Ксения Кармацкая

СКВОЗЬ ДЖУНГЛИ

ХИМИИ
школьный курс нескучно и понятно

УДК 373.5:54
ББК 24я721
К24

К24

Кармацкая, Ксения.
Сквозь джунгли химии. Школьный курс нескучно и понятно /
Ксения Кармацкая. — Москва : Эксмо, 2023. — 144 с. — (Научпоп
для начинающих).
«Сквозь джунгли химии» — иллюстрированный путеводитель по школьному
курсу химии от популярного блогера Ксении Кармацкой. Вы научитесь разбираться в темах, которые раньше казались скучными и трудными, и сдавать все
экзамены только на «5».
УДК 373.5:54
ББК 24я721
© Кармацкая К., текст, 2022
© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2022

ISBN 978-5-04-143549-3

Âñå ïðàâà çàùèùåíû. Êíèãà èëè ëþáàÿ åå ÷àñòü íå ìîæåò áûòü ñêîïèðîâàíà, âîñïðîèçâåäåíà â ýëåêòðîííîé èëè
ìåõàíè÷åñêîé ôîðìå, â âèäå ôîòîêîïèè, çàïèñè â ïàìÿòü ÝÂÌ, ðåïðîäóêöèè èëè êàêèì-ëèáî èíûì ñïîñîáîì,
à òàêæå èñïîëüçîâàíà â ëþáîé èíôîðìàöèîííîé ñèñòåìå áåç ïîëó÷åíèÿ ðàçðåøåíèÿ îò èçäàòåëÿ. Êîïèðîâàíèå,
âîñïðîèçâåäåíèå è èíîå èñïîëüçîâàíèå êíèãè èëè åå ÷àñòè áåç ñîãëàñèÿ èçäàòåëÿ ÿâëÿåòñÿ íåçàêîííûì è âëå÷åò
óãîëîâíóþ, àäìèíèñòðàòèâíóþ è ãðàæäàíñêóþ îòâåòñòâåííîñòü.

Научно-популярное издание
НАУЧПОП ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ

Кармацкая Ксения

СКВОЗЬ ДЖУНГЛИ ХИМИИ. ШКОЛЬНЫЙ КУРС НЕСКУЧНО И ПОНЯТНО
Главный редактор Р. Фасхутдинов
Руководитель направления В. Обручев
Ответственный редактор Ю. Лаврова
Выпускающий редактор Ю. Клюшина
Художественный редактор Р. Муртазин

Страна происхождения: Российская Федерация
ШыIарылIан елі: Ресей Федерациясы
ООО «Издательство «Эксмо»
123308, Россия, город Москва, улица Зорге, дом 1, строение 1, этаж 20, каб. 2013.
Тел.: 8 (495) 411-68-86.
Home page: www.eksmo.ru E-mail: info@eksmo.ru
Rндіруші: «ЭКСМО» АSБ Баспасы,
123308, Ресей, Tала МUскеу, Зорге кVшесі,1 Wй, 1 Iимарат, 20 Tабат, офис 2013 ж.
Тел.: 8 (495) 411-68-86.
Home page: www.eksmo.ru E-mail: info@eksmo.ru.
Тауар белгісі: «Эксмо»
Интернет-магазин : www.book24.ru
Интернет-магазин : www.book24.kz
Интернет-дкен : www.book24.kz
Импортёр в Республику Казахстан ТОО «РДЦ-Алматы».
SазаTстан РеспубликасындаIы импорттаушы «РДЦ-Алматы» ЖШС.
Дистрибьютор и представитель по приему претензий на продукцию,
в Республике Казахстан: ТОО «РДЦ-Алматы»
SазаTстан Республикасында дистрибьютор жUне Vнім бойынша арыз-талаптарды
Tабылдаушыны[ Vкілі «РДЦ-Алматы» ЖШС,
Алматы T., Домбровский кVш., 3«а», литер Б, офис 1.
Тел.: 8 (727) 251-59-90/91/92; E-mail: RDC-Almaty@eksmo.kz
Rнімні[ жарамдылыT мерзімі шектелмеген.
Сертификация туралы аTпарат сайтта: www.eksmo.ru/certification
Сведения о подтверждении соответствия издания согласно законодательству РФ
о техническом регулировании можно получить на сайте Издательства «Эксмо»
www.eksmo.ru/certification
Rндірген мемлекет: Ресей. Сертификация TарастырылмаIан

12+

Дата изготовления / Подписано в печать 06.09.2022.
Формат 84x1001/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 14,0.
Тираж
экз. Заказ

ХИМИЯ

И СТРОЕНИЕ
ВЕЩЕСТВА

ВСЁ СОСТОИТ
ИЗ ЧАСТИЦ
Посмотри вокруг, что ты видишь? У меня вот перед глазами стол,
на нем компьютер, а рядом стакан воды. Нас окружает огромное
количество совершенно различных предметов. Однако у них есть
кое-что общее — все они состоят из мельчайших частиц, которые
нельзя увидеть просто так. Но поверь, они существуют, и очень
скоро ты многое о них узнаешь!

КАК УВИДЕТЬ ЧАСТИЦЫ
Представь, что у тебя на кухне готовится любимое блюдо. Если это,
скажем, булочки с корицей, ты наверняка почувствуешь их запах
даже из другой комнаты. Все дело
в том, что запах вызывают маленькие частицы, которые смешиваются
с воздухом и могут перемещаться
на некоторое расстояние. Когда ча-

4

стицы булочки долетают до твоего
носа, ты чувствуешь, как она пахнет.
Или еще один пример: яркий солнечный день, свет из окна проходит в комнату, и ты видишь, как
в его лучах танцуют маленькие
частички пыли. Они совершают такие забавные движения из-за того,
что ударяются о другие частицы —

В солнечный день
ты можешь увидеть,
как частицы пыли
перемещаются
в воздухе

5

частицы газа, которые находятся
в воздухе.
А еще, чтобы доказать существование частиц, мы можем провести
эксперимент в лаборатории. Если
взять несколько кристалликов
­какого-­нибудь цветного вещества,

например перманганата калия, и добавить в него воды, то через некоторое время вода окрасится. Это
происходит из-за того, что частицы,
которые находились в кристалликах
цветного вещества, попали в жидкость и смешались с ее частицами.

Кристаллик перманганата калия растворяется в воде, и частицы, из
которых он состоит, смешиваются с частицами воды

СДЕЛАЙ ДОМА
Ты можешь провести точно такой же эксперимент дома — без специальных
веществ. Просто возьми ярко окрашенную конфету (например, M&M’s) и положи
ее на плоскую тарелку. Затем аккуратно налей рядом с конфеткой небольшое
количество воды. Ты увидишь, что вода начинает окрашиваться в цвет
конфеты — все потому, что частички красителя с поверхности конфеты попали
в воду и стали в ней перемещаться.

6

СМЕШИВАНИЕ ЧАСТИЦ
Во всех случаях, которые мы только
что рассмотрели, одни частицы перемещались и смешивались с другими. Это называется диффузия.
Диффузия — это такой процесс, при
котором частицы перемещаются из
той области, где их больше (высо-

кая концентрация), в ту область, где
их меньше (низкая концентрация).
Они будут перемещаться до тех пор,
пока не распределятся в пространстве равномерно, то есть пока и там
и там их не станет одинаковое количество.

СЛОВАРИК
Диффузия (от латинского «диффузио» — «распространение»,
«растекание») — это взаимное проникновение частиц одного
вещества в другое, обусловленное движением молекул.

7

ЧТО ЗА ЧАСТИЦЫ НАС ОКРУЖАЮТ?
Самые маленькие частицы, которые больше нельзя разделить на
части химическим путем, называются атомы.
Частицы в некоторых веществах —
это отдельные атомы. Например,
аргон — это газ, который в небольшом количестве находится в окружающем нас воздухе. И состоит он
из атомов аргона.
Очень часто атомы соединяются
в более крупные частицы — молекулы. Вокруг нас много веществ,

8

состоящих из различных молекул.
Например, в том же воздухе, содержатся азот и кислород — это вещества, которые состоят из молекул.
Некоторые вещества состоят из
атомов или групп атомов, которые
имеют положительный или отрицательный заряд. Такие частицы называют ионами. Например,
обычная столовая соль, которую
мы используем для приготовления
пищи, состоит из ионов натрия
и хлора.

атомы

молек

улы

ионы

9

ТРИ СОСТОЯНИЯ
ВЕЩЕСТВА
Если ты посмотришь по сторонам, то почти наверняка увидишь
много вещей, которые можно назвать твердыми. Стол, стул,
телефон… А вот вода или, скажем, молоко — это жидкие
вещества, при обычной температуре. Кроме того, мы дышим
воздухом, который является газообразным.
Все вещества в зависимости от их состояния можно разделить на
три группы: твердые, жидкие и газообразные. Правда, есть еще
одно состояние — плазма, но это более сложная тема, о которой
мы сейчас говорить не будем.

Книга — это твердый предмет. Она
имеет определенный объем, и у нее
четкая форма, которая не меняется

10

Апельсиновый сок — пример
жидкого вещества. Ты можешь
его легко перелить из коробки
в стакан, и он изменит при этом
свою форму. Но объем при этом не
меняется

Воздух в воздушном шаре — это
газообразное вещество. Он
полностью заполняет все
пространство воздушного шара

Тающие ледники — это пример
перехода воды из твердого
состояния в жидкое

ПЕРЕХОД ИЗ ОДНОГО СОСТОЯНИЯ В ДРУГОЕ
Есть одно вещество, на примере которого можно понять, как и за счет
чего изменяется агрегатное состояние. Оно знакомо каждому, потому
что мы буквально не можем прожить
без него ни дня — это вода.
И ты наверняка знаешь о том, что
что вода может быть не только
жидкой, но и твёрдой или газо-

образной — может быть льдом или
паром.
Представь, что мы положили в стакан несколько кусков льда и стали их нагревать. Довольно быстро
лед начнет плавиться и переходить
в жидкое состояние. Если в этот момент мы опустим в стакан термометр, он покажет температуру 0 °C.

Лед при нагревании постепенно
При нагревании воды некторые
Когда температура поднимается до
превращается в воду. Этот процесс частицы с ее поверхности начинают 100 °С, вода начинает кипеть —
называется плавление. Пока
переходить в газообразное
она превращается в водяной пар.
весь лед не перейдет в жидкое
состояние — этот процесс
Температура, при которой
состояние, термометр будет
называтся испарением
это происходит, называется
показывать 0 °С — это температура
температурой кипения воды
плавления воды

12

Пока весь лед не растает, температура будет держаться на уровне
0 °C — это температура плавления
воды.
Наш опыт еще не закончился. В стакане уже вода — если мы продолжим
ее нагревать, температура вырастет,
и некоторая часть воды перейдет
в газообразное состояние — превратится в водяной пар.
Мы продолжаем нагревать стакан.
В ­какой-то момент на дне появятся пузырьки, которые постепенно начнут всплывать, растворяясь
в воздухе. Это будет означать, что
вода кипит и из жидкого состояния

переходит в газообразное. Если мы
опустим в стакан термометр, он покажет 100 °С — это температура кипения воды.
Если собрать водяной пар и охладить, он начнет конденсироваться
и опять станет жидкостью. А при
более сильном охлаждении превратится в лед — этот процесс называется кристаллизацией.
Не только вода может существовать
в трех состояниях. Многие окружающие нас вещества встречаются
как в жидком, так и в твердом или
газообразном виде, например тот
же кислород.

ПОДВЕДЕМ ИТОГ
Плавление – переход из твердого состояния в жидкое.
Кристаллизация – из жидкого в твердое.
Кипение – переход из жидкого состояния в газообразное.
Конденсация – из газообразного в жидкое.

13

ЧАСТИЦЫ
В ТВЕРДЫХ, ЖИДКИХ
И ГАЗООБРАЗНЫХ
ВЕЩЕСТВАХ
В прошлой главе мы разобрались с переходом веществ из одного
состояния в другое. В нашем эксперименте вода сначала была
твердой, затем жидкой, а после газообразной. Но вот частицы,
из которых она состоит, никак не менялись. Частицы остаются
прежними в любом состоянии, но меняется их расположение
относительно друг друга.

14

В твердом веществе частицы
располагаются на конкретных местах, они удерживаются вместе и практически
не меняют своего положения. Они могут лишь слегка
вибрировать, но не более
того. Именно поэтому твердые тела имеют четкую форму — частицы в них просто не
могут сдвинуться с места.

В жидкостях частицы более
свободы и могут перемещаться, ведь у них нет своих мест.
Из-за этого жидкие вещества
растекаются. Однако частицы в них до сих пор очень
тесно прижаты друг к другу.
Именно поэтому у жидкости
есть четкий объем и мы не
можем ее сжать, ведь между
частицами нет пустого места —
им и так тесно.

В газообразных веществах
частицы свободно и с большой скоростью перемещаются из одной точки в другую,
и между ними много пустого
пространства. Поэтому газы
не имеют формы — мы можем
относительно легко сжать их
и изменить объем.

15

ЧТО ПРОИСХОДИТ С ЧАСТИЦАМИ
Вернемся к эксперименту с водой. Когда лед нагревают, его частицы получают энергию. Можно
представить, что они спали, а теперь проснулись и стали более
энергичными. Они начинают вибрировать сильнее — и при температуре плавления у них хватает энергии на то, чтобы сорваться
со своих мест. Теперь частицы

16

двигаются более свободно, а лед
перешел в жидкое состояние.
Мы продолжаем эксперимент и нагреваем уже воду. У частиц становится еще больше энергии, они
двигаются еще быстрее. При температуре кипения частицам хватает
энергии, чтобы преодолеть силы,
связывающие их в жидкости. Они
вылетают наружу и образуют газ.

