Общая схема атома – самая грубая.

Итак, теперь можно сформулировать общее положение, на котором мы и будем изучать атом дальше – самая грубая схема, которую мы начнем постепенно уточнять и усложнять: атомы всех без исключения химических элементов состоят из тяжелых, положительно заряженных ядер и вращающихся вокруг них легких, отрицательно заряженных электронов.

Количество протонов равно количеству электронов, так что атом в целом электрически нейтрален. Если по какой-то причине выбить из атома один электрон, то атом станет положительно заряженным с зарядом «+1», и поэтому он при первой же возможности притянет и захватит свободно блуждающий электрон и снова станет электрически нейтральным. При этом вещество останется тем же, что и было, то есть если из атома золота выбить один или несколько электронов, то мы получим положительно заряженный атом того же самого золота – во всех химических и физических реакциях такой атом будет проявлять себя как обычное золото. То же самое произойдет, если атом захватит лишний электрон – такое тоже бывает. Мы все равно получим атом золота, но он будет иметь заряд «-1».

Атом, в котором либо не хватает одного или нескольких электронов, или есть избыточный один или несколько электронов, называется «ион». Например, если в ядре пять протонов и их совокупный заряд равен «+5», и если в том же атоме есть шесть электронов, и их совокупный заряд равен «-6», то общий заряд атома равен сумме зарядов: «+5» + «-6» = «-1». Атом, в котором электронов на один больше, чем протонов, имеет заряд «-1», а тот, в котором электронов на 1 меньше, чем протонов, имеет заряд «+1». Такие атомы еще называются «ионизированными». Если же имеется разница в два электрона, говорят, что атом «дважды ионизирован». Слово «ионизированный» нередко используют и в обобщенном смысле, то есть им обозначают такой атом, в котором есть неравное число протонов и электронов.

Запись «Au⁺²» обозначает, что перед нами – ион золота, который потерял два электрона и в итоге имеет положительный заряд «+2». Аналогично используются записи типа «Ni^-1» и т.п.)

По-другому обстоит дело, если мы изменим количество протонов в ядре. Это приведет к тому, что химическое вещество станет другим. Если мы возьмем атом ртути и вынем из него один протон, то получившийся атом будет настоящим, полноценным, совершенно реальным золотом независимо от того, останется в нем на какое-то время лишний теперь электрон или нет.

В специальном ускорителе можно облучать платину протонами, то есть посылать на атомы платины летящие протоны. Если протон будет лететь слишком медленно, он отразится от положительно заряженного ядра. Если слишком быстро – он или пролетит мимо, или отразится от ядра и улетит дальше или даже разобьет ядро на части. Но если точно подобрать его скорость, то протон преодолеет сопротивление протонов в ядре, подлетит к ядру и останется там, будучи схваченный слабым взаимодействием, которое действует только на очень коротком расстоянии. И вот тогда платина превратится в золото. С другой стороны, если взять ртуть и достаточно быстрой и энергичной частицей выбить из состава ядра один протон, то ртуть превратится в золото.

Интересно, что древние алхимики именно из ртути пытались получить золото. Как они догадались, что именно ртуть подходит для этого больше всего, так как в атоме ртути 80 протонов, а в атоме золота – 79? Для меня это загадка. На самом деле, если бы мы пытались освоить промышленное получение золота таким путем, то больше подошел бы свинец – у него в ядре 82 протона, и выбить надо целых три, чтобы получить золото, зато он очень дешевый и распространенный элемент, в то время как ртуть сравнительно редко встречается в земной коре – лишь 0,08 частей на миллион. Однако, стоимость такого получения золота очень и очень высока, поэтому экономического смысла в таком производстве нет.

Количество нейтронов в ядре также может меняться, и при этом химический элемент останется таким же, какой и был, то есть его химические свойства останутся неизменными, хотя физические свойства изменятся.

Если взять обычный атом любого элемента, и произвольно добавлять в его ядро нейтроны, или убирать их оттуда, то все получающиеся атомы, в том числе и исходный – все они называются «изотопами» этого элемента. Изотоп натрия, например, это такой атом, в ядре которого 11 протонов и сколько угодно нейтронов. Любой атом, в котором есть 11 протонов, является изотопом натрия независимо от того – сколько в ядре этого атома нейтронов.

Изотопы бывают стабильные и нестабильные, часто встречающиеся и редко встречающиеся. Некоторые изотопы можно создать только искусственно в лабораторных условиях.

(Легко запомнить слово «изотоп» - «вместе топать», ведь изотопы одного элемента находятся на одной клетке в таблице Менделеева).

Химия – это наука о превращении веществ, поэтому когда я говорю, что «химические свойства элемента не меняются», это означает, что этот элемент продолжает реагировать тем же самым образом на другие элементы, вступать в точно такие же химические реакции. Любой изотоп натрия вступит в химическую реакцию с любым изотопом хлора и получится поваренная соль.