КРЕМЕНЬ

 

 

МОЛЕКУЛА. 100 сортов атомов и миллионы химических соединений

 

 

 

Разумеется, это не мое изобретение, а заимствованное у специалистов-химиков, но оно мне больше всего понравилось, ибо наталкивает на единообразие мышления.

 

Итак, химия - наука о строении и превращениях веществ. Зародилась она много тысяч лет назад: еще жрецам Древнего Египта были известны способы получения многих полезных веществ из веществ менее полезных. В те незапамятные времена люди мало знали, но довольно многое умели. Умение от понимания было отделено глубокой пропастью. Как впрочем и сейчас саму химию разделили такой же пропастью на органическую и неорганическую. И если бы не были открыты порфирины - мостики через эту пропасть, - то нельзя было бы доказать, что нет резкой грани между неживой и живой материей, о чем всегда, кстати, говорил академик В.И. Вернадский.

 

Число веществ, известных сейчас науке, грандиозно. Миллионы химических соединений иногда со звучными, иногда с неудобопроизносимыми названиями заполняют страницы современных химических справочников. Но атомов в природе всего сто с небольшим. Законы физики запрещают сколь-нибудь длительное существование элементов с номерами, превышающими, например, 120. Итак, сто сортов атомов - и миллионы различных веществ.

 

Почему такое возможно? Какие свойства атомов позволяют создавать новые и новые химические соединения с самыми различными свойствами?

 

В 1647 году Пьер Гассенди издал книгу, в которой убедительно показал, каким образом из небольшого числа атомов могут получаться миллионы разнообразных веществ. Подобно тому, как из трех материалов - кирпичей, досок и бревен - можно построить огромное число разнообразных домов, так из нескольких десятков атомов могут создаваться тысячи тысяч химических веществ. При этом, по Гассенди, в каждом теле различные атомы соединяются в небольшие группы. Эти группы Гассенди назвал молекулами, что в переводе с латинского звучит примерно как "массочка". Название удачное: масса молекул действительно мала.

 

Существование молекул долгое время было гипотезой. Еще век назад находились ученые, авторитетно заявлявшие, что в середине XX века упоминание о молекулах можно будет встретить лишь в покрытых пылью книгах. Однако в первом десятилетии XX века были поставлены решающие опыты, которые доказали существование молекул; в наши дни некоторые молекулы даже видны на экранах электронных микроскопов. %

 

И все же еще рано говорить о том, что все уже ясно ученым и пора здесь поставить точку. К сожалению, это далеко не так, даже теперь, в 1995 году, спустя 348 лет после первого упоминания о молекулах. Они все еще преподносят ученым сюрпризы. И хотя школьники сегодня свободно оперируют этим термином и не менее свободно пишут уравнения реакций между молекулами, понятие молекулы далеко не так просто, как кажется.

 

Возьмите кристаллик обычной поваренной соли (натрий хлор). Много усилий потратили химики, прежде чем установили, что в этом непременном компоненте нашей трапезы содержится поровну атомов натрия - активного металла - и хлора - столь же активного неметалла. Оба эти элемента губительны для здоровья человека, но, объединившись друг с другом в хлористый натрий, то есть в поваренную соль, становятся абсолютно необходимыми для организма. Неспроста дорогих гостей встречают с "хлебом-солью".

 

И вот давайте зададим на первый взгляд довольно наивный вопрос: из чего построены кристаллы хлористого натрия?

 

Как будто естественно предположить, что пара атомов - натрий и хлор - образуют молекулу поваренной соли. В самом деле, во многих учебниках химии вы можете увидеть рисунок, на котором изображены два касающихся друг друга шарика. Один шарик - атом натрия, другой - атом хлора, вместе - молекула натрий-хлор.

 

Так вот этот рисунок - ошибка. Молекулы натрий-хлор не существует!

