Книга по химии для домашнего чтения - Борис Степин

Лотар-Юлиус Мейер (1830–1895) — немецкий профессор химии, член-корреспондент Берлинской академии наук, иностранный член- корреспондент Петербургской академии наук с 1890 г., занимался проблемами физиологии, историей химических теорий и отчасти физической химией.

Одно время он пытался расположить химические элементы по возрастанию их степеней окисления. В 1864 г. в книге «Современные теории химии» Мейер предложил располагать элементы по группам, но дальше этого предложения не пошел и понятие «группа элементов» не раскрыл. Только в 1870 г., после опубликования Менделеевым Периодического закона, появилась статья Мейера, в которой он рассмотрел общую систему химических элементов, расположив их по возрастанию атомных масс, что сделал до него еще Ньюлендс (см. 2.16).

Сам Мейер признавал приоритет Менделеева в открытии Периодического закона. В одной из своих статей, опубликованных после 1870 г., он писал: «В 1869 г., раньше, чем я высказал свои мысли о периодичности свойств элементов, появился реферат статьи Менделеева…» о Периодической системе и Периодическом законе, позволявшем предсказывать свойства еще не открытых химических элементов.

Однако позднее, в 1880 г., Мейер опубликовал статью с претензией на приоритет открытия Периодического закона. Менделеев по этому поводу написал, что «… Лотар Мейер раньше меня не имел в виду периодического закона, а после меня нового ничего к нему не прибавил». Следует добавить, что Мейер считал долгое время основным свойством простых веществ степень окисления, а не атомную массу.

4.11. ЛЕГЧЕ ВОДОРОДА?

Менделеев считал, что легче водорода H могут быть два химических элемента, пока не обнаруженных в природе: элемент x, названный им ньютонием, и элемент y, которому он дал имя короний. Для ньютония Менделеев ввел в свою систему нулевой период, а элемент короний он поместил в I-й период до водорода. Оба элемента, по его мнению, должны находиться в нулевой группе Периодической системы.

Менделеев полагал, что ньютоний не только наилегчайший, но и химически наиболее инертный химический элемент, обладающий высочайшей проникающей способностью. После Менделеева отдельные исследователи пытались представить в качестве такого химического элемента нейтральную ядерную частицу нейтрон n0. Теперь мы знаем, что в Периодической системе элементов не может быть химических элементов легче водорода.

4.12. ФЕНОМЕН ПОЗИТРОНИЯ

Получены атомы позитрония, химический символ Ps, и атомы мюония, химический символ Mu. В атомах позитрония вообще нет ядра. Они состоят из электрона e- и позитрона e+ , перемещающихся вокруг некоторого геометрического центра.

Время жизни позитрония невелико, всего 10-6 с. Электрон и позитрон рано или поздно сталкиваются и исчезают, превращаясь в фотоны, кванты энергии. Позитроний может участвовать в различных химических реакциях. Он восстанавливает катионы железа Fe3+ до Fe2+ :

замещает иод в его молекуле:

Ps + I2 = PsI + I,

может присоединяться к атому водорода:

Ps + H = PsH.

Последнее соединение является не двухатомной молекулой, а атомом, в котором в поле действия протона p+ находятся два электрона e- и позитрон е+ .

Синтезированы атомы, состоящие из положительно заряженного мюона Mu+ и электрона, получившие название атомов мюония. Эти атомы напоминают атомы водорода, только вместо протона в ядре находится мюон с массой покоя в 200 раз большей массы электрона. Мюоний, как и позитроний, нестабилен и существует около 10-6 с. Позитроний и мюоний не относятся к атомам химических элементов Периодической системы Менделеева.

4.13. КАКОЕ НАЗВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА САМОЕ КУРЬЕЗНОЕ?

Наверное, все согласятся, что это название элемента № 33 — мышьяка, символ As. Русское название произошло от слова «мышь». Ядовитые препараты мышьяка использовали в старину для истребления мышей и крыс. Не следует думать, что русское название этого элемента является каким-то исключительным. Сербы и хорваты называют элемент № 33 «мишомором», азербайджанцы и узбеки — «маргумушем»: «мушь» — мышь, а «мар» — убить. А арабское название «арса наки» означает «глубоко проникающий яд». Это слово созвучно латинскому названию элемента № 33 — «арсеникум» и греческому — «арсен и кон». Любопытно, что слово «арсен» по-гречески означает «мужественный, сильный». Поэтому в XIX в. выдвигалось предположение, что русское имя элемента происходит не от слова «мышь», а от слова «муж», будто бы существовал на Руси в древние времена термин «мужьяк», и лишь впоследствии он «переродился» в название мышьяк (см. 4.23).