ИСПАРЕНИЕ
Некоторые частицы в жидком состоянии имеют больше энергии, чем
другие, и могут превратиться в газ,
даже не нагреваясь до температуры
кипения. Этот процесс называется
испарение. Например, когда сушится
белье, частицы воды переходят в газообразное состояние и без особого
нагрева — они просто испаряются.
Если оставить стакан воды открытым на ночь, можно заметить, что
жидкости в нем стало немного
меньше — часть ее испарилась.
Испарение всегда происходит
с поверхности — только частицам,

которые находятся выше остальных, хватит энергии, чтобы покинуть жидкость. А вот при кипении
в другое состояние переходит сразу
весь объем вещества — любая частица может вырваться на свободу
и стать газом.
Каждое вещество состоит из разных частиц, которые удерживаются
вместе разными силами. Поэтому
температуры плавления и кипения
отличаются друг от друга. Чем мощнее силы, которые связывают частицы, тем выше температура плавления и кипения вещества.

Как ведут себя частицы в твердом, жидком и газообразном веществе

17

АТОМ
Мы уже установили, что все вещества состоят из крошечных
частиц: атомов, молекул или ионов. Атомы — самые мелкие
из перечисленных, их можно увидеть только с помощью очень
сильного микроскопа. В прошлом веке ученые провели много
экспериментов, чтобы доказать, что атомы существуют, а также
узнать их состав.

СЛОВАРИК
Атом (от греческого «атомос» — «неделимый»,
«неразрезаемый») — мельчайшая частица любого
химического элемента, обладающая всеми его свойствами.

18

19

Как уже говорилось, атом — мельчайшая частица, которую нельзя
разделить на более мелкие части
химическим путем. Представь себе
кубики лего: из них так же, как из
атомов, можно построить все что
угодно, но каждый отдельный кубик уже нельзя разобрать на более
простые кубики.
Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно
заряженных электронов, которые
вокруг этого ядра вращаются.

В планетарной модели атом состоит из ядра (здесь
скопление синих и зеленых шариков в центре)
и электронов (сиреневые шарики), которые
вращаются вокруг него

20

В целом атом очень похож на Солнечную систему. В центре него находится ядро, так же как в центре
нашей системы находится Солнце. Вокруг ядра по определенным
траекториям, как планеты по своим
орбитам, вращаются электроны. Такое представление об атоме называется планетарной моделью. Она
несколько упрощена, и на самом
деле все гораздо сложнее, но пока
будем считать, что атом выглядит
так.

Примерно так выглядит наша солнечная
система, планетарная модель атома
(слева) очень на нее похожа

Атомы как кубики лего — с их помощью
можно построить любые вещества

21

СОСТАВ АТОМА
В прошлой главе мы узнали, что атом состоит из ядра и электронов. Теперь
подробнее поговорим об электронах и частицах, из которых состоит ядро.
В ядре атома находятся протоны
и нейтроны, еще их называют нуклонами или ядерными частицами. Число протонов можно найти
по порядковому номеру элемента
в таблице Менделеева. Массы протона и нейтрона равны 1 атомной
единице массы (1 а. е. м.). В задачах
массу одного протона и нейтрона
обозначают цифрой 1. Вокруг ядра
находятся электроны. Число электронов в атоме равно числу протонов.
Основная масса атома сосредоточена в ядре и складывается из сум-

мы масс протонов и нейтронов. Это
значит, что электроны почти ничего
не весят — масса одного электрона
примерно в 2000 раз меньше, чем
масса протона или нейтрона. Однако размер атома определяется
именно электронной оболочкой,
а ядро занимает лишь крохотную
часть в самом центре.
Чтобы понять, насколько мало ядро
по сравнению с целым атомом,
представь себе огромный стадион
и вишенку в центре поля. Так вот,
стадион — это атом, а вишенка — его
ядро.
Размер ядра гораздо меньше, чем размер
всего атома

22

ОБОЗНАЧЕНИЯ АТОМНЫХ ЧАСТИЦ
Протон обозначается буквой р
с верхним индексом +1, который
указывает на его заряд, и нижним
индексом 1, указывающим на его
массу. Нейтрон — буквой n с индексами 0 и 1, а электрон — буквой е
c индексами –1 и 0. Вот как это выглядит:

1
1
0

КАК НАЙТИ ЧИСЛО АТОМНЫХ ЧАСТИЦ
Чтобы узнать число протонов в ядре
атома к
­ акого-либо элемента, нужно
знать его порядковый номер в периодической системе. Например,
порядковый номер фтора — 9, это
значит, что у атома фтора 9 протонов. Хлор находится в ячейке под
номером 17 — у атома хлора 17 протонов в ядре.
Число электронов в атоме, у которого нет заряда, равняется числу
протонов. Значит, у фтора будет
9 электронов, а у хлора — 17.

9
19

F

17

Cl

35.5

Осталось разобраться с тем, как
найти количество нейтронов. Здесь
нужно воспользоваться математикой. Для начала вспомним, что масса атома складывается из массы
протонов и нейтронов в его ядре,
а вот электроны практически ничего не весят. Значит, если из массы
атома вычесть массу всех протонов,
то мы найдем массу всех нейтронов.
Каждый протон и нейтрон весит
1  атомную единицу массы (1 а. е. м.),

23

поэтому количество нейтронов несложно найти, зная их общую массу.
К счастью, для того чтобы найти
массу атома, не нужны долгие вычисления, достаточно найти необходимый элемент в периодической
системе (совсем скоро мы познакомимся с ней поближе). Там есть
информация.
На самом деле найти число нейтронов гораздо проще, чем здесь написано. Давай разбираться на примере. Атомная масса фтора, которую
мы находим по периодической
таблице, — 19. Мы уже знаем, что
в ядре атома фтора 9 протонов, их

9

общая масса 9 × 1 = 9 а. е. м. Значит,
масса нейтронов 19 – 9 = 10 а. е. м.
Один нейтрон весит 1 а. е. м., по­
этому в ядре атома фтора 10 нейтронов. Смотри на схеме, как мы
пришли к такому ответу.
Давай определим количество частиц у атома еще одного элемента.
Возьмем калий, он находится в таблице элементов под номером 19, то
есть его порядковый номер 19. Значит, в ядре атома калия 19 протонов.
Число электронов в незаряженном
атоме равняется числу протонов, то
есть их тоже 19. Количество нейтронов в ядре калия — 20.

F

19

19

39

Давай потренируемся
Определи число протонов,
нейтронов и электронов у
атомов следующих элементов.
Белым обозначен порядковый
номер, а черным — атомная
масса.

7

N

14
13

24

протонов =
нейтронов =
электронов =

Al

27

52

24

K

протонов =
нейтронов =
электронов =

Cr

протонов =
нейтронов =
электронов =

Найди все элементы, у которых число
протонов равняется числу нейтронов

25

ИСТОРИЯ АТОМА
ДРЕВНЯЯ ГРЕЦИЯ
Демокрит считал, что атомы бывают четырех разных цветов: белые,
черные, красные и зеленые. А еще
они различаются по форме, размерам и свой­ствам:
f большие и круглые атомы имеют
сладкий вкус;
f маленькие и острые ощущаются
кислыми;
f белые атомы являются гладкими;
f черные — зазубренными.
Демокрит говорил, что все в мире
состоит из этих атомов, смешанных
в разных соотношениях.

оф
Д

ем о к

ри т

Людей с давних времен интересовало, как на самом деле устроен
окружающий мир. Древнегреческие философы первыми создали
теории, которые бы это объясняли.

ий ф
Древнегеческ

ил

ос

Демокрит (живший в V–IV веках
до н. э.) сказал, что все состоит из
крошечных частиц, которые нельзя разделить на более мелкие. Он
назвал их атомами (да, именно это
название дошло до наших дней).

26

Атомы Демокрита

27

ль
ст о т е

Ар и

на кучу крошечных кусочков, то
каждый кусочек сохранит свой­ства
целого камня.
Аристотель считал, что каждый
элемент представляет собой сочетание двух основных качеств —
тепла, холода, влажности и сухости:
f тепло + сухость = Огонь;
f тепло + влажность = Воздух;
f холод + влажность = Вода;
f холод + сухость = Земля.

оф

с
ило
ф
й
и
Древнегеческ

Другой философ, Аристотель (живший в 384–270 годах до н. э.), говорил, что все состоит из четырех
элементов — воздуха, земли, воды
и огня, — так же, как и атомы Демокрита, смешанных в разных пропорциях.
Например, камень состоит в основном из земли, и в нем практически
нет воздуха. Если разделить камень

Элементы,
из которых все
состоит

АЛХИМИКИ
Если древние греки занимались
в основном теоретической наукой, то алхимики также проводили
огромное количество экспериментов. Они пытались найти философский камень, который бы превраЭлементы алхимиков

28

щал обычные металлы в золото,
а еще работали над созданием
эликсира вечной молодости.
Ничего из этого у них, разумеется,
не получилось, но благодаря упор-

ной работе алхимиков до нас дошли
многие техники и методики, которые ученые используют в лаборатории, например кристаллизация
или дистилляция.

СНОВА ВСПОМИНАЮТ АТОМЫ
ствительно состоят из неделимых
частиц. Он вслед за греческими
философами назвал эти частицы
атомами.
Дальтон считал, что атомы одного
элемента могут соединяться с атомами другого только в определенном соотношении.

то
н

Многие алхимики имели плохую репутацию — они часто брали деньги
у богатых людей, обещая им создать золото, а потом просто исчезали. Но в начале XVII века алхимия постепенно начала перерастать
в полноценную науку — химию.
В 1661 году Роберт Боиль продемонстрировал, что газ можно сжать
до очень маленького объема. Он
сказал, что газ состоит из маленьких частиц, между которыми много
пустого пространства.
В 1799 году химик Джозеф Луи
Пруст доказал, что карбонат меди(II) всегда содержит медь, кислород и углерод в одинаковом соотношении и неважно, как было
получено это соединение. Пруст
решил, что вещества: медь, кислород и углерод — состоят из частиц, которые всегда объединяются
в определенном соотношении.
В 1803 году Джон Дальтон — английский химик — пришел к выводу, что
все окружающие нас вещества дей-

ь
Дал
н
о
Дж

29

ФИЗИКА И СТРОЕНИЕ АТОМА
После того как химиками было доказано, что все состоит из
атомов, за дело взялись физики — они начали изучать строение
этих «мельчайших частиц».

Джозеф Томсон

Джозеф

Томсон

В 1897 году физик Джозеф Томсон
занимался изучением «катодных
лучей». Это излучение появляется
при пропускании электрического
тока через разреженные газы. Томсон пришел к выводу, что катодные
лучи представляют собой потоки
заряженных частиц, которые были
намного меньше атомов, оказалось,
что атомы не являются мельчайши-

30

ми частицами! Физик назвал эти
новые, еще более мелкие, частицы
корпускулами, но вскоре название
было изменено на электроны.
Сам Томсон предположил, что
атом как булочка с положительным
зарядом, на которую налипли, как
изюм, отрицательно заряженные
электроны. Такая модель строения
атома получила название «пудинговая».

Модель атома Томсона

Эрнест Резерфорд

Эрнест Резерфорд

В 1911 году физик Эрнест Резерфорд проводил эксперименты
с альфа-­лучами. Он выстреливал
потоком этих лучей в золотую
фольгу. Большинство из них проходили насквозь без к
­ аких-либо
изменений, но некоторые лучи отклонялись!
С помощью этого эксперимента
Резерфорд пришел к выводу, что
большая часть атома — это пустое
пространство. Но есть ч
­ то-то маленькое и плотное в его центре,
то, из-за чего отскакивает альфа-­
частица.

Опыт Резерфорда

Так Резерфорд открыл ядро. Он
предположил, что оно состоит из
частиц с положительным зарядом,
и назвал их протонами.

Модель атома Резерфорда

31

Нильс Бор
После открытия ядра многих интересовал вопрос: почему электроны
просто не падают на ядро, ведь они
заряжены отрицательно и должны
притягиваться ядром с положительным зарядом. В 1913 году Нильс Бор
предложил теорию электронных

Нильс
Бор

32

оболочек — по его мнению, электроны могли располагаться только на
определенных расстояниях от ядра.
Электроны могут перемещаться
между этими энергетическими оболочками только при условии поглощения или выделения энергии.

Модель атома Бора

Эрвин Шредингер
Модель, предложенная Бором, не
могла объяснить некоторые эксперименты. Она хорошо подходила
для атомов водорода, но при этом
не подходила для атомов других
элементов.
В 1926 году Эрвин Шредингер предположил, что электроны и другие
элементарные частицы ведут себя
как волны на поверхности океана.

Модель атома Шредингера состоит
из ядра, которое окружено электронными облаками. Эти облака
являются облаками вероятности —
мы не знаем точно, где находятся
электроны в тот или иной момент
времени. Но мы можем с определенной вероятностью определить
области, в которых они могут быть.
Эти участки пространства называются электронными орбиталями.

Эрв

и

нШ

р ед

ингер

Модель атома Шредингера

33

Джеймс Чедвик
В 1930 году два немецких физика,
Боте и Беккер, проводили эксперимент с бериллием — выстреливали
в него альфа-­частицами — и обнаружили, что альфа-­частицы выбивают
из бериллия поток новых частиц.
В 1932 году физик Джеймс Чедвик
обнаружил, что эти частицы имеют
массу как у протона и что у них нет
заряда. Он назвал их нейтронами.

