimie
„Istoria chimiei” – Agricola Mining. (Compoziția se modifică, deoarece se obțin substanțe noi - coroziune). Scop: cunoașterea fenomenelor fizice și chimice, istoria dezvoltării chimiei. Legea periodică a elementelor chimice 1869. Consolidare. Reformatorii. M 6. Formarea cetii. Chimic. B 2. Degradarea reziduurilor vegetale.
„Lumea chimiei” – N. Chimie analitică. Transformarea substanțelor și a celor în urma cărora apar substanțe noi. Completat de profesorul de Chimie MOU gimnaziu Nr. 24 (st. E. Lumea compușilor. Sulf. Cruce și zero c). Hidrogen. Cruce și zero a). Trăim într-o lume de substanțe construite din atomi. în lumea organică. Suvorosvskaya) Gashcenko Nikolai Grigorievici.
„Nanotehnologii” - Nanomedicină. Fulerene. Introducere. Crearea de materiale de înaltă rezistență „fără defecte”, materiale cu conductivitate ridicată; III. În acest moment, s-a obținut un tranzistor y bazat pe un nanotub și o nanodiodă. Nanotuburi. Modelul de memorie de înaltă densitate a fost dezvoltat de Ch. Memorie diamant pentru calculatoare. Partea a III-a. Dimensiunea caracteristică a unui atom este de câteva zecimi de nanometru.
„Chimie analitică” – Planul raportului. Shirokova V.I., Kolotov V.P., Alenina M.V. Probleme de armonizare a terminologiei chimiei analitice. Iupac, gost, iso. Principiile armonizării terminologice. (Federația Societăților Europene de Chimie). Chimie analitică (definiție). V.I.Vernadsky RAS.
„Dezvoltarea chimiei” - Completat de: Uralbayeva K.A. Astana, grupa I. Eichi Negishi. Akira Suzuki. Chimiștii englezi A. Todd și D. Brown au fundamentat principiul de bază al structurii ARN. Van't Hoff Jacob Hendrik (30.8.1852 - 1.3.1911). Richard Heck. Născut la 13 august 1918 în Anglia. Frederick Sanger. Chimia coloidală a devenit o disciplină independentă care a apărut la granița dintre fizică și chimie.
„Subiect de chimie” - Solid. Transformări ale substanțelor. Cel mai faimos alchimist din Europa a fost Albert von Bolstat (cel Mare). Substanțele formate din atomi ai unui element chimic sunt numite simple. Studii de chimie. Selectați atribute pentru următoarele substanțe: CUPRU, FIER, LUTĂ. Poate fi prelucrat manual. Fără formă. Substanță - moleculă - atom.
Total la subiect 31 prezentari
