Азы химии вступление

внимание: должен будет быть перепроверен

Автор текста - Анисимова Елена Сергеевна


***
Азы химии.

С элементами азов физики.

***
Об элементарных частицах.

В природе существуют объекты, называемые элементарными частицами.
Они имеют очень малые размеры (не видны даже в электронный микроскоп) и очень маленькую массу.

Известно множество элементарных частиц.
Но основных типов элементарных частиц только три.
Эти основные элементарные частицы называются:
- электронами,
- протонами и
- нейтронами.

**
О МАССАХ элементарных частиц.

Масса протонов и нейтронов примерно одинаковая (разница есть, но обычно не имеет значения; нейтроны чуть тяжелее протонов) и принимается за единицу.

Когда говорят про атомные единицы массы или молекулярные единицы массы, то имеют в виду массу, примерно равную массе протона или нейтрона.
Например, 5 атомных или молекулярных елиниц массы – это 5 таких масс, как у протона или нейтрона.

Масса электрона во много раз меньше, чем масса протонов или нейтронов, и поэтому она обычно не учитывается при вычислении масс атомов или молекул –
массы атомов и молекул высчитывают, складывая только массы протонов и нейтронов (то есть по сути – просто суммарное количество протонов и нейтронов).

Об электрических ЗАРЯДАХ элементарных частиц.

**
Что такое электрический заряд?
 
Известно, что протоны и электроны притягиваются друг к другу, а протоны от протонов отталкиваются, и электроны от электронов – тоже отталкиваются.

(Правда, проявляется это свойство описываемым тут образом на конкретных расстояния, а на других расстояниях свойствап могут проявляться иначе).

Считается, что эта способность протонов и электронов притягиваться друг к другу и отталкиваться от частиц своего типа (протоны отталкиваются от протонов, а электроны от электронов) связана с наличием у протонов и электронов так называемого электрического заряда.

Считается, что электрический заряд – это особое свойство элементарных частиц, которое заключается в способности элементарных частиц притягиваться к другим элементарным частицам или отталкиваться от частиц.

Заряд протона и заряд электрона – это заряды разных типов.
Они отличаются своим поведением, своей реакцией на заряженные частицы.
А именно: заряд электрона побуждает его притягиваться к протону и отталкиваться от другого электрона, а заряд протона побуждает его притягиваться к электрону и отталкиваться от другого протона.

Заряд электрона назвали отрицательным, а заряд протона назвали положительным.

Таким образом, известны два типа электрических зарядов:
- заряд электрона, который назвали положительным,
- и заряд протона, который назвали отрицательным.

Электрон считается носителем отрицательного заряда,
а протон считается носителем положительного заряда.

Заряды сами по себе, без элементарных частиц – не существуют (или не обнаружены).

Термины отрицательный и положительный условные, вместо этих слов могли бы использоваться другие:
например, заряд электрона могли бы назвать электронным зарядом,
а заряд протона могли бы назвать протонным зарядом.

У зарядов есть величина, размер, то есть сила, с которой заряженые частицы взаимодействуют.
Так вот, величина (модуль) заряда электрона и заряда протона считаются равными.

При этом величина заряда протона или электрона считается минимальной из известных, поэтому заряд электрона или протона называется элементарным зарядом.

Нейтроны не имеют электрического заряда, то есть являются электрически нейтральными частицами (и именно поэтому называются нейтронами).
Отсутствие электрического заряда у нейтронов выражается в том, что они не притягиваются ни к электронам, ни к протонам.
И не отталкиваются ни от электронов, ни от протонов.

Отрицательный заряд электрона часто обозначают знаком «минус», а положительный заряд протона обозначают знаком «плюс».
Отрицательный заряд электрона и положительный заряд протона называют зарядами разноимёнными.

Две (или более) положительно заряженные частицы называют одноимёнными.
Две (или более) отрицательно заряженные частицы тоже называют одноимёнными.

Разноимённые заряды и частицы притягиваются:
плюс и минус, электрон и протон,
отрицательный заряд электрона и положительный заряд протона.

А разноимённые частицы отталкиваются:
(минус от минуса или плюс от плюса,
электрон от электрона или протон от протона,
отрицательный заряд электрона от отрицательного заряда другого электрона
или положительный запряд протона от положительного заряда другого протона).