Джейм
с

34

Чедвик

Модель атома Чедвика — это современная модель, которую мы все
изучаем в школе. В центре атома
располагается ядро, состоящее из
протонов и нейтронов, а вокруг него
находятся электронные облака.
Итак, через 129 лет после того, как
Дальтон предложил существование
атома, модель этой частицы была
завершена.

Модель атома Чедвика

35

ИЗОТОПЫ
В прошлых главах мы часто говорили о химических элементах.
Пришла пора разобраться, что же означает это понятие.
Химический элемент — это определенный вид атомов с одинаковым
зарядом ядра, то есть с одинаковым числом протонов в ядре. Оно
постоянно для определенного типа
элемента, по этому числу мы как
раз и понимаем, какой перед нами
химический элемент. Например,
если у атома 8 протонов в ядре,
то это атом химического элемента кислорода. Если в ядре атома
9 протонов, то это уже атом фтора.
Давай еще раз вспомним кубики
лего, если бы мы их все собрали
в одном месте, то получилась бы
огромная куча, даже сложно представить! Но видов этих кубиков не
так уж и много: квадратные, прямоугольные, треугольные… Так же
с атомами в нашем мире: их огромное количество — все окружающие
нас вещи состоят из них, но типов
атомов (или химических элементов)
не так уж много — сейчас известно
около 120.

36

Число протонов одинаково для
определенного химического элемента, но число нейтронов может
быть разным. Например, существует
три разновидности водорода: протий 1H (ядро состоит из одного протона), дейтерий 2D (ядро состоит из
одного протона и одного нейтрона)
и тритий 3T (ядро состоит из одного
протона и двух нейтронов). Заметь,
число протонов всегда равняется
единице, иначе это был бы не водород, а вот число нейтронов меняется. Эти три разновидности атомов
водорода называются изотопы.

Мы говорили, что химический элемент — это как определенный вид
кубиков лего. Тогда изотопы — это
кубики одного вида, но разного
цвета и прозрачности.
Мы уже знаем, что нейтроны, как
и протоны обладают массой. Каждый дополнительный нейтрон
в ядре атома увеличивает его массу
на 1 а. е. м. Поэтому изотопы одного
химического элемента имеют разную массу. Например, масса протия
1 а. е. м., дейтерия 2 а. е. м., а трития
3 а. е. м.
Практически каждый элемент имеет
разные изотопы с разными массами.
Поэтому в периодической таблице масса многих элементов дробная — она показывает среднюю массу атомов элемента с учетом всех
его изотопов.

Три изотопа водорода: протий (нет нейтронов),
дейтерий (1 нейтрон) и тритий (2 нейтрона в ядре)

СЛОВАРИК
Изотóпы (от греч. изо — «равный», «одинаковый»,
и топос — «место») — разновидности атомов
какого-либо химического элемента, которые имеют
одинаковое число протонов, но при этом разное
число нейтронов.

Масса дейтерия 2 а.е.м.,
а протия — 1 а.е.м.,
поэтому дейтерий
называют тяжелым
водородом

37

ЭЛЕКТРОНЫ В АТОМЕ
Электрон имеет двойственную природу – он проявляет свойства
волны и частицы. То есть электрон, являясь крохотной частицей,
в то же время безгранично распространен в пространстве как волна.
Это действительно сложно понять, поэтому дальше мы будем
представлять электрон исключительно как частицу – маленький
отрицательно заряженный шарик, который может принимать
участие в образовании химических связей.
Но в этой главе еще немного поговорим о квантово-­волновом дуализме (этот термин как раз означает
сочетание свой­ств волны и частицы) электрона. Мы говорили, что
планетарная модель атома является упрощенной. В более сложном
и более правильном варианте элек-

троны не вращаются вокруг ядра,
а занимают определенные области
в пространстве возле него. В атоме есть такие зоны, где мы можем
обнаружить электрон с большей
вероятностью, а есть места, где такая вероятность крайне мала. Пространство вокруг атомного ядра,

СЛОВАРИК
Орбиталь – область наиболее вероятного
местонахождения электрона в атоме.

38

в котором наиболее вероятно нахождение электрона, называется
орбиталью.
Чтобы хоть ­как-то понять, что такое
орбиталь, представь, что ты проводишь весь день в своей квартире и у тебя есть устройство, которое отслеживает твое положение.
Ты ходишь и занимаешься своими
обычными делами, а устройство
записывает твои перемещения.
В конце дня можно составить карту, которая бы показывала, где ты
чаще всего находился: за столом,
у холодильника или в кровати. Это
распределение твоего положения
в пространстве квартиры. Так же
и орбитали для электронов — это
области, где их можно найти с большей вероятностью.

40

Иногда, для того чтобы показать,
как электроны располагаются
в атоме, используют модель «Электронного облака», она определяет области вокруг ядра, где можно
встретить электроны. Это действительно очень похоже на облака, которые полностью затянули собой
ядро.
Такая модель атома, где электроны
показаны в виде облаков, а не отдельных шариков, более правильная, но и более сложная. Если рассматривать электроны как облака,
то тяжело описывать, что с ними
происходит во время образования
химических связей. Поэтому чаще
всего мы будем думать, что электрон — это такой маленький шарик
с отрицательным зарядом.

Электронное облако — это место,
где можно найти электрон в атоме

41

ТИПЫ ОРБИТАЛЕЙ
Орбитали — это области, где можно с большей вероятностью найти
электрон. И такие области бывают
разной формы.
S-орбиталь — самая «удобная» и менее энергозатратная область, в которой может находиться электрон.
Представляет собой шар, то есть
­где-то внутри этого шара находится
электрон. Выглядит вот так.

Z

X

Y

Другой тип орбиталей — это р-орбиталь, она очень похожа на гантель.
В зависимости от расположения относительно ядра атома существует
три типа р-орбиталей, их названия
дополняют буквами х, y, z — в зависимости от того, на какой из осей
координат они лежат.

Z

X

Y

X

X

Y

Y

Мы уже в следующей главе узнаем,
как заполнять электронами разные
орбитали и что означают эти цифры
рядом с названием орбитали.
Существуют также пять типов d-орбиталей, которые имеют еще более
сложную форму, и семь типов f-орбиталей. F-орбитали мы здесь не
нарисовали, так как у них уж очень
сложное строение, а вот d-орбитали выглядят так.

Z

Z

Z

X

X

Y

Y

Y

3d xy

3d xz
Z

Y

3d x22-y
– 2y2

3d yz
Z

X

42

Z

Z

X

Y

3d z2

Мне пришлось потратить
много энергии для такой
формы

43

ЭЛЕКТРОННАЯ
ФОРМУЛА
Электроны располагаются в атоме на определенном расстоянии
относительно ядра и создают электронный слой или
энергетический уровень. Как только один слой заполняется,
электроны начинают занимать другой. Число энергетических
уровней в атоме равно номеру периода в системе Менделеева,
в котором находится химический элемент.
Чтобы понять, что такое энергетический уровень, представь себе
торговый центр и парковку вокруг
него. В первую очередь машины занимают места рядом центром — это
самое выгодное положение, поскольку идти совсем близко, не
нужно тратить много энергии. Но
мест всем не хватает, поэтому следующие машины паркуются все
дальше и дальше, занимая всё менее и менее выгодные места.
С атомом примерно так же: первый
энергетический уровень — самый
выгодный, он ближе всего к ядру,
электроны занимают его в первую

44

очередь. Но на нем могут находиться только два электрона, поэтому
следующим приходится переходить
на второй уровень.

45

Второй энергетический уровень
дальше от ядра, электроны начинают занимать его только после того,
как места на первом закончатся. На
втором энергетическом уровне помещается уже 8 электронов. Затем
они начинают переходить на третий,
там может поместиться 18.
Помнишь про типы орбиталей из
прошлой главы? На каждом энергетическом уровне электроны будут
заполнять разные орбитали в строгой последовательности.

Первый энергетический уровень
ближе всего к ядру, на этом уровне электроны могут занимать только s-орбиталь. Начиная со второго
каждый из уровней подразделяется
на подуровни — появляются другие типы орбиталей. Порядок заполнения электронных орбиталей
на энергетических уровнях и подуровнях называют электронной
формулой элемента. Дальше будем
подробно разбирать, как ее записывать.

Электроны сначала занимают
пустые орбитали и только
потом «рассаживаются» по
парам

46

ЭЛЕКТРОНЫ НА РАЗНЫХ ОРБИТАЛЯХ
На каждой орбитали максимум может находиться по два электрона.
Каждый энергетический уровень
начинается с заполнения s-орбитали. На каждом уровне только одна
s-орбиталь. Начиная со второго
уровня появляются p-орбитали, их
уже три штуки. На третьем уровне
к s- и p-орбиталям добавляются
пять d-орбиталей. Схематично это
выглядит так.

ного цвета, а электроны показаны
стрелкой.
Если есть несколько одинаковых
по энергии орбиталей — на наших
схемах это квадратики одного цвета, — например три р-орбитали, то
электроны сначала располагаются
на каждой орбитали по отдельности, а затем, когда пустых орбиталей нет, начинают «спариваться».
Это правило называется правилом
Хунда — по имени ученого, который
его открыл.

s

p

s

d
s

p

На этих схемах разные типы орбиталей изображены квадратами раз-

Фридрих Хунд

Хунд вывел несколько правил, которые помогли описать состояния
электронов в атоме. Самое важное
из них гласит: если есть несколько
орбиталей с одинаковой энергией, то электроны сначала занима-

47

ют пустые орбитали и, только когда
свободных орбиталей не осталось,
начинают образовывать пары с другими электронами.
Представь себе автобус, в котором
двой­ные сиденья. Обычно люди занимают полностью пустые места
и только потом, когда таких мест не
останется, начинают садиться по
двое. Также и электроны предпочитают занимать пустые орбитали
и, только если такие закончились,
начинают образовывать пары.
Схематично это правило выглядит
так.

Давай на примерах разберем, как
записываются электронные формулы. У атома углерода 6 электронов, у него 2 энергетических уровня. Электронная формула углерода
будет такой:
С — 1s2 2s2 2p2
У атома фосфора 15 электронов,
которые располагаются на 3 энергетических уровнях. Электронная
формула фосфора будет выглядеть
так:
Р — 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

КАК СОСТАВИТЬ ЭЛЕКТРОННУЮ ФОРМУЛУ
Мы уже разобрались, что электроны сначала заполняют первый, самый ближний к ядру, энергетический уровень, затем второй, третий
и так далее. Второй энергетический
уровень и все последующие делятся на подуровни. Электроны заполняют уровни и подуровни в таком
порядке:

48

3d

4s
3p
3s

2s
1s

2p

Обрати внимание на то, что сначала
электроны заполняют 4s-подуровень, а затем 3d. Это происходит
из-за того, что так энергетически
более выгодно. Так же происходит
и на пятом уровне: в первую очередь заполняется 5s-орбиталь, а затем 4d.
Можно пользоваться этой схемой
и просто одну за другой заполнять
орбитали-­квадратики электронами,
а потом собрать все в одну формулу. Давай проделаем это с атомом
натрия. У натрия 11 электронов, и мы
последовательно расположим их на
нашей схеме. После этого останется только пересчитать электроны
на каждой орбитали и составить
формулу. Вот как это выглядит:

3s
2p

2s
1s

Na - 1s2 2s2 2p6 3s1
Упрощенно электронное строение атома можно изобразить схемой, в которой указано количество
электронов на каждом энергетическом уровне, но не показаны под­
уровни. Например, для атома натрия
данная схема будет выглядеть таким
образом:

Na

23
+11

2e 8e1e

Давай потренируемся
Составь полную и
упрощенную электронные
формулы для атома серы
(у нее 16 электронов).
Только не забывай,
что электроны сначала
заполняют пустые
р-орбитали, а потом
начинают спариваться!

3p
3s
2p

2s
1s

S32
+16

0

S

49

ИОНЫ
До этого момента мы говорили об атомах. Атом — нейтральная
частица, то есть не имеет ни положительного, ни отрицательного
заряда. Но атомы могут забирать (и оставлять у себя) чужие
электроны и превращаться в отрицательно заряженные ионы.
Либо наоборот — отдавать свои электроны и становиться ионом
с положительным зарядом.

Давай подробнее разберем оба
примера. Если атом принимает
электроны, то этот процесс называется восстановлением. В таком
случае образуется ион с отрицательным зарядом, его еще называют
анион.
Например, у атома фосфора
15 электронов и 15 протонов в ядре.
Число положительных протонов
равно числу отрицательных электронов, и в общем атом фосфора, как и любой другой атом, нейтрален. Представь, что он забрал
у ­к акого-то другого атома три
электрона, которые разместились

50

на самом последнем электронном
уровне. При этом образовался анион фосфора с зарядом 3-, так как
теперь число протонов в ядре атома
на три меньше числа электронов —
появилось три дополнительных минуса. Смотри, как это выглядит на
схеме:
0

+15 P

2e 8e 5e

+ 3e-

3–

+15 P

2e 8e 8e

СЛОВАРИК
Иóн (от греч. ион — «идущее») —
атом или молекула, которая имеет
электрический заряд.

Беги, Электрон!
Я без тебя более
позитивный!

51

Когда атом отдает электроны, он
превращается в ион, который заряжен положительно, его еще называют катион. Этот процесс называется окислением. К примеру,
у атома натрия один электрон на
самом последнем энергетическом
уровне, когда натрий теряет его, то
становится катионом натрия с зарядом 1+. Вот как это выглядит.

