Строение молекул и атомов. Полимеры. Изотопы

Все вещества состоят из молекул, а молекулы из атомов, которые расположены в них строго в определенном порядке и последовательности. Молекулы простых веществ (элементов) состоят из атомов одного вида, сложные вещества содержат атомы разных видов. Если воздействовать на вещество тем или иным способом: нагревать его, соединять с другим веществом, пропускать через него электрический ток и т. д., то можно вызвать перегруппировку атомов (замещение), соединение их или, наоборот, разъединение (разложение). В результате этого образуются новые вещества. Например, действуя на воду (H₂O) электрическим током можно вызвать разложение ее на водород и кислород; нагревая, (соединяя) железо и серу, получим молекулы сернистого железа. А если в раствор хлорной меди поместить кусок железа, в ней произойдет замещение атомов железа и появятся молекулы хлористого железа.

Вещества, содержащие в своем составе углерод, называются органическими. Вещества, не содержащие углерода, называются неорганическими. К неорганическим относятся также такие, которые по свойствам и составу сходны с неорганическими: углекислый газ, окись углерода, угольная кислота и др. Неорганические и некоторые органические вещества (углеводороды) содержат в себе небольшое количество атомов, например, серная кислота (H₂SO₄) имеет два атома водорода, один атом серы и четыре атома кислорода. Органические соединения в большинстве своем состоят из большого числа атомов, например, спирт (С₂H₅OН) имеет два атома углерода шесть атомов водорода и один атом кислорода.

Существует много органических, так называемых высокомолекулярных соединений. Это такие химические соединения, молекулы которых (микромолекулы) содержат сотни и тысячи атомов; к ним относятся природные целлюлоза, белки, естественные смолы, натуральный каучук и искусственные синтетические смолы и каучуки, эфиры, целлюлозы.

Микромолекулы, состоящие из большого числа многократно повторяющихся одинаковых звеньев (групп), называются полимерами, а исходные низкомолекулярные вещества, из которых они образуются, - мономерами. Например, пластмасса, применяющаяся для электроизоляции и для различных стойких покрытий, называемая полиэтиленом, состоит из многократно повторяющихся атомных групп (СH₂ - СH₂)_х, где х указывает на количество этих групп. Полимеры в настоящее время приобретают большое значение в машиностроении для производства различных синтетических материалов.

Атомным весом называется число, показывающее, во сколько раз средняя масса атома данного элемента больше 1/18 части средней массы атома кислорода (атомный вес кислорода принят за единицу).

Атом представляет собой сложную электрическую систему - малое по объему в сравнении с объемом атома ядро, окруженное электронной оболочкой из электронов, число которых таково, что их общий отрицательный заряд по абсолютной величине равен положительному электрическому заряду ядра. Масса электронов значительно меньше массы ядра: она почти равна массе атома.

Атомное ядро любого атома состоит из протонов и нейтронов.

Протон - ядро атома водорода, имеющее положительный заряд.

Нейтрон - частица, не имеющая никакого заряда (нейтральная)

Вопрос, о строении атомного ядра имеет большое значение изучения и практического применения радиоактивности, в использовании атомной энергии и в искусственном превращении одного химического элемента в другой. Радиоактивностью называется самопроизвольный распад атомного ядра, сопровождающийся выбросом (излучением) различных частиц (электронов, ядер атома гелия и др.). Радиоактивными являются многие элементы: радии, уран и другие, у которых в течение многих лет идет распад ядер.

Изотопами называются разновидности химического элемент, имеющие одинаковые порядковые (атомные) номера, различные атомные веса.

Например, уран имеет порядковый номер (по таблице Менделеева) 92, а атомный вес 234. У урана есть два изотопа с атомными весами 235 и 238. Энергию атомного ядра изотопа уран, используют в атомных реакторах.

Радиоактивные изотопы могут быть получены искусственно в результате ядерных реакций. Например, можно получить радиоактивные калий, натрий, марганец, железо, фосфор, кобальт, цинк, водород, азот, кислород, углерод и др. Эти и другие элементы, получив радиоактивность, сохраняют ее в течение длительного времени - от нескольких часов до нескольких лет. Радиоактивными изотопами (мечеными атомами) широко пользуются в машиностроительной промышленности для различных исследований и контроля качества материалов и работы машин. Для этого радиоактивные изотопы вводятся в состав проверяемого материала или помещаются возле него. Поскольку изотоп постоянно и в любом состоянии излучает частицы вещества, то, следя за этим излучением при помощи специальных приборов, имеющих рентгеновские пленки, можно обнаружить в материале трещины, пористость, раковины и другие дефекты или же выявить направление волокон металла, направление течения и поведение смазки в машинах, жидкости и газа в системах машин и аппаратов.

Оболочка атома состоит из электронов. Электроны при соответствующих условиях (при возбуждении) могут отрываться от атома и переноситься на большое (теоретически бесконечно большое) расстояние. Это используется в радиотехнике и электротехнике. Так, например, движение электронов по проводам представляет собой электрический ток.