4.14. ВПЕЧАТЛИТЕЛЬНЫЕ ХИМИКИ

Что больше отражено в названиях химических элементов: цвет простых веществ, их запах или вкус?

Если судить по названиям химических элементов, открытых химиками, то последних больше всего впечатлял цвет простых веществ и цвет спектральных линий в спектрах излучения соединений новых элементов. Так, хлор Cl в переводе с греческого слова «хлорос» означает желто-зеленый (см. 4.37). Иод I получил свое название по цвету своего пара. В переводе с греческого «иодес» означает — фиолетовый (см. 4.39). Твердой сере S8 дали имя, производное от древнеиндийского слова «сира» — светло-желтый цвет. Название элемента родия Rh произошло от греческого слова «родон» — роза, по розовому цвету ряда соединений родия, а иридия Ir — от греческого слова «ирис» — радуга, из-за разнообразия окраски солей иридия. Элемент хром Cr получил свое имя от греческого слова «хрома» — окраска, цвет. Соли хрома почти всегда окрашены.

После изобретения спектроскопа стало возможным устанавливать присутствие элемента по набору цветных линий в спектре излучения его соединений. Элемент таллий Tl назван по ярко- зеленой линии с длиной волны 535 нм. Греческое слово «таллос» означает молодую зеленую ветку. Элемент рубидий Rb получил название по двум темно-красным линиям 780 и 795 нм в спектре его солей. Латинское слово «рубидус» означает темно-красный. Название элемента цезия Cs произошло от слова «цезиум», что у древних римлян означало голубой цвет верхней части «небесного свода». В спектре излучения солей цезия обнаружены две голубые линии с длиной волны 455 и 459 нм. Название индий элемент № 49, символ In, получил по цвету синей линии в спектре излучения его солей, имеющей длину волны 451 нм, цвет которой был очень похож на цвет древней синей краски индиго.

Только два элемента названы по запаху их простых веществ: это бром Br, греческое слово «бромос» означает зловоние (см. 4.38), и элемент осмий Os, греческое слово «осме» в переводе означает запах (см. 4.48). Тетраоксид осмия OsO4 имеет резкий запах.

По вкусу простого вещества не назван ни один химический элемент.

4.15. СОБСТВЕННЫЕ ИМЕНА ИЗОТОПОВ

Изотопы (см. 4.60) всех химических элементов, кроме изотопов водорода, названий не имеют. Для изотопов же водорода AZH приняты следующие наименования: 11H — протий 21H = D — дейтерий, 31H = Т — тритий. Только четвертый изотоп 41H, неизвестный в природе, не получил специального названия и символа.

Ядра первых трех изотопов также носят специальные названия: протон p+ , дейтрон d и тритон t. Тритий, в отличие от протия и дейтерия, радиоактивен, он испускает мягкие β-лучи с периодом полураспада 12,3 года, превращаясь в атомы гелия 32He. В обычной воде один атом трития приходится на 1018 атомов протия. Это означает, что во всей гидросфере Земли находится не более 100 кг трития.

Земной тритий — космического происхождения: нейтроны космоса превращают атомы азота в атомы углерода и трития:

147N + 10n = 126C + 31H(T).

Искусственный тритий получают в ядерных реакторах при взаимодействии атомов лития Li с нейтронами:

63Li + 10n = 73Li = 42He + Т.

4.16. ЕСТЕСТВЕННО РАДИОАКТИВНЫЕ

Это калий K и рубидий Rb, создающие ту фоновую радиацию, в которой человечество жило тысячелетиями.

Элемент K (порядковый номер 19), встречающийся в природе в значительном количестве (2,5%), имеет три изотопа (см. 4.60): 39K (93,26%), 41K (6,73%), 40K (0,01%). Только последний изотоп радиоактивен. Половина атомов изотопа распадается за 1,3∙109 лет. Такое время называют периодом полураспада:

4019K = 4020Ca + e-↑; 4019Ca + e- = 4018Ar.

При распаде ядра 40K в 88% случаев испускается электрон e- и образуется изотоп кальция 4020Ca, а в 12% — происходит захват ядром электрона с нижнего энергетического уровня (K-захват) и появляется изотоп аргона 4018Ar. При захвате ядром электрона протон ядра превращается в нейтрон, в результате чего атомный номер (см. 4.4) элемента уменьшается на единицу, т. е. ядро калия превращается в ядро аргона. Ежегодно из 1 г калия образуется около 4∙10-12 мл аргона, поступающего в атмосферу (см. 4.6, 4.29). Миллиарды лет назад изотоп 40K был одним из главных генераторов теплоты в земной коре. Его тогда было много, примерно 2%.