+11 Na

0

– 1e–

2e 8e 1e

самый милый и положительный котик
на всем свете

52

1+

+11 Na

2e 8e

Время тренировки
Составь упрощенные электронные формулы ионов серы с зарядом 2–,
хлора с зарядом 1–, магния с зарядом 2+ и алюминия с зарядом 3+

S

0

0

Mg

0

Al

0

+ 2e–

S

+ 1e–

– 2e–

Mg

– 3e–

53

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ
СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ
Мы уже поняли, что атомов в окружающем нас мире бесчисленное
количество, а вот элементов (типов этих атомов) не так много.
Чтобы понимать, какие свой­ства будут проявлять химические
элементы и их соединения, нужно познакомиться с Периодической
системой элементов, или таблицей Д. И. Менделеева.
Периодическая системой элементов — это таблица, в которой
в определенном порядке собраны все известные элементы.
Своеобразная подсказка для химиков, с помощью которой можно
легко найти нужные данные об элементе и даже предсказать его
свой­ства.

54

55

СТРУКТУРА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Периодическая система состоит из
7 периодов и 8 групп. Такой вариант таблицы элементов называется
коротким. Периоды — это строчки,
в которых собраны элементы с одинаковым числом энергетических
уровней. Каждый период начинается металлом (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr)
и заканчивается благородным газом
(He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Исключение —
первый период, который начинается с неметалла — водорода.

I

II

IV

V

VI

VII

2
3
4

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

29

47

22
31

38

39

79

88

41

72

57-71

89-103

42

73

43

74

27

28
36

44

45

46
54

53
75

84
106

26
35

52

83
105

25
34

51

82
104

24
33

50

81

80
87

32

49
56

23

40

48
55

6

21

30
37

5

76

77

78
86

85
107

короткий вариант периодической системы элементов

56

VIII

1

1

7

III

Группы — это вертикальные столбики, в них собраны элементы с одинаковым числом электронов на
внешнем энергетическом уровне.
Элементы, которые находятся в одной подгруппе, проявляют похожие
химические свой­ства.
Ты можешь встретить систему, в которой периодов так же 7, но групп
18. Эта та же самая таблица, только
большие периоды в ней растянуты.
Такой вариант называется длинным.

108

109

110

ИСТОРИЯ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Наверняка вы слышали, что периодическая система также называется
таблицей Менделеева и открыл ее
русский ученый Дмитрий Иванович
Менделеев. Но на самом деле многие ученые до него пытались классифицировать и систематизировать
известные химические элементы.
Однако из-за нехватки некоторых
данных предложенные системы
были недостоверными.
В 1869 году Менделеев представил свою таблицу на заседании
Русского химического общества.
В этой таблице химические элементы располагались в зависимости
от их свой­ств, которые, по мнению
Менделеева, определялись атомной
массой.
Кроме того, что Менделеев систематизировал уже известные на тот
момент элементы, он также оставил

в своей таблице пустые места, которые позже заполнили химические
элементы, открытые в будущем. После создания периодической системы в нее много раз вносились
добавления и поправки.
Часто можно услышать, будто Менделеев увидел свою таблицу во сне.
Это всего лишь красивая легенда.
Чтобы систематизировать химические элементы, Менделеев выписывал каждый из них на отдельную
карточку и комбинировал между
собой, пытаясь найти закономерность. Так он работал много лет,
и открытие им периодического закона вовсе не было случайностью.

57

ЧТО МОЖНО УЗНАТЬ ИЗ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ
ТАБЛИЦЫ
По предыдущим главам стало понятно, что из периодической таблицы можно многое узнать о химическом элементе. Здесь краткое
обобщение.
— Порядковый номер элемента
равен заряду ядра, то есть числу
протонов.
— Атомная масса равна сумме протонов и нейтронов.
— Номер периода равен числу
энергетических уровней.
— Номер группы показывает число
электронов, участвующих в образовании химической связи, их называют валентными электронами.

1

1.008

3

4

5

7

1
2
3

58

II

III

Li

6.941
11

Na
K

39.098

Rb

85.468

Cs

132.905

(223)

Nb

Be

4

92.906

12

Mg

24.305

19

87

Fr

20

Ca

21

40.078
38

44.956

Sr
57-70

137.327
88
(226)

Y

88.906

Ba
Ra

71

103
(262)

40

4

5

11

12

13

Zr

91.224

Lu

174.967
89-102

Ti

22
47.867

39

87.62
56

Sc

Lr

72

V

23
50.941
41

Nb

92.906

Hf 73 Ta

178.49

180.948

104

Rf 105 Db

(265)

(268)

57

3

5

9.012

22.99

37

4

41

3

2

6

1

3

H

1

55

I

2

La

138.906
89
(227)

Ac

58

Ce

140.116
90

Th

232.038

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18
2

He

4.003

B

5
10.81

12.011

Al

13
26.982

Cr

24

51.996
42

25

Mn

54.938

Mo

95.96

43

Tc

44

Ru

101.07

W 75 Re

183.84

Fe

55.845

(98)

74

26

186.207

76

Co

27

58.933

102.906

Os 77

190.23

Ni

58.693

Rh

45

28

Ir

192.217

46

Pd

106.42
78

Cu

29

63.546

Ag

47

107.868

Pt 79 Au

195.084

196.966

30

48

108

Hs 109 Mt

110

Ds 111 Rg

112

(271)

(270)

(277)

(266)

(281)

(272)

(285)

140.908
91

Pa

231.036

60

Nd 61 Pm

144.242
92
238.029

(145)

U 93 Np
(237)

62

Sm 63 Eu

150.36
94
(244)

151.964

Pu 95 Am
(243)

Cn

Gd 65 Tb

64

157.25
96

Hg

200.59

Sg 107 Bh

Pr

Cd

112.411
80

158.925

Cm 97 Bk

(247)

(247)

31

49

Ga

114.818

Tl
Nh

(286)

66

(251)

50

82

Sn
Pb

207.2
114

Dy
Cf

67

(252)

As

33

121.760

Bi

83

Fl

115

Mc

(288)

Ho
Es

Er

68

167.259
100

Fm

(257)

Se

34

52

17

35

Te
Po

85

116

117

(292)

(294)

Tm

168.934

70

Ne

20.180

Ar

39.948

Br

36

Kr

83.798

I

126.904

(210)

54

Xe

131.293

At

86

Ts

118

Rn

(222)

Og

(294)

Yb

173.054

101 Md 102
(258)

18

53

(209)

69

Cl

79.904

127.60
84

10

35.45

78.96

Sb

51

S

16

F

9
18.998

32.06

208.980

164.930
99

P

15

74.921

(289)

162.500
98

Ge

118.710

204.38
113

32

O

8
15.999

30.974

72.63

In

81

Si

14

N

7
14.007

28.085

69.723

65.38

106

59

Zn

C

6

No

(259)

длинный вариант периодической системы элементов

59

МЕТАЛЛЫ
И НЕМЕТАЛЛЫ
Химические элементы разделены на две большие группы: металлы
и неметаллы. В периодической системе можно провести условную
линию, которая будет отделять одни от других.

Чтобы понять, по какому принципу
элементы делят на эти группы, нужно вернуться немного назад. Помнишь, мы говорили про энергетические уровни? Это такие области
в пространстве, где располагаются электроны. Сейчас введем еще
одно понятие — внешний энергетический уровень — это самая дальняя
от ядра область, в которой находятся электроны в атоме. Химики
обращают внимание на внешний
энергетический уровень, так как
электроны на этом уровне участвуют в образовании химических связей. И именно от количества внеш-

60

17

12

них электронов зависят свой­ства
элементов.
Мы говорили, что атом можно сравнить с Солнечной системой. Тогда
самая крайняя планета, вращаю-

Остановите его!
Он украл наши электроны

61

ФАКТ
Из 118 элементов периодической
системы 96 являются металлами.

щаяся по самой большой орбите, —
это как внешний электрон у атома.
Только атом может иметь не один,
а несколько электронов на внешнем уровне.
Возвращаемся к металлам и неметаллам. У атомов металлов чаще
всего 1 или 2 электрона на внешнем
энергетическом уровне, они легко
с ними расстаются, когда образуют
соединения. У атомов неметаллов
может быть до семи электронов на
внешней оболочке, и они чаще за-

бирают чужие электроны, а если
и отдают свои, то другим атомам-­
неметаллам.
Если ты еще раз посмотришь на
иллюстрацию с Периодической
системой элементов, то увидишь,
что металлов в природе гораздо
больше, чем неметаллов.

ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ
Способность атома притягивать
к себе электроны других атомов
характеризуется понятием электроотрицательность. Чем она выше, тем
сильнее атом притягивает к себе
чужие электроны. У атомов неметаллов электроотрицательность
выше, чем у атомов металлов.

62

СЛОВАРИК
Электроотрицательность —
способность атома притягивать к себе
электроны других атомов.

СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И НЕМЕТАЛЛОВ
Металлы и неметаллы проявляют очень разные физические
свойства.
Металлы

Неметаллы

f Очень хорошо проводят тепло
и электрический ток.
f У них высокие температуры кипения и плавления — металлы твердые при комнатной температуре.
f Пластичные, им можно придать
любую форму.
f Имеют металлический блеск, когда их поверхность очищена.
f У них высокая плотность.

f Не проводят тепло и электрический ток.
f У них низкие температуры плавления и кипения — большинство
неметаллов газообразные при
комнатной температуре.
f В твердом состоянии неметаллы
хрупкие.
f Не имеют блеска, тусклые.
f У них низкая плотность.
Алмаз — одна из форм
углерода и самое твердое
из известных веществ

Металлы блестят,
если их поверхность
очищена

Эти свой­ства проявляют большинство металлов и неметаллов, но есть
и некоторые исключения. Ртуть — это металл, но она жидкая при комнатной температуре. Или, например, металл натрий можно разрезать ножом.
Углерод — это неметалл, но в форме графита, он, как и металлы, проводит
электрический ток. Алмаз — еще одна форма углерода — очень твердый,
и у него высокая температура плавления.

63

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ
ЗАКОН
Периодический закон впервые сформулировал Менделеев, а затем,
после открытий, сделанных атомной физикой, его слегка
изменили. Этот закон говорит нам о том, что свойства простых
и сложных веществ зависят от величины зарядов ядер и атомов.
На примере элементов первых четырех периодов разберемся, как
устроена периодическая система.

ЭЛЕМЕНТЫ В МАЛЫХ ПЕРИОДАХ
Самый первый элемент — это водород, у атома водорода один протон
в ядре и один электрон на первом
и единственном энергетическом
уровне. Далее идет гелий, у атома
гелия два протона и два электрона.
На первом энергетическом уровне
могут поместиться только два электрона, поэтому в первом периоде
только два элемента.

1

2

Второй период начинается с лития,
у него, так же как и у водорода,
один электрон на внешнем энергетическом уровне (но не забывай, что
на первом уровне находятся еще

3

4

10

17

18

...

11

12

...

64

9

два электрона). Далее у каждого
следующего элемента на последний электронный слой добавляется
по одному электрону. Этот период
заканчивается благородным газом —
неоном, у него на внешнем уровне
8 электронов. Третий период устроен схожим образом, только у элементов, которые в нем находятся,
уже не два, а три энергетических
уровня.

Получается, при движении по периоду слева направо от элемента
к элементу увеличивается число электронов на внешнем энергетическом уровне. Помнишь, мы
говорили о металлах и неметаллах? У неметаллов электронов на
внешнем уровне больше. Значит,
при движении по периоду слева
направо усиливаются неметаллические свой­ства элементов, а металлические, наоборот, ослабевают.

ЭЛЕМЕНТЫ В БОЛЬШИХ ПЕРИОДАХ
В четвертом и следующем периодах
больше элементов, это происходит
из-за того, что у них появляются dи f-электроны. Давай разбираться,
как это отражается в периодической системе. Четвертый период
начинается с калия, у него один
электрон на внешнем уровне, затем идет кальций, у него на внешнем
уровне два электрона. Пока ничего
особенного. Однако за кальцием
идет скандий, и у него на последнем
слое тоже два электрона, а затем
титан — тоже с двумя. Куда деваются
электроны у этих элементов? Дело
в том, что у них заполняются d-орбитали третьего энергетического
уровня.

Почему бы электронам не заполнять орбитали по порядку: сначала занять все свободные места на
третьем уровне и только после этого перейти на четвертый? Мы уже
говорили, что это слишком энергозатратно, следовательно, невыгодно, поэтому порядок именно такой.
Поскольку d-орбиталей 10 штук, то
у десяти элементов от скандия до
цинка электронами заполняется

20

21

22

65

именно предвнешний энергетический уровень.
Давай постараемся понять эту
особенность с помощью такого
забавного примера. Представь два
атома: кальций и скандий — вот они
стоят, оба в зимних куртках. Кальций поместил два своих внешних
электрона в карманы куртки — они
на внешнем уровне. Скандий идет
в периодической системе сразу за
кальцием, и у него на один электрон
больше. Два электрона он также
положил в карманы куртки, а вот
третий разместил в жилете, который находится под курткой, то есть
два электрона у него на внешнем
уровне и один на предвнешнем.
Когда все места на d-орбиталях
третьего электронного слоя заканчиваются (напомню, их всего 10),

I

II

IV

V

4p
3d

4s

Похожая ситуация и у элементов
пятого периода. Начиная с иттрия,
электронами заполняются пред­
внешние энергетические уровни.
Все эти элементы, у которых от одного до десяти d-электронов, называют переходными металлами или
d-элементами.

VI

VII

VIII

1

1
2
3
4

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

29

47

21

30
37

5

66

III

вновь начинают заполняться орбитали четвертого энергетического уровня. И у галлия, так же как
у алюминия и бора, три электрона
на внешнем слое.
Эту особенность четвертого периода можно изобразить так.

