Иногда школьные преподы любят подловить на хитром вопросе. Спрашивают что-то из серии, а все ли атомы одинаковые? Или ещё одна разновидность вопроса - а одинаковые ли атомы одного и того же химического элемента? Парадоксально, но если дать правильный ответ, то, скорее всего, окажешься якобы неправ. Но...Давайте углубимся в вопрос!
Тут у нас икра слов. Два атома одного и того же химического элемента обычно не идентичны. Но в теории их можно считать одинаковыми. При этом следует помнить ряд важных моментов.
Прежде всего, существует ряд возможных состояний, которые могут занимать электроны атома.
Два атома одного и того же элемента могут быть разными, если их электроны находятся в разных состояниях.
Если у одного атома меди электрон находится в возбужденном состоянии, а у другого атома меди все электроны находятся в основном состоянии, то эти два атома различны. Возбужденный атом меди будет излучать немного света, когда электрон релаксирует обратно в основное состояние, а атом меди, уже находящийся в основном состоянии, этого не сделает.
Поскольку состояния электронов в атоме определяют природу химической связи, которую испытывает атом, два атома одного и того же элемента могут реагировать по-разному, если они находятся в разных состояниях.
Например, нейтральный атом натрия (скажем, из куска металлического натрия) реагирует с водой гораздо более бурно, чем ионизированный атом натрия (скажем, из кусочка соли).
Атом натрия из поваренной соли ведет себя совсем иначе, чем атом натрия из металлического натрия.
Но что, если два атома одного и того же элемента имеют электроны в одних и тех же состояниях? Такое ведь тоже может быть? Тогда они идентичны?
Нет, они все же не идентичны. Два атома одного и того же элемента даже в одном и том же электронном состоянии могут двигаться или вращаться с разной скоростью, что влияет на их способность к образованию химической связи. Медленно движущиеся атомы (например, атомы твердого железа) успевают образовать стабильные связи, тогда как более быстро движущиеся атомы (например, атомы жидкого железа) не могут образовывать такие стабильные связи. Медленно движущийся атом олова действует иначе, чем быстро движущийся атом олова.
Что же, возможна ситуация, что у двух атомов одного и того же элемента электроны находятся в одинаковых состояниях, и атомы движутся и вращаются с одинаковой скоростью. Тогда они идентичны?
Опять нет. Хотя два таких атома по существу химически идентичны (они будут химически реагировать одинаково), они не полностью одинаковы. В атоме есть нечто большее, чем электроны. Еще есть ядро.
Ядро атома содержит нейтроны и протоны, тесно связанные друг с другом.
Один и тот же химический элемент может иметь разное количество нейтронов и при этом оставаться одним и тем же элементом.
Мы называем атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов изотопами. Хотя конкретный изотоп не влияет на химическую реакцию атома, он определяет, как атом будет вести себя в ядерных реакциях. Некоторые изотопы очень быстро распадаются на другие элементы и излучают радиацию, тогда как другие изотопы этого не делают. Если вы проводите радиоуглеродное датирование, для процесса датирования важен тот факт, что атом углерода-12 не идентичен атому углерода-14. Простой подсчет количества атомов углерода в образце не даст вам никакой информации о возрасте образца. Вместо этого вам придется подсчитать количество различных изотопов углерода.
Тогда наверное если два атома представляют собой один и тот же элемент, имеют электроны в одном и том же состоянии, движутся и вращаются с одинаковой скоростью и имеют одинаковое количество нейтронов, тогда они всё-таки идентичны?
Опять нет. Так же, как и электроны, нейтроны и протоны в ядре могут находиться в различных возбужденных состояниях. Кроме того, ядро в целом может вращаться и вибрировать с различной скоростью. Следовательно, даже если все остальное одинаково, два атома могут иметь ядра в разных возбужденных состояниях и по-разному вести себя в ядерных реакциях.
Очень сложно сделать так, чтобы два атома одного и того же элемента были абсолютно идентичными.
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта! Там самое интересное по теме.
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!