 

Рисунок в искаженной форме передает тот несомненный факт, что в состав поваренной соли всегда входит равное количество атомов натрия и хлора. Наименьшей единицей состава поваренной соли является пара атомов натрия и хлора. Но никакая пара атомов внутри любого кристаллика соли не образует физической отдельности, молекулы. Рентгеновское исследование кристалла хлористого натрия показывает, что у каждого атома хлора имеется шесть совершенно равноправных соседа - атомов натрия. А каждый атом натрия окружен шестью совершенно одинаково с ним взаимодействующими атомами хлора. Но ни одна пара натрий - хлор физически никак не обособлена, значит, в кристалле поваренной соли молекул натрий-хлор нет. Они существуют лишь формально - как мельчайшие порции состава.

 

А что происходит когда мы солим воду? Может быть, в растворе существуют молекулы соли - прочно связанные между собой пары атомов натрий и хлор? Нет. В растворе находятся ионы натрия и хлора, а обособленной пары натрий-хлор опять-таки не обнаруживается.

 

Так, может, критики молекулярной теории правы? Может быть молекул вообще не существует?

 

Давайте разберемся, нет ли противоречия между утверждениями о несомненной реальности молекул и нашими "нападками" на молекулу поваренной соли.

 

Молекулы, конечно, существуют, но они редкость в мире неорганических кристаллов и в растворах неорганических веществ. Их вотчина - элементарные газы и органические соединения.

 

Всем известен "сухой" лед - твердая углекислота С02. (Вспомним, что это - также и составляющая комет). Результаты исследования строения кристаллов углекислоты разительно отличаются от того, что мы уже знаем о поваренной соли. Оказывается, молекулы С02 очень легко "узнать" в кристалле. Центры трех атомов этой молекулы расположены на одной прямой, расстояние между атомами С и О внутри молекулы равно 1,3 ангстрема, а соответствующее ра- стояние между атомами, принадлежащими разным молекулам, почти три ангстрема. Различие в расстояниях очень важный факт. Ведь расстояние между атомами показывает, насколько сильно они притягиваются друг к другу. (Раз вода, углекислота и аммиак составляющие комет, то они, родившись в просторах Вселенной, были "зафиксированы", словно фотографические снимки, силовыми полями космоса). Сильно притягиваются, сильнее связаны - расстояние меньше. Притяжение слабее - атомы друг от друга отдалились. Присмотримся к любому атому кислорода в кристалле С02. С атомом углерода "своей" молекулы этот атом связан несравненно прочнее, чем с атомом углерода соседних, "чужих" молекул.

 

Здесь мы, наконец, видим совпадение формального "элемента состава" С02 с реально существующей физической отдельностью - молекулой С02.

 

Кроме того, какое бы органическое вещество мы не рассматривали, можно обнаружить реально существующие, устойчивые, дол- гоживущие молекулы. Именно благодаря тому, что они могут существовать, и зародилась на Земле жизнь.

 

Подведем итоги. Бесконечное разнообразие свойств химических соединений объясняется тем, что 100 сортов атомов по воле природы (и человека) могут сочетаться в самые причудливые комбинации. Однако одни атомы (например, натрий и хлор), образуя химическое соединение, не проявляют склонности к, так сказать, "семейной" жизни, они образуют "толпу", их молекулы существуют лишь условно как формальные единицы состава вещества. Другие же атомы (например, С и О, С и Н) проявляют явно выраженную склонность к образованию замкнутых ячеек, четко разделяющихся групп, состав которых в точности соответствует составу вещества. Такие мельчайшие замкнутые атомные постройки, каждая из которых имеет свойства слагаемого ими вещества, мы и называем молекулами.

 

Тогда, естественно, возникает вопрос: какие силы действуют между атомами в кристалле поваренной соли и в молекуле углекислоты? И вообще, какие силы заставляют атомы связываться в молекулы?

 

Вот тут-то и надо напомнить о "вечных странниках Вселенной" - протонах. В них есть то начало жизни вообще, которое и приводит все в гармонию.

 

Вспомним, что в воде есть мицеллы (рои) структурированных молекул, а также и диссоциирующие молекулы воды.

 

 

К содержанию книги: Камень кремень

 



 Смотрите также:

 

Крымский кремень  как добывали кремень  лечебные свойства камней и минералов