31
38

48

22

39

23
32

40
49

24
33

41
50

25
34

42
51

26

28
36

35
43

52

27

44
53

45

46
54

У d-элементов заполняется предвнешний
электронный уровень

67

ЭЛЕМЕНТЫ В ГРУППАХ
Внутри одного периода собраны элементы с различными свой­
ствами, а вот в группах, наоборот,
находятся элементы, которые
в ­чем-то похожи друг на друга.
Давай посмотрим на элементы первой и седьмой групп. У элементов
первой группы по одному электрону на внешнем слое, и все они,
кроме водорода, проявляют металлические свой­ства. У элементов
седьмой группы семь электронов
на внешнем слое — они проявляют
неметаллические свой­ства.
1-я группа

68

7-я группа

3

9

11

17

Из-за того что у элементов одной
группы одинаковое число электронов на внешнем энергетическом
уровне, они проявляют похожие
химические и физические свой­ства.
Однако в коротком варианте периодической таблицы группы слегка
«перепутаны». Они разделены на
главные и побочные подгруппы.
В побочные подгруппы попали переходные металлы, о которых мы
недавно говорили. И свой­ства элементов главных подгрупп отличаются от свой­ств элементов побочных.
Например, в седьмую группу, о которой мы говорили, входят фтор,
хлор, марганец, бром, технеций, йод,
рений и астат. Из них в главной подгруппе находятся фтор, хлор, бром,
йод и астат — их свой­ства очень похожи. Остальные элементы находятся в побочной подгруппе и тоже
проявляют схожие свой­ства.

Племя элементов 1-й главной подгруппы —
у них у всех по одному валентному электрону

69

ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙ­С ТВ ЭЛЕМЕНТОВ
В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
Важно запомнить, что у каждого
элемента есть свое особое положение в периодической системе. Это
как многоквартирный дом, жители
которого могут занимать только
одну определенную квартиру и не
имеют возможности переезжать
с места на место. В доме у жителя
каждой квартиры свои химические
и физические свой­ства, но у некоторых групп жильцов эти свой­ства
будут очень похожими.
Ниже собраны основные изменения, которые происходят с элементами в периодах и группах.
В пределах одного периода…
1. Число энергетических уровней
не изменяется — оно равно номеру
периода.
2. Заряд ядра увеличивается на
единицу (добавляется один протон)
при переходе от одного элемента
к другому.
3. Число электронов на внешнем
уровне увеличиваться от одного до
двух (первый период) или восьми.
Каждый период начинается с металла, у которого один электрон
на внешнем энергетическом уровне, и заканчивается благородным

70

газом, который содержит восемь
электронов на своей последней
электронной оболочке.
4. Радиус атома уменьшается при
движении по периоду слева направо. Это происходит из-за того, что
заряд ядра растет и оно все сильнее и сильнее притягивает к себе
электроны. Атом словно сжимается.
5. Металлические свой­ства элементов ослабевают, неметаллические —
усиливаются.

Зато у меня радиус больше

Теперь посмотрим, что происходит
при переходе от элемента к элементу в пределах группы. Если двигаться сверху вниз…
1. Число энергетических уровней
увеличивается.
2. Число электронов на внешнем
слое остается неизменным.

I

II

IV

V

VI

VII

VIII

1

1
2
3
4

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

29

47

22
31

38

39

79

88

41

72

57-71

89-103

42

73

43

74

27

28
36

44

45

46
54

53
75

84
106

26
35

52

83
105

25
34

51

82
104

24
33

50

81

80
87

32

49
56

23

40

48
55

6

21

30
37

5

7

III

3. Радиус атомов увеличивается, так
как добавляются новые энергетические уровни, а значит, электроны
все сильнее отдаляются от ядра.
4. Металлические свой­ства элементов усиливаются, а неметаллические ослабевают.

76

77

78
86

85
107

108

109

110

71

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
Химическая связь – это такое взаимодействие атомов, которое
объединяет их в более сложную химическую частицу. Образование
химической связи всегда сопровождается выделением энергии.
В зависимости от того, какие типы атомов взаимодействуют друг
с другом, выделяют разные типы химических связей: ионную,
ковалентную, металлическую и водородную.

ИОННАЯ СВЯЗЬ
Связь, которая возникает между
противоположно заряженными частицами — ионами. Положительно
заряженный ион, его еще называют
катионом, притягивается к аниону —
иону, имеющему отрицательный заряд. Между катионом и анионом образуется ионная связь.
Давай разберемся, откуда берутся катионы и анионы. Посмотрим,
например, как протекает реак-

72

ция между магнием и кислородом.
Магний — это металл, у него два
электрона на внешнем энергетическом уровне, и он стремится их
­кому-нибудь отдать.
Кислород — это неметалл, у него самого шесть валентных электронов,
и он желает забрать чужие. Когда
атомы магния и кислорода встречаются, магний отдает свою валентную пару электронов и становится

73

заряжен положительно, превращается в катион с зарядом 2+. Кислород же теперь заряжен отрицательно, он стал анионом с зарядом 2-.
Катион магния и анион кислорода
притягиваются друг к другу — между
ними ионная связь.

Mg

0

– 2e–

0

+ 2e–

Ионная связь образуется между
атомами элементов с сильно различающейся электроотрицательностью — между металлом и неметаллом.

Неметаллы — атомы с высокой
электроотрицательностью —
забирают чужие электроны

2+

Mg

2–

ПОЧЕМУ ОБРАЗУЮТСЯ ИОНЫ
Мы только что посмотрели, как образуется ионная связь между катионом магния и анионом кислорода.
Но почему магний отдает именно
два электрона, а кислород забирает именно два? Почему не один
или пять?
Когда атомы образуют химические
связи, они хотят получить заполненную внешнюю электронную обо-

74

лочку с двумя или восемью электронами. Можно представить себе,
что для атомов заполненная внешняя оболочка — это ч
­ то-то очень
приятное, то, к чему они стремятся.
Атомы металлов содержат небольшое число электронов на внешнем
слое или валентном электронном
слое. Чтобы стать частицей с заполненной внешней оболочкой, им

гораздо проще отдать электроны.
Например, атому натрия нужно отдать только один электрон, чтобы
иметь 8 на внешнем уровне — теперь
он катион натрия. У алюминия три
электрона на внешнем слое, он их
отдает и превращается в катион
алюминия с заполненной электронной оболочкой. Вот как это
выглядит.

1+

Na

0

− 1e−

Na

0

− 3e−

Al

Al

F

0

0

+ 1e-

+ 1e-

F

1–

1–

Если коротко: когда образуется
ионная связь, атом металла отдает
свои электроны атому неметалла,
в результате появляются заряженные частицы — катион и анион, — которые притягиваются друг к другу.

3+

Атомы элементов-­неметаллов содержат большее число валентных
электронов. Для того чтобы заполнить свой внешний энергетический
уровень, они могут принимать чужие электроны. Например, у атомов фтора, хлора, брома и йода
уже есть 7 электронов на внешнем
уровне, до заполненной оболочки
им не хватает всего одного. Когда
они его получают, то превращаются
в анионы с зарядом 1-.

Катион (+) и анион (–) притягиваются друг к другу,
так обрауется ионная связь

Ионная связь может образоваться
не только между металлом или неметаллом, но также и между более
сложными заряженными частицами.
Например, она есть в соединениях
Na2SO4, CH3COOK, NH4Cl.

75

КОВАЛЕНТНАЯ СВЯЗЬ
Связь, которая образуется в результате того, что два элемента
делят между собой два электрона.
Такой тип связи возникает между
неметаллами.
В зависимости от того, как атомы
делят между собой пару электронов, различают два типа ковалентной связи: полярную и неполярную.

Когда взаимодействуют два атома
одного и того же химического элемента, то между ними образуется
неполярная ковалентная связь.
Например, два атома водорода
объединяются в молекулу. У каждого из них по одному электрону
на внешнем энергетическом уровне, между ними образуется связь,

Атомы водорода равномерно делят между собой электроны связи — это неполярная
ковалентная связь

76

и электроны становятся общими.
Атомы водорода делят между собой два электрона, образовавших
связь, и каждый из атомов владеет
ими равноправно.
+

H-H

Электроны одинаково принадлежат обоим и не смещены в сторону
одного из них, поэтому такая связь
называется неполярной.
Ковалентная полярная связь образуется между атомами неметаллов с разной электроотрицательностью. Если говорить более
простыми словами, то атом, у которого электроотрицательность
выше, начинает перетягивать на
себя электроны связи. Они до сих
пор общие, но распределены между двумя атомами неравномерно.
Например, в молекуле HF электроны связи смещены от водорода ко
фтору:
+

F

F

H-F

Давай потренируемся
Фтор перетягивает к себе электроны связи от водорода —
это ковалентная полярная связь

Раздели вещества на две колоки по
типу связи: NaBr, H2O, CaCl2, NH3, HCl.
Ионная

Ковалентная

77

ОДИНАРНАЯ, ДВОЙ­Н АЯ И ТРОЙНАЯ СВЯЗЬ
Если два атома делят между собой
только одну пару электронов, то такая связь называется одинарной.
Если связь между атомами образована двумя общими электронными
парами, то такая связь называется

двой­ной, если тремя — то тройной.
Например, в молекуле водорода
одинарная связь, в молекуле кислорода — двой­ная, а в молекуле азота — тройная.

H-H

+

78

O

+

O

O

O

O=O

N

+

N

N

N

N=N

В молекуле азота тройная связь, два атома азота
делят между собой три пары электронов

79

МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
Такая связь образуется между атомами, ионами и свободными электронами в кусочке металла. Помнишь, почти все металлы содержат
на внешнем энергетическом уровне
небольшое количество электронов,
которые легко отрываются. Когда
атом металла теряет один или несколько электронов, он превращается в положительный ион. При
этом «оторвавшиеся» электроны

80

перемещаются от одного иона
к другому, связывая их в единое
целое. Таким образом, получается
«общий бассейн» электронов в объеме металла, удерживающий атомы
и ионы вместе.
Такой тип связи есть во всех металлах и их сплавах. Из-за этого они
пластичные и гибкие.

Ионы и атомы металла удерживаются вместе
благодаря подвижным электронам — так
образуется металлическая свяь. Это похоже на
мюсли, котрые «склеиваются» йогуртом

81

ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ
Связь между атомом с высокой
электроотрицательностью (кислородом, азотом или фтором) и атомом водорода, который связан
с другим электроотрицательным
атомом (кислородом, азотом или
фтором). Например, молекулы воды
в жидком состоянии связаны между
собой водородными связями. Атом
кислорода одной молекулы связывается водородной связью с атомом
водорода другой молекулы воды,
это выглядит так.

Еще один важный пример водородной связи, которая влияет на нашу
жизнь, — это связь в молекуле белков. Именно благодаря водородным
связям молекулы сворачиваются
в известные всем спирали.

H

H

H

H

H

82

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

83

СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВ
До этого мы говорили об отдельных молекулах, атомах или
ионах, но все окружающие нас тела состоят из огромного
количества молекул или других частиц. Эти частицы
определенным образом укомплектованы друг относительно друга,
то есть они находятся в строго определенных точках пространства.
Если соединить эти точки прямыми линиями, то образуется каркас,
который называют кристаллической решеткой. Точки, в которых
размещены частицы вещества, называют узлами решетки.

84

У алмаза атомная решетка, в ней
атомы углерода связаны между
собой ковалентными связями

85

Это очень похоже на обычную решетку: места, где пересекаются
прутья, — это узлы, а сами прутья —
это как определенный тип связи
между частицами.
Вещества с одинаковым типом кристаллической решетки имеют похожие физические свой­ства. Сам
ее тип зависит от вида химической
связи и типа частиц, расположенных в узлах. Бывают вещества с молекулярными, ионными, атомными
и металлическими типами кристаллических решеток.
Молекулярные кристаллические
решетки образуют все (за редким
исключением) вещества с ковалентными полярными и неполярными
связями, в узлах такой кристаллической решетки располагаются
молекулы.

Молекулы удерживаются вместе
слабыми силами притяжения. По­
этому вещества молекулярного
строения непрочные, они имеют

86

низкую температуру плавления
и кипения. Например, веществами
с молекулярным строением являются вода и кислород воздуха.
А вот еще несколько примеров: H2 —
водород, NH3 — аммиак, HCl — соляная кислота, Br2 — бром, CH3OH —
метиловый спирт. В общем, их очень
много!

ФАКТ
У большинства веществ, которые нас
окружают, молекулярное строение —
это значит, что они построены
из молекул.
Атомные кристаллические решетки — это вещества-­исключения из
молекулярных структур. К ним относятся, например, C — алмаз и графит, Si — кремний, SiO 2 — оксид
кремния (обычный песок), Р — красный и черный фосфор.

В узлах атомных кристаллических
решеток находятся атомы, которые соединены между собой очень
прочными ковалентными связями.
Из-за этих связей вещества обладают уникальными свой­ствами: они
очень твердые, очень прочные, имеют высокую температуру плавления
(у алмаза выше 3500 °С), практически нерастворимы в воде.
Ионные кристаллические решетки
образуют все вещества с ионными
связями. В узлах такой решетки находятся ионы. Например, кристалл
хлорида натрия обычной столовой
соли состоит из чередующихся
положительных ионов натрия Na+
и отрицательных ионов хлора Cl-,
образующих решетку в форме куба.
Связи между ионами в таком кристалле очень устойчивы.
Вещества с ионными кристаллическими решетками твердые, у них
высокие температуры плавления
и кипения, они могут растворяться
в воде, их растворы проводят электрический ток.

Металлические кристаллические
решетки образуют все металлы
и сплавы. В узлах таких решеток
находятся атомы и ионы металла, и между ними перемещаются
свободные электроны. Это очень
похоже на мюсли, залитые йогуртом, — как раз из-за йогурта мюсли
удерживаются вместе и не рассыпаются.