Нужно отметить, что притяжение существует не только между разноимёнными зарядами, но и между телами, имеющими массу.
Но притяжение, обусловленное наличием массы (меры тяжести), называется гравитационным и во много-много раз слабее, чем притяжение, причиной которого является наличие (разноимённых) зарядов.

Таким образом:
протоны и электроны имеют электрический заряд, то есть являются заряженными частицами.

Заряд протона и заряд электрона примерно одинаковые по величине, но разные (противоположные) по знаку:
заряд протона считается положительным, а заряд электрона – отрицательным.

О взаимодействии заряженных частиц.

Положительный и отрицательный заряды считаются противоположными.
На определённых расстояниях частицы с положительным зарядом притягиваются к частицам с отрицательным зарядом: плюс к минусу.
Частицы с отрицательными зарядами отталкиваются друг от друга, частицы с положительными зарядами тоже отталкиваются друг от друга.

Об атомах.

В природе протоны, электроны и нейтроны иногда существуют сами по себе, а иногда объединены в целостные объекты (системы).
Примеры объектов, состоящих из электронов, нейтронов и протонов: атомы, молекулы и ионы.
(Что они собой представляют – говорится далее.)
А уже из атомов, молекул и ионов состоят привычные предмет окружающего нас физического мира.

О составе и заряде (его отсутствии) АТОМОВ.

В отдельном атоме число протонов (положительно заряженных частиц) и электронов (отрицательно заряженных частиц) всегда одинаковое.
По этой причине суммарный заряд атома нейтрален.
То есть атомы – электрически нейтральны.
(В отличие от ионов, о которых говорится далее).

Отрицательные заряды электронов нейтрализуют положительные заряды протонов.
Но если число электронов уменьшится или увеличится хотя бы на один, то равновесие отрицательных зарядов и положительных зарядов в атоме нарушится, и атом перестанет быть нейтральным – он станет или отрицательно, или положительно заряженным.
Такие атомы называют уже не атомами, а ИОНАМИ – о них речь далее, а пока вернёмся к атомам.

НЕЙТРОНЫ в атомах.

Какие частицы есть в атомах, кроме протонов и электронов?
В большинстве атомов наряду с протонами и электронами имеются ещё и нейтроны.
Исключением являются атомы водорода – в них нейтронов нет.
То есть состав атома водорода – один протон и один электрон.
Атом водорода – это самый простой и маленький атом.

Сколько в атоме нейтронов?

Часто число нейтронов в атоме часто равно числу протонов.
Это как бы «классические» атомы.

Но бывают атомы, в которых число нейтронов не равно числу протонов, а БОЛЬШЕ, чем число протонов.

Атомы, которые отличаются только числом нейтронов (но имеют при этом одинаковое число протонов и электронов) – называются ИЗОТОПАМИ.

Те изотопы, в которых нейтронов больше, чем в других изотопах того же химического элемента, ТЯЖЕЛЕЕ изотопов с меньшим числом нейтронов.
Так называемая тяжёлая вода, например, - это вода, в состав молекул которой входят изотопы – атомы с бОльшим числом нейтронов, чем в атомах обычной воды.

Изотопы с одинаковым числом протонов (а значит и электронов) относятся к одному и тому же химическому элементу.

Таким образом, некоторые химические элементы могут включать в себя не только «классические» атомы, в которых число протонов и нейтронов одинаковое, но и атомы, в которых число нейтронов больше, чем число протонов.

***

О СТРУКТУРЕ атомов.

Протоны и нейтроны находятся в центре атома, который называется ЯДРОМ атома.
И при этом положительные заряды протонов не мешают протонам находиться рядом.

Электроны находятся вне ядра атома и КАК БЫ вращаются (точнее, движутся) вокруг атома по своим «орбитам» (орбиталям), словно планеты вокруг Солнца.

Это представление об атоме, в котором атом сравнивается с солнечной системой, а ядро атома – с Солнцем, называется планетарной моделью атома.

При этом электроны сравниваются с планетами: как планеты вращаются по своим орбитам вокруг Солнца (центра солнечной системы) – так и электроны движутся по своим линиям (орбиталям) в атоме.

