– Хорошее сравнение. Среди элементов есть и такие, которые ни с кем не хотят дружить. Элемент золото редко вступает в химические реакции, поэтому золотые монеты и украшения не портятся от времени. Но самый одинокий элемент – это гелий: что с ним ни делай, он упорно отказывается с кем-либо соединяться! Зато газ гелий приносит радость ребятишкам – им наполняют воздушные шары. Гелий легче воздуха, поэтому, если отпустить нитку, шарик улетит в небо.
– Какие же все элементы разные: хлор дружит почти со всеми элементами, а гелию никто не нужен, ему и одному хорошо. У каждого элемента свой характер!
– Элементы действительно очень разные. Но оказалось, что их можно расставить по порядку. Как это сделать, понял гениальный русский химик Дмитрий Иванович Менделеев. Его открытие называется Периодический закон Менделеева. Этот закон можно изобразить в виде таблицы, которая называется таблица Менделеева. Это настолько важное открытие, что ему и его автору даже поставили памятник.
– Памятник открытию?!
– Да. И мы прямо сейчас к нему отправимся. Настраиваю времяскок. Наше время, город Санкт-Петербург, сквер в центре города.
Задание
Возьми несколько камешков и разноцветные детали конструктора Lego. Пусть детали одного цвета будут атомами кислорода, а другого – атомами углерода. В природе атомы могут легко соединяться друг с другом, так же как детали конструктора. Соедини две детали кислорода и одну деталь углерода, и у тебя получится молекула углекислого газа. Мы все его выдыхаем, когда дышим, и ты тоже!
Пусть камешек поменьше будет атомом гелия, а побольше – атомом неона. Этот газ ярко светится красным светом, когда через него проходит ток. Ты мог это видеть в вывесках на городских улицах. Присоедини один газ к другому. Получилось? А к кислороду? Ничего не выходит! Вот так же и в природе – гелий и неон не вступают в химические реакции.
Таблица Менделеева
Последовательность элементов
Какое хорошее место! Зелёная травка. Около дома растёт несколько деревьев, под ними – скульптура-изображение человека, который сидит в кресле. У него высокий лоб, волосы до плеч и широкая борода. Кажется, что он думает о чём-то важном.
– Дядя Кузя, это учёный Менделеев?
– Верно. Перед нами его скульптурный портрет. А за ним, прямо на стене дома, выложена из разноцветных камней знаменитая таблица Менделеева.
– Она похожа на огромный лист бумаги в клеточку. В каждой клетке – цифры, буквы. Но что они значат?
– Буквы – это короткие названия элементов. Самый первый, крайний слева в верхней строке, – водород.
– Но там стоит буква «Эн».
– Короткие имена химических элементов пишут не русскими, а латинскими буквами. Латинское название водорода начинается с буквы «Аш», которая пишется так же, как наша буква «Эн». Во второй строке можно найти ещё одного нашего знакомца – кислород. Он обозначен буквой «О», от слова «оксиген».
– Понятно. А почему они не стоят рядом? И почему первый – водород, а не кислород?
– Место каждого элемента определил Менделеев. Над тем, как правильно расставить элементы в своей таблице, он думал целых двадцать лет. А началось всё с того, что учёный решил написать учебник химии. Эту науку он знал очень хорошо, а вот рассказать о ней так, чтобы всё было ясно, не получалось.
– Что же ему мешало?
– Представь, как трудно научить математике, если неизвестно, в каком порядке идут цифры? И что больше – единица или двойка? Все химические вещества состоят из элементов, а значит, их тоже надо выстроить по порядку.
– Но как это сделать?
– Помогли знания других учёных. Учёные – удивительные люди. Они могут понять, из чего состоят далёкие звёзды, разобраться, почему небо синего цвета, а листья – зелёные, придумать, как полететь в космос. А ещё учёные смогли узнать, сколько весит один-единственный атом! Оказалось, что у атомов разных элементов вес тоже разный. Самый лёгкий атом – у водорода.
– Может быть, поэтому Менделеев и поставил его на первое место?
– Точно. Он расставил все элементы по весу их атомов, от самого лёгкого к самому тяжёлому. И тут выяснилась ещё одна интересная вещь: в этом строю через одинаковый промежуток – учёные говорят «периодически» – появляются похожие элементы. Это как у чисел. Следи внимательно.
И дядя Кузя достал из кармана свой блокнот со страницами в клеточку и начал писать цифры. В первом ряду в каждой клетке расположились цифры от 1 до 10, прямо под ними, вторым рядом, он поместил цифры с 11 до 20, в третьем – от 21 до 30.