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА
Когда два или более атома объединяются вместе, то образуются
более сложные вещества – молекулы или вещества с ионным
строением. Их состав можно выразить с помощью химических
формул. Например, химические формулы воды и столовой соли
выглядят так.

NaCl
Формула показывает, из атомов каких элементов состоит
вещество. Это значит, что столовая соль состоит из атомов
натрия и хлора.

88

Очень часто в формулах рядом
с символом элемента можно увидеть маленькие числа. Они показывают, сколько атомов данного
элемента входит в состав вещества.
Эти числа называются индексы.
Например, формула воды Н2О — индекс 2 показывает, сколько атомов
водорода находится в одной молекуле воды.

ит из одного атома Cu и двух групп
атомов NO3.
Или вот еще один пример: малахит —
такой красивый полудрагоценный
камень, его формула (CuOH)2CO3 —
это значит, что в веществе на один
сложный ион СО32— приходится два
иона СuOH1—.

Вот еще несколько примеров:
— молекула водорода H2 — состоит
из двух атомов H;
— молекула хлороводорода HCl —
состоит из одного атома H и одного
атома Cl;
— молекула серной кислоты
H2SO4 — состоит из двух атомов H,
одного атома S и четырех атомов O.
А еще существуют соединения,
в состав которых входят несколько
одинаковых групп атомов. Их обычно заключают в скобки, и индекс за
скобками показывают число этих
групп в соединении. Давай разберем на примере: формула Cu(NO3)2
показывает, что соединение состо-

Важно запомнить, что химические
формулы показывают качественный и количественный состав вещества — из атомов каких элементов
состоит молекула и сколько этих
атомов в молекуле или структурной
единице.

89

КАК ЧИТАЮТСЯ НАЗВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ФОРМУЛАХ
H

1
1.008

Li «литий»

3
6.941
4
9.012

«аш»

Be «бериллий»

5
10.81
6
12.011

N

7
14.007

F «фтор»

15

Na «натрий»

16

Mg «магний»

17

9
18.998

C «цэ»

12

26.982
14

15.999

11

13

O «о»

8

B «бор»

«эн»

22.99

24.305

28.085

30.974

32.06

35.45

Al

«алюминий»

Si «силициум»
P «пэ»
S «эс»
Cl «хлор»

КАК ЧИТАЮТСЯ ФОРМУЛЫ
Na2SO4 — «натрий

два эс о четыре»

Перечисляем название элементов в порядке их
появления в формуле, нижний индекс читаем
как число.

90

Н2O — «аш два о»
NaCl — « натрий

хлор»

H3PO4 — «аш три

пэ о четыре»

ПРИМЕРЫ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ЖИЗНИ

О3 — озон, читается как «о три».
Его используют для очистки воды
и воздуха от опасных микроорганизмов

Н3РО4 — фосфорная кислота, читается как
«аш три пэ о четыре». С помощью фосфорной
кислоты создают удобрения для растений

S — сера, читается как «эс».
С помощью серы, например,
вулканизируют резину — придают ей
прочность и эластичность

Н2 — водород, читается как «аш два».
Основное применение водорода — это
производство других химических соединений.
Кроме этого, его используют и в пищевой
промышленности для производства маргарина

91

С3Н5(ОН)3 — глицерин, читается как
«цэ три аш пять о аш трижды». Его
используют во многих областях,
например в производстве косметики

С2Н5ОН — этиловый спирт, читается
как «цэ два аш пять о аш». Этиловый
спирт применяется, например,
в медицине как антисептик —
вещество, которое убивает опасные
микроорганизмы

92

СН4 — метан, читается как «цэ аш
четыре». Метан — это топливо
для печей, водонагревателей
и автомобилей

(С2Н4)n — полиэтилен. Это
полимер — вещество, которое состоит
из большого числа повторяющихся
кусочков. Полиэтилен используют
в разных областях нашей жизни: из
него изготавливают упаковочные
пленки, трубы, строительные
материалы и даже протезы внутренних
органов

Один из вариантов состава твердого
мыла можно выразить формулой
С17Н35СOONa

93

ПРОСТЫЕ И СЛОЖНЫЕ
ВЕЩЕСТВА
Теперь, когда мы знаем о том, что такое химическая формула,
давай поговорим о простых и сложных веществах.
Простые вещества — это вещества,
которые состоят из атомов одного
элемента. В некоторых из них атомы
одного элемента соединяются друг
с другом и образуют молекулы.
Такие вещества имеют молекулярное строение. Например, H2, O2, N2,
F2, Cl2, Br2, I2. Все они состоят из
двухатомных молекул. Атомы этих
молекул не могут существовать
поодиночке и всегда объединяются по двое, это нужно запомнить.
Названия таких простых веществ

94

совпадают с названиями элементов
(водород, кислород…).
Другие простые вещества образованы атомами или ионами одного
типа, между которыми существуют
определенные связи. Например, все
металлы (Fe, Cu, Na…) и некоторые
неметаллы (C, Si…).
Существует группа простых веществ, которая называется «благородные газы» (He, Ne, Ar, Kr, Xe,
Rn). Они состоят из химически не
связанных друг с другом атомов.

95

АЛЛОТРОПНЫЕ МОДИФИКАЦИИ
Каждый элемент образует как минимум одно простое вещество. Некоторые могут образовывать два
или больше — это явление называется аллотропия. Разные простые
вещества, которые образуются одним и тем же химическим элементом, называются аллотропными
модификациями. Например, элемент
кислород образует два простых вещества: озон и кислород.
O

O

O

O

+
O

-

Видишь, у этих двух веществ разные формулы и строение, но они
образованы одинаковыми атомами — атомами кислорода.
Чтобы лучше разобраться с аллотропными модификациями, давай
опять вспомним кубики Лего. Представь, что у тебя много совершенно
одинаковых кубиков и ты можешь

96

построить из них несколько различных фигурок. Эти фигурки и будут
аллотропными модификациями.
Аллотропные модификации могут
представлять собой твердые вещества, которые имеют различное

строение кристаллов. Это значит,
что атомы по-разному соединены
в твердом веществе, из-за чего меняются физические свой­ства.
Например, аллотропные модификации углерода C — алмаз и графит.
Оба вещества состоят из атомов
углерода, только связаны эти атомы друг с другом по-разному. Вот

и получаются две аллотропные модификации с разными физическими
свой­ствами. Графит хрупкий, а алмаз очень прочный.

Строение алмаза — все атомы углерода связаны друг
с другом ковалентными связями

Сложные вещества — это вещества, которые состоят из атомов
разных химических элементов. Примеры сложных веществ: HCl, NaCl,
H2O, CO2, H2SO4, Cu(NO3)2, C6H12O6.
Сложных веществ гораздо больше,
чем простых! Практически все, что
нас окружает, состоит из сложных
веществ.
Свой­ства сложного вещества отличаются от свой­ств простых, из которых оно образуется. Например,
для образования такого сложного
вещества, как вода, нужно, чтобы
объединились простые вещества
водород и кислород. Что один, что
другой — газы при обычной температуре, а вот вода — уже жидкость.
Да и химические свой­ства у нее совсем другие.

Строение графита — атомы углерода связаны
ковалентными связями и образуют плоскости или
слои. Эти слои связаы слабыми взаимодействиями

97

СКОЛЬКО СВЯЗЕЙ
ОБРАЗУЕТ АТОМ
Итак, два или несколько атомов объединяются и образуют
химические соединения, которые можно описать формулой.
Но почему, например, в молекулу кислорода объединяются
два атома кислорода, а не пять или восемнадцать?

Чтобы в этом разобраться, нужно
понять, сколько химических связей
может образовывать тот или иной
атом. Для этого ученые придумали
специальное понятие — валентность
элемента.
Валентность — это число химических связей, которые образует один
атом конкретного элемента в конкретном соединении. Валентность
обозначается римскими цифрами:
I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII.
Некоторые элементы имеют постоянную валентность — они всегда образуют одинаковое число связей.
Элементы с постоянной валентностью I (могут образовать только
одну связь): H, F, Li, Na, K, Rb, Cs.

98

99

Элементы с постоянной валентностью II: O, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn.
Элементы с постоянной валентностью III: Al, В.
H-Cl

Cl--Mg--Cl

H-O-H

HO--Mg--OH

--

Cl

Cl--Al--Cl

Большинство элементов имеют
переменную валентность — они
в разных соединениях могут образовывать различное число связей. Но для таких элементов можно
определить диапазон валентностей — максимальную и минимальную валентности, которые они могут проявлять.

Элемент
Cl, Br, I
S
C, Si, Sn, Pb
Ag, Au
P
Cu
Fe
Cr
Mn

100

Валентность
I, III, V, VII
II, IV, VI
II, IV
I, II
III, V
I, II
II, III
II, III, VI
II, III, IV, V, VI, VII

Максимальную валентность можно определить по номеру группы,
в которой находится элемент. Исключение — азот, который находится в V группе, но имеет высшую
валентность, равную IV, а также
кислород и фтор с высшими валентностями II и I соответственно.
Чтобы найти минимальную валентность элемента, нужно из 8 вычесть
номер группы из периодической системы, в которой он находится.
Давай разбираться на примерах.
Хлор находится в VII группе и может проявлять максимальную валентность, равную 7, это значит, что
он может образовывать 7 связей
в соединениях. Такая валентность
у хлора в хлорной кислоте или
перхлорате натрия.
Минимальная валентность хлора
8 – 7 = 1, то есть только одна химиче-

ская связь. Хлор проявляет валентность, равную единице, в соляной
кислоте или в хлориде натрия —
обычной столовой соли.
Другой пример — сера. Она находится в VI группе Периодической
системы элементов, значит, ее максимальная валентность 6. Другими словами, максимальное число
химических связей, которое может
образовывать сера, равно 6. Такую
валентность она проявляет в серной кислоте и серном газе. Минимальная валентность серы — 2, она
образует две химические связи
в сероводороде или сульфиде калия.

I

II

IV

V

Валентность — число химических
связей, которые образует атом.

VI

VII

VIII

1

1
2
3
4

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

29

47

22
31

38

39

79

88

41

72

57-71

89-103

42

73

43

74

27

28
36

44

45

46
54

53
75

84
106

26
35

52

83
105

25
34

51

82
104

24
33

50

81

80
87

32

49
56

23

40

48
55

6

21

30
37

5

7

III

СЛОВАРИК

76

77

78
86

85
107

108

109

110

101

СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ
В предыдущей главе мы изучили понятие валентность и узнали,
что атомы различных химических элементов могут образовывать
разное число химических связей. В этой главе мы подробно
посмотрим на то, как атомы проявляют себя в соединениях.
Представь, что ты идешь с ­кем-то,
держась за руки. Можно сказать,
что вы образовали одну связь друг
с другом и каждый из вас проявляет
валентность, равную единице.
Теперь представь три ситуации: ты
тянешь другого человека за руку,
затем он тянет тебя, а потом вы идете с ним так, что никто никого не
тянет. Согласись, во всех этих случаях ты будешь испытывать разные
ощущения.
Когда атомы образуют химическую
связь, происходит примерно то же
самое. Помнишь, что в образовании
химической связи участвуют электроны? Так вот, часто бывает так,
что один из атомов перетягивает
электроны связи себе и у второго

102

+1

–1

Степень окисления — это условный
заряд, который предположительно получает атом после перемещения электронов. Она обозначается цифрой и знаком. Цифра почти
всегда равна числу связей, которые
образует атом, а знак «+» или «-» показывает, куда сместились электроны — от атома или к нему.

Чтобы понять, положительную или
отрицательную степень окисления
будет проявлять атом в конкретном
соединении, нужно вспомнить об
электроотрицательности (ЭО). Мы
уже говорили, что электроотрицательность — это способность атома притягивать и удерживать возле
себя электроны. Значит, атом с более высокой ЭО будет притягивать
к себе электроны связи и проявлять
отрицательную степень окисления.
+2 -1

MgCl2

-1

Cl--Mg--Cl
-1

Cl

+3 -1

-1

+4 -2

-2 +4

AlCl3
SO2

-1

+2

+3 -1

--

атома их становится меньше. Тот
атом, который забрал себе часть
электронов, проявляет отрицательную степень окисления, а тот, у которого электронов стало меньше,
положительную.
Например, в молекуле соляной
кислоты и хлор и водород образуют одну связь, то есть проявляют одинаковую валентность, равную 1. Но степени окисления у них
разные. Атом хлора притягивает
к себе часть электронов связи —
рядом с ним больше электронной
плотности, и его степень окисления –1. Рядом с атомом водорода,
наоборот, становится меньше электронов, и его степень окисления
в этом случае +1.

Cl--Al--Cl
-2

O=S=O

Вот еще один пример. В молекуле
воды атом кислорода соединен
с двумя атомами водорода. Кислород гораздо более электроотрицательный элемент, чем водород. Он
стягивает к себе электроны связи
и проявляет степень окисления –2.
У атомов водорода недостаток
электронной плотности, поэтому степень окисления каждого из
них +1.

103

–2

+1

+1

Бывают случаи, когда ни один из
атомов не перетягивает себе электроны связи. Это случается, когда
химическая связь образуется между
атомами одного и того же элемента.
Раз у них одинаковая электроотрицательность, то ни один из атомов
не может стянуть на себя электроны связи. Тогда степень окисления
каждого равняется нулю. Так происходит, например, в молекулах водорода или хлора. И во всех простых
веществах.