Хотя часто нельзя сказать, что электроны движутся по окружностям – в отличие от планет, траектории которых близки к окружностям.
Но траектории движения электронов в атомах – особый разговор.

Итак, в атоме различают центр (ядро) и электроны на периферии атома.
При этом в ядре находятся протоны и нейтроны (кроме атома водорода – у него нейтронов в ядре НЕТ).

Важно, что электроны не примыкают к ядру – между электронами и ядром есть свободное пространство…
И всё же атом считается целостной структурой.
Считается, что протоны и электроны одного атома удерживаются в рамках целостного атома за счёт притяжения отрицательных зарядов электронов к положительным зарядам протонов.

Обратите внимание, что положительные заряды протонов не мешают им оставаться рядом внутри одного ядра, хотя в других ситуациях положительно заряженные частицы отталкиваются.

***

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ.

Что это такое и какие они бывают.

В природе есть атомы с разным числом протонов в ядре (и соответственно нейтронов в ядре же и электронов «на периферии»).

Есть атомы, в которых по одному протону, а есть атомы, в которых по два протона.
И так далее: по три протона, по четыре протона, по пять протонов – и так примерно до сотни.
Тем больше в атоме протонов – тем тяжелее атом. Атомы с числом протонов около сотни не очень устойчивы – и склонны «развалиться» на атомы поменьше и полегче – см. ядерные реакции. То есть атомов, в которых по двести и более протонов, в природе не наблюдается.

Атомы с одном протоном имеют один электрон, а нейтронов не имеют.
Атомы с двумя протонами имеют по два электрона, а ещё по два нейтрона.
Атомы с тремя протонами имеют по три электрона и по три протона.

И так далее: число электронов в атомах всегда строго равно числу протонов.
А вот число нейтронов, как уже говорилось, бывает таким же, как число протонов, а бывает больше числа протонов.

Атомы, у которых одинаковое число протонов (а значит и электронов), считаются атомами одного и того же ТИПА.
Например, атомы, в которых по шесть протонов (и по шесть электронов), относятся к одному типу атомов, а атомы, в которых по семь протонов (и по 7 электронов), относят уже к другому типу атомов.

Атомов каждого типа (то есть атомов с данным числом протонов) существует огромное множество.
Атомы данного типа можно считать атомами одной группы.

Типы атомов и группы атомов с одинаковым числом протонов (и электронов) назвали ХИМИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ.

Например, все атомы, у которых по одному протону (и по одному электрону), – это один химический элемент.
Все атомы, у которых по два протона (и по два электрона), – это другой химический элемент.
Атомы, у которых по три протона и по три электрона, это ещё один элемент.
И так далее до атомов с сотней протонов (и сотней электронов).

Атомы, в которых около сотни протонов, не очень стабильны – в том смысле, что они склонны спонтанно распадаться на атомы с меньшим числом протонов – см. ядерные реакции.

Химическим элементам присвоили НОМЕРА.
Номера совпадают с числом протонов.
То есть атомы с одним протоном считаются первым элементом.
Атомы с двумя протонами – это второй элемент.
Атомы с тремя протонами – это третий элемент.
И так далее.

Кроме номеров, элементам дали названия и сокращённые обозначения.

Первый химический элемент (то есть тип атомов, в состав которых входят только один протон и один электрон) назвали ВОДОРОДОМ (так как он входит в состав воды) и обозначают буквой Н.

Второй элемент назвали ГЕЛИЕМ и обозначают буквами He.

Шестой элемент назвали УГЛЕРОДОМ и обозначают буквой С.

Седьмой элемент назвали АЗОТОМ и обозначают буквой N.

Восьмой элемент назвали КИСЛОРОДОМ и обозначают буквой O.

Девятый элемент назвали ФТОРОМ и обозначают буквой F.
И так далее.

Русский химик Менделеев распределил химические элементы по порядку в удобной таблице, которую называют таблицей Менделеева.

В этой таблице у каждого элемента есть своё место, своя «клеточка» – ячейка, в которой написаны:
- название элемента,
- сокращённое обозначение,
- номер элемента
(а значит и число протонов и электронов),
- а также – число электронов на разных электронных уровнях (но иногда это не пишут для экономии места).