– Смотри, Чевостик: цифры 12 и 22 оказались под двойкой, под четвёркой – 14 и 24.
– А 17 и 27 – под семёркой!
– И обрати внимание: цифры, оказавшиеся друг под другом, в одной колонке, похожи.
– А ведь правильно! Если к 1, или к 11, или к 21 прибавить 9, то каждый раз в сумме получится цифра, у которой на конце 0! То же самое, если к 7, 17 и 27 прибавить 3!
– Ты у меня умница, Чевостик! Вот и Менделеев точно так же разместил элементы в несколько строчек. В каждой по восемь элементов. И, удивительное дело, похожие элементы оказались один под другим, попали в одну колонку: калий под натрием, а под хлором – очень похожий на него элемент йод.
– Дядя Кузя, это очень интересно, но зачем это нужно? Таблицу Менделеева можно как-то использовать?
– Конечно! Менделеев сразу увидел, что в его таблице не хватает десяти элементов. И что ты думаешь? Вскоре они были найдены! С тех пор учёные открыли ещё немало элементов, и снова этому помогла таблица Менделеева! А ещё она подсказывает, какие вещества можно получить из каждого элемента. В каких химических реакциях он будет участвовать. И вообще, чего от него ждать. Это очень нужные знания. Благодаря им учёные создают новые вещества: материалы, сплавы, лекарства.
– А как эти новые вещества получаются? Их собирают из разных элементов, как из конструктора?
– Всё несколько сложнее. Чтобы элементы правильно соединились, им нужно помочь. Одни вещества для этого надо нагреть, другие, наоборот, охладить – в общем, подобрать правильные условия реакции…
Задание
Одну периодическую закономерность ты можешь пронаблюдать сам, если посмотришь на календари последних двенадцати лет. Попроси родителей показать их тебе на компьютере. Выпиши года по порядку в три строки – по четыре года в каждой строчке. Для каждого года проверь по календарю количество дней в феврале и закрась красным те года, в которые февраль длиннее обычного.
Ты увидишь, что раз в четыре года в феврале оказывается 29 дней. Года, в которых февраль длиннее, называются високосными.
Независимо от того, в каком году ты читаешь эту книгу, у тебя получится периодическая система високосных годов, в которой года с длинным февралём будут в одном столбце.
Химическая формула
Группы веществ. Правила безопасности
…А ещё для того, чтобы создать вещество, надо знать его формулу.
– Что это за формула?
– Атомы в веществе не просто перемешаны, часто они соединены в одинаковые группки – молекулы. Атомы кислорода и водорода в воде держатся по трое: в каждой молекуле воды один атом кислорода и два атома водорода. Попробуем записать это: водород «Аш», потом цифра два – потому что атомов водорода два. В конце О – кислород. Получилась формула воды Н2O.
– Как здорово! Вода – аш-два-о! А ещё какие-нибудь формулы ты знаешь?
– Я их помню очень много. Они довольно сложные, но формулу поваренной соли ты запомнишь легко. В ней поровну атомов натрия и хлора, поэтому её формула простая – NaCl – натрий-хлор.
– Натрий-хлор – поваренная соль. Дядя Кузя, если мы знаем формулу, то можно запросто получить любое вещество! Например, если взять кислород и добавить к нему в два раза больше водорода, получится вода.
– Но проводить эту реакцию нужно очень осторожно. От малейшей искры смесь водорода с кислородом взорвётся. Поэтому такую смесь газов назвали гремучим газом.
– Ничего себе!
– Химия – наука очень интересная, но она не терпит незнаек и растяп. И если ты решил её изучать, то первым делом должен крепко-накрепко запомнить несколько правил безопасности. Никогда не смешивай химические вещества просто так – в результате могут получиться опасные вещества или даже прогремит взрыв. Не нагревай, не поджигай и уж тем более не бросай в костёр что попало – можно получить серьёзные ожоги.
– Что я, совсем глупый, что ли? Не буду, конечно.
– Не вздумай пробовать на вкус неизвестные вещества. Они могут оказаться ядовитыми или очень жгучими и нанесут настоящие раны. Нюхать неизвестные химические вещества тоже нельзя. Они могут обжечь нос, горло и лёгкие.
– Как же всё непросто… Но как же быть? Хоть химия и опасная, но она такая интересная!
– Всё очень просто. Ребятам всякие химические опыты можно проводить только вместе с понимающим взрослым.
– Дядя Кузя, а ты ведь и есть такой взрослый? Давай проведём какие-нибудь химические опыты?
– Хорошее предложение.
– Тогда нам надо отправиться в какую-нибудь лабораторию?