0

0

Вот мы и дошли до того, чтобы дать
определение. Степень окисления —
это реальный или условный заряд,
который имеет атом конкретного
элемента в соединении. Подобный
заряд образуется из-за того, что
атом с более высокой электроотрицательностью отбирает электроны
у атома с менее высокой электро-

104

отрицательностью. Одни элементы проявляют постоянную степень
окисления, а другие — переменную.
Для того чтобы правильно составлять формулы химических соединений, нужно запомнить, какие
степени окисления могут проявлять
элементы.
Кислород почти всегда проявляет
степень окисления (–2), за исключением пероксидов H2O2 (–1) и фторида кислорода OF2 (+2).

+1

+1

–1

–1

Иногда кислород проявляет степень окисления –1,
например в перекиси водорода

+2

–1

–1

В соединениях со фтором степень окисления
кислорода +2

В молекуле хлорной кислоты HClO4
валентность хлора равна VII

105

Если атом водорода соединен с металлом (такое вещество называется
гидрид), то он будет проявлять степень окисления –1. Но в соединениях с неметаллами у водорода почти
всегда степень окисления +1.
Атом фтора — самый электроотрицательный элемент, поэтому в соединениях с другими атомами он

будет проявлять степень окисления –1.
Еще нужно запомнить, что атомы
металлов во всех сложных веществах имеют только положительные
степени окисления. Атомы неметаллов могут иметь как положительные, так и отрицательные степени
окисления.

ВЫСШАЯ И НИЗШАЯ СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ
Так же как и с валентностью, для
тех элементов, у которых степени
окисления переменные, мы можем
найти высшую и низшую. Высшая
положительная степень окисления
равняется номеру группы элемента
в периодической системе со знаком
плюс, например:
III

21

106

IV

V

VI

5

6

7

13

14

15

22

23

16
24

S (элемент VI группы) — высшая степень окисления +6;
N (элемент V группы) — высшая степень окисления +5;
Ti (переходный элемент IV группы) —
высшая степень окисления +4.
К сожалению, это правило не всегда работает для элементов металлов, которые находятся в побочных
подгруппах периодической системы. А еще нужно запомнить, что
кислород и фтор также не проявляют высшую степень окисления,
равную номеру группы. У фтора вообще не может быть положительной
степени окисления в соединениях,
так как он самый электроотрицательный элемент. А максимальная
положительная степень окисления
кислорода равняется +2, а не +6,
хотя он находится в VI группе.

Низшая отрицательная степень
окисления для элементов-­неметал­
лов = номер группы — 8, например:
S (элемент VI группы), низшая степень окисления = 6 – 8= –2;
N (элемент V группы) — низшая степень окисления = 5 – 8= –3.
Значения степеней окисления элемента между высшей и низшей степенями называются промежуточными.

Ромбическая сера,
здесь степень
окисления атомов
серы равна 0

Сернистая кислота,
здесь степень окисления
атома серы равна +4

СЛОВАРИК
Степень окисления — условный заряд на
атоме в соединении, который показыват
смещение электронов по связи.

107

КАК ОПРЕДЕЛИТЬ СТЕПЕНЬ ОКИСЛЕНИЯ
ЭЛЕМЕНТА
Для того чтобы рассчитать степень
окисления атома в конкретном соединении, пользуются правилом:
сумма степеней окисления всех
атомов в молекуле должна быть
равна нулю.
Пример: Найти степень окисления
хлора в соединениях:
а) BaCl2; б) Cl2O7; в) KClO.
1. В первую очередь нужно записать
степени окисления элементов, для
которых она постоянна:
+2

−2

BaCl2

+1

−2

2. Затем найти сумму степеней
окисления этих элементов:
+2

+1

−2

BaCl2

−2 × 7 = −14    2 + 1 = −1

3. Если учесть, что суммарный заряд соединения равен нулю, то мы
сможем найти степень окисления
оставшегося элемента:
+2 −1

BaCl2
−1 × 2 = −2

+7 −2

+7 × 2 = +14

Время тренировки
Определи неизвестные степени окисления элементов
в следующих веществах:
+1 ?

NaBr
+2

108

? ?

? +6

CuSO4
? ??

H2SO4

−2

? +1

NH3
+2 ? ? −2

Ca(HCO3)2

+1 +1−2

Кислород — самый электроотрицательный
элемент после фтора. В большинстве
соединений он проявляет степень окисления -2

110

ХИМИЯ
В ЛАБОРАТОРИИ

ПОСУДА В ЛАБОРАТОРИИ
Колба круглодонная
для проведения реакций
с нагреванием

Спиртовка

Тигель

для нагрева, высушивания
,
сжигания, обжига или
плавления различных вещ
еств

я
для подогрева и плавлени
в
ест
вещ
небольших количеств

Колба плоскодонная
Шпатель
для переноса
твердых
веществ

112

для проведения
различных реакций, или
в аналитической химии

Мерная пробирка

Холодильник

Штатив

для измерения небольшого объема
жидкости

и

для проведения реакций пр
нагревании

Мерный цилиндр
для установки лабо
раторного
оборудования и приб
оров,
проведения реакций

Пробирка

акций
дения ре вом
е
в
о
р
п
я
дл
ичест
шим кол
с неболь ществ
ве

для измерения объемов жидкостей

113

СМЕСЬ
В этом разделе будем разбираться с тем, какие методы используют
химики, когда проводят эксперименты. А еще тебя ждет целая
глава с опытами, которые ты можешь сделать дома!

Начнем с того, что такое смесь и как
она отличается от чистого вещества.
Смесь — это ­что-то состоящее более чем из одного вещества.
Вещества в смеси просто смешаны —
они не образуют химических связей
друг с другом.
Один из самых простых примеров
смеси — это воздух, который нас
окружает. Он состоит из 78% азота,
21% кислорода, а оставшийся 1% —
это еще несколько других газов. Но
в основном в воздухе находятся
азот и кислород, и молекулы этих
веществ не связаны друг с другом.
Еще один пример смеси — это молоко. Оно состоит из молекул различных жиров, белков, лактозы (молочного сахара), некоторых солей
и воды.

114

Вообще, большая часть того, что
нас окружает, — это смесь ­каких-то
веществ.

Воздух, которым мы дышим, в основном
это смесь азота и кислорода

ОДНОРОДНЫЕ И НЕОДНОРОДНЫЕ СМЕСИ
Однородными (или гомогенными)
называют такие смеси, в которых
даже при помощи микроскопа нельзя обнаружить компоненты, входящие в её состав. Разные молекулы
равномерно распределены друг относительно друга, и мы не сможем
увидеть, в каком месте заканчивается одно вещество и начинается другое. Если говорить научным языком,
то между веществами в однородных
смесях нет поверхности раздела.
Смесь, в которой мы можем различить разные вещества, называется
неоднородной (или гетерогенной).
Иногда для этого может понадобиться микроскоп.

Вспомним предыдущие примеры.
Воздух — это гомогенная смесь газов. Между двумя его основными
компонентами — азотом и кислородом — нет границы раздела. Газы
всегда равномерно смешиваются
друг с другом. А вот молоко — гетерогенная смесь. Хотя внешне оно
кажется однородным, под микроскопом мы сможем увидеть отдельные частицы жира, которые отделены от остальной жидкости.
Еще один пример гетерогенной
смеси — это любая газировка. Она
состоит из жидкости и пузырьков
углекислого газа. В этом случае
прекрасно видна поверхность раздела между газом и жидкостью.

Под микроскопом можно увидеть чатицы жира в
молоке — это гетерогенная смесь

115

В общем, однородными смесями
являются:
— смеси газов;
— растворы;
— сплавы металлов.
Остальные смеси являются неоднородными, или гетерогенными.
Про смесь газов мы уже поговорили, сейчас немного остановимся на
сплавах, а потом перейдем к растворам.
Сплав — это смесь, которая образовалась при сплавлении двух или

116

более металлов (иногда с добавлением других веществ). Металлы
нагрели до температуры кипения,
превратили в жидкость и смешали. Из-за этого частички разных
веществ распределились между
собой равномерно и образовалась
гомогенная смесь.
Бронза и латунь — это сплавы, которые используются человечеством
с древних времен. Бронза — это
сплав меди и олова, а латунь — сплав
меди и цинка.

«Мыслитель» Родена сделан из бронзы —
сплава меди и олова

117

РАСТВОРЫ
Если в стакан воды добавить пару
ложек сахара, а затем тщательно
перемешать, то сахар волшебным
образом исчезнет — образуется раствор сахара в воде.
Но на самом деле сахар не исчез,
его частички равномерно распределились в воде, и поэтому мы их
больше не можем увидеть. Это выглядит так.

Сахар растворился в воде, образовался раствор. Вода — это растворитель, а сахар — растворенное
вещество.
Не все вещества могут растворяться в воде. Например, песок на
пляже в основном состоит из оксида кремния, его формула — SiO2.
Как можно заметить, это вещество
в воде не растворяется.

Почему оксид кремния SiO2 не растворяется в воде, а сахар растворяется? Все зависит от типа частиц,
которые образуют вещество. Для
одних веществ нужен один растворитель, для других — другой.
На степень растворимости можно
влиять с помощью температуры. Давай вернемся к опыту с сахаром. Мы
добавили к стакану воды две ложки сахара, и он достаточно хорошо
растворился. Но если мы продолжим добавлять сахар, то в ­какой-то
момент увидим, что он больше не
растворяется, даже при тщательном перемешивании. Но стоит нам
нагреть эту смесь, как сахар вновь
начнет растворяться!
Обычно вещества лучше растворяются в горячих растворителях, чем
в холодных.

В горячей воде сахар растворяется гораздо лучше!

118

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ
ВЕЩЕСТВО
Индивидуальное, или чистое, вещество, в отличие от смеси,
состоит из одинаковых частиц.
Например, очищенная вода состоит только из молекул воды. Ничего
другого в ней нет. Вода, которая
течет из-под крана, не является
индивидуальным веществом, в ней
в небольшом количестве растворены разные соли.
В реальной жизни очень сложно
встретить идеально чистое вещество, или, говоря научным языком,
на 100% чистое. Даже если тщательно очистить воду из-под крана,
например дистилляцией, то в ней
все еще останется небольшое количество газов.

Чистая вода содержит только молекулы воды,
но часто в ней есть примеси, например соли

119

КАК ПОНЯТЬ, ЧИСТОЕ ЛИ ВЕЩЕСТВО
У химиков много методов, которыми
они в лаборатории могут определить, чистое вещество или нет. Но
самый простой из них — это зафиксировать температуру плавления
и кипения.
У чистого вещества четкая и постоянная температура кипения и плавления. Если вещество не является
индивидуальным, то его температу-

ра плавления понижается, а температура кипения повышается; такие
вещества кипят и плавятся в интервале температур.
Например, температура кристаллизации чистой воды (когда она
превращается в лед) — 0 °С. И если
в эксперименте вода замерзает при
температуре –1 °С, это значит, что
она содержит ­какие-то примеси.

РАЗДЕЛЕНИЕ СМЕСИ
Иногда нужно найти способ разделить смесь. Например, когда химик
проводит реакцию, то в большинстве случаев образуется смесь веществ, из которой еще предстоит
выделить необходимое соединение.
Есть множество методов, которые
позволяют разделять смеси веществ. Вот некоторые из них:
— фильтрование;
— дистилляция;
— кристаллизация;
— выпаривание;
— хроматография.
Получить наиболее чистые вещества позволяют только самые

120

сложные методы, с помощью
простых методов нельзя достичь
высокой степени чистоты. Для
разделения каждой смеси нужно
подбирать свой метод — например,
чтобы отделить песок от воды, подойдет фильтрование. Но с помощью фильтрования уже не выделить сахар из водного раствора,
в этом случае подойдет упаривание.
В следующей главе будем подробно
разбирать все методы, узнаем, за
счет чего происходит разделение
и в каком случае какой метод использовать.

121

КАК РАЗДЕЛИТЬ СМЕСЬ
ФИЛЬТРОВАНИЕ
Это самый простой метод, с которым знаком практически каждый.
Фильтрование можно использовать
тогда, когда нужно отделить твердое
вещество от жидкости, в которой
оно нерастворимо. Например, если
взять воду с мелкими камешками
или песком, то с помощью фильтрования их легко можно отделить
друг от друга.

А вот пример из химической лаборатории — карбонат кальция (обычный мел) СaCO3 нерастворим в воде.
Поэтому его легко выделить с помощью фильтрования. Мел «застрянет»
на фильтровальной бумаге, а вода
просочится сквозь нее. Твердое вещество, которое остается на фильтре — это осадок, а вода — фильтрат.
В лаборатории для фильтрования

Здесь смесь воды
и CaCO3
CaCO3
остается здесь

В эту колбу капает
вода

122

используют колбу с плоским дном,
фильтр и фильтровальную бумагу
с мелкими порами. Через эти поры
легко проходят компактные молекулы жидкости, а более крупные
кусочки твердых веществ остаются
на поверхности.

Здесь показано, как сворачивать бумагу для
фильтрования — такой способ защищает от
протекания

Мы часто используем этот метод
в обычной жизни. Например, когда
нужно отделить готовые макароны
от горячей воды, в которой они варились.

123

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
Многие твердые вещества могут
кристаллизоваться — то есть переходить в твердое состояние — из
растворов при понижении температуры. Это происходит из-за того,
что растворимость многих веществ
в холодном растворителе хуже, чем
в горячем.

124

Например, на иллюстрации ниже
показано, как можно получить кристаллы сульфата меди с помощью
кристаллизации.

ВЫПАРИВАНИЕ
Данный метод используют в том
случае, когда нужно отделить твердое вещество от жидкости, в которой оно растворено. Например,
чтобы отделить соль от воды.
Водный раствор соли нагревают.
При этом вода начинает кипеть
и постепенно переходит в газообразное состояние. Когда вся
жидкость выкипит, останется только твердая соль. Это можно делать
в специальной жаропрочной посуде, например в чашке, такой, как на
иллюстрации.

