Наверняка вы слышали о тяжёлой воде. Это вещество – не выдумка фантастов, оно действительно существует. Формула тяжёлой воды D2O. Если взглянуть в таблицу Менделеева и поискать там элемент, который обозначает буквой D, то ничего не найдётся. Всё дело в том, что D – это дейтерий, он же тяжёлый водород (поэтому и вода называется тяжёлой). А вот что же такое дейтерий и как он связан с водородом?
Давайте снова обратимся к таблице Менделеева. Относительные атомные массы элементов там представляют собой нецелые числа. Но масса атома, как мы знаем, складывается из массы входящих в него частиц: протонов, нейтронов и электронов. Масса электрона настолько мала, что её можно не учитывать. Но и протон, и нейтрон имеют массу в 1 а.е.м. Обратите внимание – это целое число! Число протонов и нейтронов тоже всегда целое, так как же масса атома получается дробной? И тут вступают в дело изотопы.
Изотопы – это разновидности атомов, имеющие одинаковый заряд, но различающиеся массой.
Проще говоря, изотопы имеют одинаковое число протонов (именно поэтому заряд ядер у них одинаков), но разное число нейтронов! Рассмотрим это на примере водорода.
Атом водорода состоит из одного протона и одного электрона. Заряд его ядра +1 (потому что протон только один), масса атома водорода – 1 а.е.м. (напомню, что масса электрона ничтожно мала, так что её не считают). А вот атом дейтерия состоит из одного протона, одного нейтрона и одного электрона. Заряд ядра дейтерия по-прежнему +1 (потому что протон по-прежнему один), но масса – уже 2 а.е.м., потому что к протону добавился нейтрон (масса протона 1 а.е.м., масса нейтрона 1 а.е.м., то есть в сумме масса атома равна 2 а.е.м.). Фактически дейтерий – тот же водород, но его атом тяжелее. Именно поэтому он получил название «тяжёлый водород». Кстати, существует ещё и сверхтяжёлый водород! Он называется «тритий» и обозначается Т. Его атом состоит из одного протона, двух нейтронов и одного электрона. Масса атома трития – 3 а.е.м.
Водород, дейтерий и тритий – изотопы. У них одинаковый заряд ядра (+1, потому что в ядре всего один протон), но разная масса. Кстати,
изотоп водорода без нейтронов тоже имеет своё название – протий, но оно используется очень редко.
Обычно говорят «водород» и подразумевают именно тот изотоп, в котором нет нейтронов. Обратите внимание, что
число электронов у изотопов тоже не меняется!
Это очевидно: число электронов всегда равно числу протонов, от числа нейтронов это никак не зависит. Не упускайте это из виду.
Ну и, наконец, ответ на вопрос, почему в таблице Менделеева у элементов масса нецелая. В природе почти у всех элементов есть изотопы. Но распространённость их разная. 99,9885% всего водорода в природе приходится на обычный водород, 0,0115% - на дейтерий. Тритий – элемент радиоактивный и нестабильный, его чрезвычайно мало, так что им можно пренебречь.
Средняя масса атома рассчитывается с учётом массы изотопа и его процентного содержания в общем количестве элемента.
Для водорода расчёт выглядит так: (1 а.е.м (для водорода)*99,9885%+2 а.е.м. (для дейтерия)*0,0115%)/100%=1,000115 а.е.м. Именно эти цифры (иногда в округлённом виде) вы и увидите в таблице Менделеева.