– Чевостик, множество интересных и совершенно безопасных химических опытов можно проделать на самой обыкновенной кухне. Мы возвращаемся домой.
Эксперименты на кухне
Кислоты
Как необычно! Мы дома, но наше путешествие-знакомство с химией продолжается!
– Сейчас мы проведём одну очень интересную химическую реакцию. Для неё нам понадобится сок лимона и немного пищевой соды. Она есть на кухне у любой хозяйки. Мы нальём в прозрачный стакан чистую воду. Добавим в неё щепотку соды. Хорошенько размешаем.
– Белый порошок соды растворился, в стакане снова прозрачная вода.
– Не вода, а раствор соды. Добавим к нему лимонный сок…
– Ой! Жидкость в стакане забурлила, со дна поднимаются прозрачные пузырьки какого-то газа.
– Его формула CO
– Ой, да я же про него знаю! Мы вдыхаем кислород, а этот самый углекислый газ выдыхаем. Ты про это рассказывал, когда мы в путешествии узнавали, как устроен человек.
– Совершенно верно. А химические реакции, при которых выделяется этот газ, используют многие мамы и бабушки, когда готовят вкусные пирожки, блинчики и оладьи.
– А зачем в этих вкусностях газ, да ещё углекислый?
– Он помогает хозяйкам сделать тесто пышным, воздушным. Они добавляют в него специальный порошок для печения или пищевую соду с чем-то кислым, и в тесте начинает идти реакция, похожая на ту, что мы только что наблюдали.
– Пузырьки газа остаются в тесте, и блинчики получаются кружевными! Какой полезный газ. Только у нас в стакане их почти не осталось.
– Химическая реакция закончилась. Вся сода и лимонная кислота прореагировали.
– Дядя Кузя, а почему ты лимонный сок назвал кислотой? Потому что он кислый?
– Наоборот, это кислоты получили своё название из-за кислого вкуса. Кислоты – это название группы химических веществ. Некоторые кислоты мы буквально знаем на вкус: это щавелевая, яблочная, лимонная, молочная, уксусная кислоты. Всем известный и полезный витамин C – тоже кислота. Аскорбиновая.
– Теперь я буду знать, почему щавель и яблочки – кислые. Из-за кислот!
– Но большинство кислот никакого отношения к еде не имеют. И пробовать их нельзя ни в коем случае: многие кислоты очень жгучие, а некоторые ядовиты.
– А зачем химикам изучать такие вредные вещества?
– Кислоты вовсе не вредные, они приносят большую пользу. Например, серная кислота необходима для получения удобрений, без которых не вырастить хороший урожай. Без неё не сделать бумагу, краски, ткани, обувь, лекарства. У других кислот тоже много работы. У нас в желудке есть соляная кислота, её формула HCl. Эта кислота помогает нам переваривать пищу.
– Удивительные вещества эти кислоты. А какие ещё бывают группы веществ?
Эксперименты на кухне
Щёлочи и соли
– Об оксидах мы уже говорили. Кроме кислот и оксидов есть щёлочи. Они, как и кислоты, едкие, их нельзя пробовать и трогать, чтобы не обжечься.
– Но из них наверняка тоже получается что-то очень нужное.
– Например, моющие средства и мыло, которыми мы пользуемся каждый день. А теперь я хочу рассказать, как с помощью химии усмирить жгучую кислоту и едкую щёлочь. Для этого их нужно… смешать.
– Да разве так они не станут в два раза опасней?
– Наоборот! Они превратятся в раствор соли. Дело в том, что в любой кислоте обязательно есть атом водорода. А в каждой щёлочи есть неразлучная пара: атом кислорода с атомом водорода. Если смешать кислоту и щёлочь, водород из кислоты соединится с кислородом-водородом из щёлочи. И получится знакомая нам компания – два атома водорода и один кислорода.
– Да это же H2О! Вода! И она совсем не жгучая!
– Оставшиеся атомы кислоты и щёлочи тоже соединяются, и получается какая-нибудь соль. Соли – название ещё одной группы химических веществ.
– Я это запомню. Дядя Кузя, а теперь давай проделаем следующие химические реакции. Мне это занятие очень понравилось.
– Тогда предлагаю разобраться, где рядом с нами есть кислоты и щёлочи.
– А как мы это сделаем? Если кислоты нельзя брать в рот, а щёлочи лучше не трогать?
– Опасные кислоты и щёлочи у нас дома вряд ли водятся. А разобраться с теми, что имеются, нам поможет капуста. Правда, не обычная, а краснокочанная.
– Я её знаю, у неё листья красивого фиолетового цвета. Но как она поможет отличить кислоту от щёлочи, мне совершенно непонятно.