125

ПРОСТАЯ ДИСТИЛЛЯЦИЯ
Этот метод используют для полу- — мы нагреваем раствор в колбе.
чения чистого жидкого вещества. Вода начинает кипеть, и водяной
Пример простой дистилляции — от- пар попадает в конденсатор;
деление воды от раствора с солью. — конденсатор холодный, поэтоУстройство для простой дистилля- му водяной пар в нем быстро охции состоит из колбы, конденсато- лаждается и снова превращается
ра (это такая стеклянная трубка для в жидкость;
охлаждения) и стакана (или колбы), — вода стекает из конденсатора
в который собирают чистый рас- в стакан. Такая вода называется
творитель. А процесс разделения дистиллированной.
соли и воды протекает так:
С помощью дистилляции можно получать питьевую воду из соленой
морской воды.

126

ФРАКЦИОННАЯ ДИСТИЛЛЯЦИЯ
С помощью такого метода можно
разделить смесь двух жидкостей
с разными температурами кипения.
Например, отделить этиловый спирт
от воды.
Установка для фракционной дистилляции состоит из колбы, в которой находится смесь, специальной
фракционной колонки, конденсатора и еще одной колбы, в которую
можно собрать жидкость.
Давай разбираться, как это работает, на примере смеси этилового
спирта и воды:
— мы нагреваем колбу со смесью;
— спирт начинает кипеть первым,
он превращается в пар и попадает
во фракционную колонку;
— кроме спирта также превращается в пар небольшое количество
воды;
— для этого и нужна колонка —
именно с ее помощью спирт окончательно отделяется от воды и «чистеньким» проходит в конденсатор,
там охлаждается и стекает в стакан;
— если мы будем четко контролировать температуру, то после дистилляции в первой колбе останется
только вода, а в стакане будет чистый спирт.

С помощью фракционной дистилляции выделяют бензин из нефти.
А еще таким способом получают
чистый кислород и азот из окружающего нас воздуха.

127

128

ХРОМАТОГРАФИЯ НА БУМАГЕ
С помощью такого метода можно — нарисовать фломастером не
разделить смесь различных ве- очень большую точку примерно
ществ. Например, понять, из каких в 1 см от края бумажной полоски;
красителей состоят чернила фло- — аккуратно поставить полоску
мастера.
в стакан с небольшим количеством
Опыт очень простой, его легко по- воды; вода должна 1–2 мм не доховторить дома:
дить до места, где мы поставили
— нужно взять полоску бумаги — точку фломастером;
идеально подойдут фильтры для — подождать 5–10 минут и посмокофе либо плотные салфетки (но не треть, из каких красителей состоят
бери гладкую бумагу из тетради или чернила твоего фломастера.
альбома);
Секрет этого метода в том, что
— выбрать темный фломастер — красители в чернилах имеют разочень важно, чтобы он не был во- личную растворимость в воде. Вся
достойким;
смесь начинает свое путешествие

129

в одной точке, но каждый краситель двигается со своей скоростью — те, что хорошо растворимы,
перемещаются быстрее, и со временем мы видим, что смесь разделилась.

130

Хроматографию можно сравнить
с забегом — все участники начинают в одной точке, но через ­какое-то
время быстрые оказываются впереди, а самые медленные отстают
и бегут в конце.

131

132

ХИМИЯ ДОМА

133

ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ
ДОМАШНИХ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ

ОБОРУДОВАНИЕ И МЕСТО
Место. Эксперименты лучше всего проводить на кухне, там у тебя
всегда будет доступ к воде, чтобы
в случае чего быстро помыть руки
или умыться, если ты что‑то прольешь. Можешь использовать кухонный стол, просто освободи достаточно места, чтобы тебе ничего
не мешало.
Оборудование. Тебе понадобится
обычная посуда, которую легко
найти на кухне: стеклянные стаканы и ложки. Не переживай — ты
сможешь их использовать и после
эксперимента, главное — не забудь
их хорошо промыть. Также для некоторых опытов могут понадобится
перчатки — они защитят твою кожу
от раздражения, если на нее попадет опасная жидкость.

134

ВАЖНО! Обязательно вылей все
жидкости из стаканов после эксперимента — многие из них могут
выглядеть как вода, но их ни в коем
случае нельзя пить.

Не оставляй жидкости для опытов
без присмотра, они похожи на воду,
но их очень опасно пить!

ВАЖНЫЕ ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Всегда надевай удобную одежду, которую не жалко замарать. Почти все вещества, которые ты будешь использовать, не
оставляют следов и не повреждают ткань. Но в нескольких
экспериментах будут жидкости,
которые могут оставить следы
на одежде.

Никогда не бери вещества руками. Даже если они на 100%
безвредные. Настоящие химики
всегда пользуются специальными ложечками. Если какая‑то
жидкость пролилась тебе на
кожу, сразу промой это место
большим количеством воды.

Никогда не ешь во время проведения опытов. Так опасные
вещества могут попасть тебе
в пищу.

135

ПРОСТЫЕ
ЭКСПЕРИМЕНТЫ
Приготовься – в этом разделе ты узнаешь, как самостоятельно
провести крутые опыты. Все нужные вещества можно будет найти
дома либо купить в аптеке – в общем, ничего сложного!

ШАРИК С УГЛЕКИСЛЫМ ГАЗОМ
Тебе понадобятся:
— пластиковая бутылка;
— горячая, но не кипящая вода (половина большой кружки);
— сахар;
— дрожжи;
— воздушный шарик.
Что делать:
— насыпать одну чайную ложку сухих дрожжей и две чайные ложки
сахара в пластиковую бутылку;
— добавить в бутылку горячую
воду;
— надеть воздушный шарик на горлышко бутылки и оставить все это
на 30–40 минут.

136

Что будет
Жидкость в бутылке начнет пенится
и выпускать газ — шарик надуется.
Объяснение
Дрожжи — это очень маленькие
грибки, которые питаются сахаром
и выделяют при этом углекислый

газ — СО2. Как раз из-за газа образуется пена и ты видишь пузырьки
СО2 в бутылке, они улетают вверх
и надувают шарик. Этот процесс
называется брожением. А вот и химическое уравнение для этого процесса:
С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2

СИЛА УКСУСА
Тебе понадобятся:
— стакан;
— скорлупа от яйца;
— уксус.
Что делать:
— положить кусочки яичной скорлупы в стакан и залить уксусом;
— оставить стакан с опытом на
ночь.
Что будет
Скорлупа растворится в уксусе.

Эта соль не растворяется в воде,
но может растворяться в кислотах.
Как раз уксус — это разведенная
водой уксусная кислота. Она реагирует с карбонатом кальция в яичной скорлупе и разрушает его. Вот
уравнение для этой реакции:
2СН3СООН + СaСО3 = (СН3СОО)2Сa
+ СО2 + Н2О
Кстати, в этом случае тоже выделяется углекислый газ — ты можешь
увидеть маленькие пузырьки в стакане.

Объяснение
Яичная скорлупа в основном состоит из карбоната кальция — СaСО3.

137

НЕВИДИМЫЕ ЧЕРНИЛА
Тебе понадобятся:
— лимон;
— стакан;
— свеча или утюг;
— вода;
— ватная палочка;
— листок бумаги.
Что делать:
— выдави в стакан небольшое количество лимонного сока;
— с помощью ватной палочки (или
тонкой кисточки) напиши послание
на бумаге;

138

— погрей листок с надписью над
свечой или прогладь с помощью
утюга.
Что будет
Сначала надпись останется невидимой, но после того, как ты нагреешь
бумагу, она проявится!
Объяснение
Лимонный сок содержит лимонную
кислоту, она темнеет при нагревании, поэтому текст и становится
видимым.

ГАЗ, КОТОРЫЙ ТУШИТ ОГОНЬ
Тебе понадобятся:
— пищевая сода;
— уксус;
— стакан;
— вода;
— спички.
Что делать:
— наполни стакан водой примерно
на треть;
— добавь к воде 1 чайную ложку
соды;
— добавь к этой смеси небольшое
количество уксуса;
— зажги спичку и поднести ее к поверхности жидкости так, чтобы она
не погружалась внутрь.

Объяснение
Пищевая сода реагирует с уксусной
кислотой, в этой реакции выделяется углекислый газ. Он препятствует
горению, поэтому спичка быстро
тухнет. А вот и реакция, которая
здесь проходит:
СН3СООН + NaHСО3 = СН3СООNa
+ СО2 + Н2O

Что будет
Спичка потухнет.

ФАКТ
Так как углекислый газ не поддерживает
горение, то его используют в некоторых
типах огнетушителей.

139

ЗУБНАЯ ПАСТА ДЛЯ СЛОНА
Тебе понадобятся:
— 100 г 6%-ного раствора перекиси
водорода (ее можно найти в магазине с косметикой);
— пакетик сухих дрожжей;
— теплая вода;
— пищевой краситель;
— жидкость для мытья посуды;
— пустая бутылка;
— поднос.
Что делать:
— налей перекись водорода в пустую бутылку;
— добавь в бутылку несколько капель красителя и немного жидкости
для мытья посуды;
— смешай дрожжи с тремя столовыми ложками теплой воды;
— поставь бутылку на поднос и аккуратно вылей в нее дрожжи.
Что будет
Ты увидишь, как из бутылки выделяется большое количество пены.

140

Объяснение
Перекись водорода — это вещество,
которое состоит из атомов водорода и кислорода, оно со временем
распадается на воду и кислород.
Дрожжи катализируют (ускоряют)
этот распад и вынуждают молекулу
перекиси водорода высвободить
молекулу кислорода. Газообразный
кислород смешивается с моющим
средством и образует множество
пенных пузырьков, которые рвутся
наружу!
Перекись водорода распадается
вот по такой реакции:
2Н2О2 = 2Н2О + О2

ШАГАЮЩАЯ ВОДА
Тебе понадобятся:
— 5 стаканов;
— вода;
— пять разных красителей;
— бумажные полотенца.
Что делать:
— заполни каждый стакан водой
примерно на треть;
— добавь в каждый стакан немного
красителя;
— вырежи из бумажных полотенец
полоски или просто сложи их;
— помести один край салфетки
в первый стакан, а другой край —
во второй. Соедини таким образом
все стаканы.

у тебя получится очень красивая
композиция.
Объяснение
У салфеток или бумаги очень пористая структура — это значит, что
в них есть очень много маленьких
дырочек. Мы не видим эти поры,
так как они очень маленькие, но
вот молекулы воды прекрасно в них
помещаются. Так вода впитывается
в салфетку и может перемещаться
по ней даже снизу вверх. На самом
деле здесь нет никакой химии — это
физическое явление, но очень красивое!

Что будет
Ты увидишь, как подкрашенная
вода из одного стакана перетекает в другой. В конце эксперимента

141

ПИЩЕВЫЕ ИНДИКАТОРЫ
Тебе понадобятся:
— сок граната или сок красной капусты;
— уксус;
— пищевая сода;
— средство для чистки труб;
— 4 стакана;
— вода.
Что делать:
— выжми небольшое количество
гранатового сока либо сока красной капусты;
— разбавь сок водой и разлей
в 4 стакана;
— добавь в первый стакан немного
уксуса;
— сок во втором стакане оставь без
изменения — это образец для сравнения;
— к третьему стакану добавить четверть чайной ложки пищевой соды;
— в четвертый стакан добавь немного средства для чистки труб
(используй перчатки).
Что будет
После добавления разных веществ
к соку цвет жидкости в стаканах изменится.

142

Объяснение
В соке граната или красной капусты содержатся вещества, которые
меняют окраску в зависимости от
среды раствора. У уксуса кислая
среда, у пищевой соды — слабощелочная, а у средства для чистки
труб — сильнощелочная. Поэтому
после добавления разных веществ
первоначальный цвет раствора менялся.

КАК НАЙТИ КРАХМАЛ
Тебе понадобятся:
— кусок белого хлеба или батона;
— чашка с водой;
— стакан с небольшим количеством
воды;
— раствор йода.
Что делать:
— положи кусок хлеба в чашку
с водой и хорошенько отожми его —
вода должна стать мутной;
— добавь в стакан с водой несколько капель раствора йода;
— перелей разбавленный раствор
йода в чашку, где был хлеб.

Что будет
Раствор в чашке станет темно-­
синим, почти черным.
Объяснение
В хлебе содержится крахмал, это
вещество реагирует с йодом и образует соединения, которые окрашены в темно-­синий цвет.
Такой же опыт можно провести
с картофельным соком, в нем тоже
содержится крахмал. Это вообще
очень полезный эксперимент, который позволяет обнаружить крахмал
во многих продуктах.

143

СОДЕРЖАНИЕ
Химия и строение вещества  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 3
Всё состоит из частиц  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 4
Три состояния вещества .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 10
Частицы в твердых, жидких и газообразных веществах .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 14
Атом .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 18
Состав атома .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  22
История атома .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  26
Изотопы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 36
Электроны в атоме .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 38
Электронная формула .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 44
Ионы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 50
Периодическая система элементов  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 54
Металлы и неметаллы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 60
Периодический закон .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 64
Химическая связь .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 72
Строение веществ .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 84
Формула вещества  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 88
Простые и сложные вещества  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 94
Сколько связей образует атом .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 98
Степень окисления  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  102
Химия в лаборатории .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
Посуда в лаборатории  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
Смесь  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
Индивидуальное вещество  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .
Как разделить смесь .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .

111
112
114
119
122

Химия дома  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 133
Что нужно знать при проведении домашних экспериментов .  .  .  .  .  .  .  134
Простые эксперименты  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  136

144