Можно сказать, что химический элемент – это название атомов определённого типа или атомов отдельной группы, которые одинаковы по числу протонов (а значит и электронов) в них.

В атомах одного и того же химического элемента число протонов (и электронов) одинаковое.
В атомах разных химических элементов число протонов (и электронов) разное.

Повтор.
Максимальное число протонов в атомах – около сотни.
Атомы с этим числом протонов несколько неустойчивы и склонны разваливаться на более мелкие атомы – с меньшим числом протонов.
Причём эти процессы очень специфичны и часто опасны – см. атомные реакции.

В таблице Менделеева (далее сокращённо – ТМ) имеется восемь столбиков.
Столбики называются группами: первая, вторая и т.д.

Кроме столбиков, есть несколько строчек (их называют периодами).
В каждом столбике часть элементов относится к главной подгруппе, а часть – к не главной.

Теперь об элементах по порядку.

Первый химический элемент – Н.

В природе есть атомы, в которых всего один протон (в ядре атома) и один электрон на каждый атом.

Атомы этого типа (в которых по одному протону) называются атомами водорода, то есть относящимися к химическому элементу «водород».

Порядковый номер элемента, к которому относятся атомы с одним протоном, - первый.
Так как элементам присвоены такие номера, которые совпадают с числом протонов (и электронов) в них.

Обозначение химического элемента «водород» - Н.
И этой же буквой Н обозначают атомы водорода в формулах.

При этом есть ещё и молекулы вещества «водород», но они обозначаются не буквой Н, а иначе (далее будет показано, как), поэтому путать не нужно, Н – это именно атом водорода, а не молекула водорода.
НИКОГДА не пишите формулу вещества «водород» в виде «Н».

Масса атома водорода принимается за единицу, считается равной примерно единице – одной атомарной (молекулярной) массовой единице.
Так как и складывается масса атома водорода из массы его единственного протона, масса которого принята за единицу.
(А масса электронов не учитывается из-за её крайне скромной величины).

Строго говоря, единицей атомных масс считается одна двенадцатая часть от массы атома углерода, масса которого равна двенадцати атомным единицам массы, складывающимся из масс его шести протонов и шести нейтронов.
Но это не слишком важное уточнение.
В любом случае, масса одного атома углерода примерно равна массе 12-ти атомов водорода, а масса одного атома водорода равна 1/12-той от массы атома углерода.

Нерусское название водорода – гидрогениум, то есть «рождающий воду».
Водород считается основным, то есть самым распространённым элементом в космосе, так как из него состоят звёзды – самые массивные объекты во Вселенной – масса звёзд намного больше массы остальных объектов.

***

Второй химический элемент – гелий,
обозначается так: Не.

В природе есть и атомы с двумя протонами, а значит и двумя электронами и двумя нейтронами.
Этот тип атомов и группу таких атомов называются химическим элементом ГЕЛИЙ.

Так как у атомов гелия по два протона, то ему присвоили второй порядковый номер.
Обозначение гелия – Не.

Название гелий образовано от слова «гелиос», которое означает Солнце.
То есть гелий означает – солнечный. Солнечный элемент.
Гелий входит в состав Солнца.
Причём атомы гелия образуются в солнце из атомов водорода: два атома водорода «сливаются», и получается один атом гелия.

Этот процесс образования гелия из водорода относится к ядерным реакциям и сопровождается выделением огромного количества энергии.
Именно эта энергия даёт те свет и тепло солнца, которые обеспечивают поддержание жизни на Земле.
Считается, что «запасы» водорода в Солнце когда-нибудь через миллиарды лет закончится, так как весь водород превратится в гелий.
И тогда солнце «погаснет» - не сможет давать тепло и свет для Земли.

Не путайте это слияние атомов водорода при образовании атома гелия с соединением двух атомов водорода в составе молекулы водорода: в молекуле водорода соединение атомов происходит за счёт взаимодействия их электронов, а при образовании атома гелия происходит объединением протонов атомов водорода в одном ядре нового атома гелия.

Гелий относится к благородным газам, то есть к газам, которые не склонны вступать в химические реакции с другими атомами.
Эти газы расположены в восьмой группе таблицы Менделеева.

