Приветствую вас, друзья!
Продолжаем тему химии живой материи.
Мы с вами выяснили, что живая материя состоит из химических элементов, которые также находятся в организмах в виде соединений, а также коснулись свойств веществ, которые могут отличаться в зависимости от их нахождении в соединениях или в чистом виде.
Закономерен вопрос: а от чего зависят свойства веществ?
Почему одни вещества "нелюдимы" и не вступают во взаимодействие с другими веществами, другие "капризные" и им нужны условия для этого, а третьих "хлебом не корми рвутся в бой" и обладают повышенной агрессивностью?
Секрет заключен в строении их атомов!
Разберёмся с этим подробнее.
Буков будет много, но, надеюсь, всем будет интересно. Погнали!
Давайте, познакомимся с атомом поближе и разберем его "на запчасти".
Что такое атом? Атом – это наименьшая частица вещества, сохраняющая свойства элемента. По размерам он настолько мал, что на самом острие иголки их уместится порядка миллиона.
Примечательно, что ранее атом считался неделимым и это предполагаемое свойство стало его названием (др.-греч. ἄτομος «неделимый, неразрезаемый»). Однако в конце XIX – начале XX века физиками были открыты субатомные частицы. Оказалось, что атом вполне себе состоит из более мелких частиц, этаких "кирпичиков". Эксперименты показали, что таких "кирпичиков" более сотни различных типов.
Спокойно, не расстраиваемся!
Из всего этого разнообразия нас, для изучения свойства веществ, интересуют только 3: нейтроны, протоны и электроны.
Нейтроны и протоны держатся вместе, образуя ядро атома. Нейтрон не имеет какого-либо заряда, но так как протон заряжен положительно, ядро в целом имеет положительный заряд. Отрицательно заряженные электроны на почтительном расстоянии от ядра и вокруг него устраивают хоровод. А если точнее, то окутывают ядро облаком. Даже 1 электрон за счет сверхвысокой скорости образует это облако, как в атоме водорода, к примеру.
Раз электрон не принят в ядро, то почему от не уходит от протона с нейтроном в свободный полет, можете вы спросить? А потому что его удерживает притяжение противоположных зарядов – плюс и минус притягиваются, а близкая к скорости света скорость электрона не дает ему упасть на ядро. Такой вот баланс образуется. Даже если электрон столкнется с ядром, то за счет скорости отскочит от него.
Интересный факт: между ядром и электроном – пустота. Если атом водорода представить размером с наше Солнце, то электрон несся бы по орбите где-то в районе Юпитера.
С размерами разобрались. Но у материи есть еще и масса. Привычные нам граммы для измерения атомов не годятся, так как в десятичной дроби будет очень много знаков или цифры с отрицательными степенями. Что же делать? На этот вопрос ответил английский учёный Джон Дальтон еще лет 200 назад.
Для удобства Дальтон ввел в обиход понятие единицы атомной массы, которая определяется как 1/12 массы несвязанного нейтрального атома углерода-12 в его ядерном и электронном основном состоянии и в состоянии покоя, а также дал этой единице собственное имя. То есть массу углерода-12 делим на 12 и получаем 1 Da.
Только ли массой отличаются атомы различных элементов? Есть параметр, который позволяет отнести конкретный атом к тому или иному элементу – это атомное число, то есть количество протонов в ядре. Он совпадает с порядковым номером элемента и если под рукой есть Периодическая таблица Менделеева, то очень легко и просто узнать сколько протонов в ядре элемента, который нас интересует. В электрически нейтральном статусе количество электронов равно количеству протонов.
Соответственно, суммарное количество протонов и нейтронов в ядре нам дает еще один параметр измерения – массовое число.
Количество нейтронов в ядре одного и того же элемента может меняться, а протонов – нет. В зависимости от количества нейтронов в ядре определенного элемента, вещества называют изотопами этого элемента.
Для иллюстрации возьмём углерод. У данного элемента самым распространенным в природе (порядка 99%) является изотоп углерод-12 (имеет 6 нейтронов), чуть менее 1% – углерод-13 (7 нейтронов) и очень редкий изотоп углерод-14 (8 нейтронов). При этом первые два изотопа стабильны, а последний – нет. Ядро углерода-14 способно к спонтанному распаду, в результате которой образуется другое более стабильное вещество – азот-14, имеющий по 7 протонов и нейтронов. Изотопы, подобные углероду-14, называются радиоактивными.
Практическое применение радиоактивные изотопы нашли в науке и медицине.
Они распадаются с определенной скоростью. Время, необходимое для расщепления 50% от общего количества родительского вещества, называется периодом полураспада. Этот период не зависит от факторов окружающей среды (температура, давление и т.д.). Скорость расщепления зависит только от конкретного элемента. Для различных радиоактивных элементов она колеблется от долей секунды до миллиардов лет. Так, период полураспада радона составляет 3,85 суток, радия – 1 тысячу 620 лет, а урана 4,5 миллиарда лет. Это свойство применяется для датировки, к примеру, различных окаменелостей некогда живших живых существ.
Кроме того, радиоактивные изотопы применяются для диагностики болезней. Особенно, онкологических. Рост и метаболизм раковых опухолей позволяет отследить процедура называющаяся "позитронной эмиссионной томографией".
А какое практическое применение изотопов знаете вы, друзья? Напишите в комментариях.
Если понравилась статья, будем рады лайку, если вы с нами - подпишитесь, впереди много интересного.