Техника - молодёжи 1952-12, страница 5

Химику вселенная представляется гигантской лабораторией. Многие явления природы: будь то тление древесины или дыхание цветка, многие процессы в промышленности, идет ли речь о восстановлении железа из руды или об отбелке ткани, — все это сложные химические реакции. И в природе и в промышленности - всюду, где атомы соединяются в молекулы или где молекулы реагируют друг с другом или с отдельными атомами, протекают химические реакции. На химических реакциях зиждутся все процесйы, связанные с преобразованием вещества.

Химические реакции привели к образованию живой материи, они же лежат в основе всех жизненных процессов.

Реакция горения угля - одна из самых простых. Она известна давно. Мы знаем, что в этой реакции атом углерода соединяется с двумя атомами (молекулой) кислорода. Зная атомные веса углерода и кислорода, можно сказать, что на каждые 12 граммов углерода требуется при горении 32 грамма кислорода, причем получается 44 грамма углекислого газа.

Ни о чем больше уравнение этой реакции не говорит. А знать о ней надо гораздо больше.

И вот химики решаются исследовать невидимое. Они пытаются узнать, в каком виде - в виде атомов или молекул - реагируют кислород и углерод, сразу ли образуется при реакции углекислый газ, или же вначале возникают какие-то проме-жуточныэ соединения...

Как же это осуществляется?

Ведь атомы -и молекулы чрезмерно малы. Их невозможно разглядеть даже в самый сильный микроскоп. Не поддается непосредственному наблюдению и процесс взаимодействия между атомами и молекулами, то-есть сама реакция.

До сих пор для изучения химических реакций применялось два метода: спектральный и кинетический.

Спектральным анализом иногда можно открыть промежуточные продукты реакции, получающиеся в процессе химического взаимодействия атомов и молекул, и, таким образом, судить о всей реакции от начала до конца.

Кинетический метод основан на изучении скоростей реакции. Для этого изменяют концентрации реагирующих веществ, температуру, давление и т. д. и определяют при

ИЗМ ХИМИ' РЕАКЦИЙ

Г. МИКЛУХИН

(Институт физической химии имени Л. В. Писаржеяского А. Н. УССР) (г. Кие»)

Рис. А. ЛЕБЕДЕВА

этом, насколько изменяются скорости реакции. Таким путем тоже можно получить некоторое представление о промежуточных стадиях реакции.

Не так давно советская наука обогатилась еще одним методом изучения химических реакций. Этот метод назван изотопным. В основе его лежит наблюдение за изотопами тех атомов, которые активно участвуют в реакции.

Вспомним, что такое изотопы.

Атомы всех элементов состоят из ядер и обращающихся вокруг них отрицательно заряженных электронов. Атомные ядра состоят из положительно заряженных частиц—протонов и нейтральных частиц — нейтронов. Атом в целом электрически нейтрален, потому что число положительных протонов в ядре атома равно числу отрицательных электронов, окружающих ядро. Требование электронейтральности не ограничивает, однако, числа нейтронов в ядре, — в этом разгадка явления изотопии.

К примеру, атом водорода состоит из одного электрона и одного протона. Нейтронов в ядрах атомов обычного водорода нет.

Допустим теперь, что нам удалось ввести в ядро атома водорода один нейтрон.

В какой элемент превратится при этом водород?

Оказывается, он останется водородом. Ведь характеристикой каждого элемента является заряд его ядра, то-есть количество протонов в нем. А в нашем случае число протонов осталось неизменным. Следовательно, водород остался во* дородом.

Но все же ядро атома водорода при введении в его состав нейтрона несколько изменилось, а поэтому

Атом водорода гораздо крепче удерживается атомом кислородд, чем атомом углерода.

0-О

связь дРЕпче

о

свяэг. слабее

СВЯЭг. слабее

со—II

С—II

естественно, что несколько изменились и химические и физические свойства водорода.

Все сорта атомов, занимающие одну и ту же клетку периодической системы Д. И. Менделеева, представляют один и тот же элемент. Каждый из них отличается от других количеством нейтронов в ядре, а следовательно, своими свойствами. .

Такие атомы-близнецы называются изотопами данного элемента. Обычно разница в физических и особенно в химических свойствах у различных изотопов данного элемента невелика.

Сильно отличаются изотопы лишь атомными весами.

У атомов водорода, содержащих один протон и один электрон, атомный вес равен 1. Это обычный, так называемый легкий изотоп водорода - протий.

У атомов водорода, имеющих в своем составе по одному прогону, одному нейтрону и одному электрону, атомный вес равен 2. Это дейтерий, то-есть тяжелый изотоп водорода.

Наконец, известен третий изотоп водорода с атомным весдм, равным 3. В состав его атомов входят один протон, два нейтрона и один электрон. Этот изотоп водорода получил название трития. В отличие от первых двух изотопов водорода, тритий радиоактивен и медленно распадается, излучая (электроны. Таким образом, первое резкое различие изотопов кроется в атомном весе, а второе их отличие заключается в радиоактивности.

Особые названия — протий, дейтерий, тритий — имеют только изотопы водорода. Изотопы других элементов обозначают по атомным весам. Например, обычный, самый преобладающий в природном кислороде изотоп кислорода, имеющий атомный вес 16, обозначают О¹⁶. Тяжелые изотопы кислорода обозначают О¹⁷ и О¹⁸. Первый из них имеет атомный вес 17 и содержит в ядре на нейтрон больше, чем изотоп О". Второй, с атомным весом 18, имеет в ядре два лишних нейтрона.

Изотопы различаются и по ряду других физических свойств. Tax, например, соединение дейтерия с кислородом, так называемая тяжелая вода (D»0), имеет удельный вес, равный 1,10? вместо 1,000 для обычной воды. Пользуясь этим различием удельных весов, можно легко определить содержание тяжелой во~

3