***

ИОНЫ.

Как уже говорилось, атомы не имеют электрического заряда (то есть являются электро-нейтральными объектами), так как число положительно заряженных частиц (протонов) в атомах равно числу отрицательно заряженных частиц (электронов).
(А величины зарядов протона и величина заряда электрона равны).

Но если число электронов в атоме изменится (в результате потери электронов или присоединения электронов), то число электронов станет больше или меньше числа протонов – это приведёт к тому, что атом перестанет быть электро-нейтральным, и станет заряженным объектом.

Такие бывшие атомы, которые приобрели заряд в результате потери или присоединения электронов, уже не считаются атомами, и называются ИОНАМИ.

Если атом потеряет электрон (отрицательно заряженную частицу), то число протонов (положительно заряженных частиц) станет больше числа оставшихся электронов, поэтому заряд бывшего атома станет положительным. Такие положительно заряженные ионы называют КАТ-ИОНАМИ.

И наоборот – если атом присоединит к себе электрон (обычно это электрон другого атома), то число электронов окажется больше числа протонов – поэтому заряд бывшего атома станет отрицательным.
Такие отрицательно заряженные ионы называют АН-ИОНАМИ.

То же самое другими словами.

Атомы могут терять электроны (свои) или приобретать (присоединяя к себе) электроны (чужие).
При этом атомы перестают быть атомами и становятся ИОНАМИ.

При присоединении к атому электрона (или нескольких электронов) атом приобретает вместе с ним его отрицательный заряд, и становится отрицательно заряженным объектом – такие ионы с отрицательным зарядом называются АН-ИОНАМИ (анионами).

Пример – атом хлора (Cl) может присоединить к себе один электрон.
В результате атом хлора становится атомом хлора с ещё одним электроном, но теперь он называется уже ионом хлора или хлорид-анионом.
Ион хлора имеет отрицательный заряд, который появился у него в результате присоединения электрона (так как этот электрон и «несёт» отрицательный заряд).

Обозначение этого хлорид-иона: Cl–.
Знак минус в верхнем углу показывает, что имеется отрицательный заряд (присоединившегося электрона), а значок Cl означает, что электрон присоединился к атому хлора, превратив его ион.

Где можно встретить ионы хлора в природе?

В океане и в солёных морях – вся солёная вода на Земле является солёной именно из-за присутствия в ней ионов хлора наряду с ионами натрия, которые являются ничем иным, как растворённой в океанах поваренной солью.

Ионы хлора присутствуют и в растворе обычной поваренной соли на кухне – например, в любом супе.
Они же присутствуют в крови человека, в межклеточной жидкости, а также внутри клеток (но внутри клеток ионов хлора намного меньше, чем снаружи).
Ионы хлора имеют очень большое значение для жизни организма.
Например, переход ионов хлора по специальным каналам (хлоридным) внутрь клеток участвует в изменении состояния клеток под действием ряда гормонов, снижающих активность клеток (например, нейтромедиаторов глицина или ГАМК).

**
Катионы.

При потере атомом своих электронов его атом теряет вместе с ними их отрицательные заряды,
поэтому число положительных зарядов в этом бывшем атоме становится меньше, чем отрицательных зарядов,
поэтому бывший атом становится положительно заряженным объектом –
такие ионы с положительным зарядом называются КАТ-ИОНАМИ (катионами).

Например, атом натрия легко отдаёт свой электрон атому хлора или ряда других атомов.
В результате этого число электронов в бывшем атоме натрия становится меньше числа протонов, то есть число отрицательно заряженных частиц становится меньше числа положительно заряженных частиц.
Поэтому суммарный заряд атома натрия становится положительным, то есть атом становится положительно заряженным ионом - катионом.

Обозначение иона натрия – Na+. Плюсик в верхнем углу означает, что данная частица имеет положительный заряд, а значок «Na» означает, что частица является бывшим атомом натрия, а теперь ионом натрия.

Где можно встретить ионы натрия в природе?

Там же, где и ионы хлора, то есть в океане, в организме человека и других животных.

Таким образом, теряя или присоединяя электроны, атомы перестают быть электронейтральными, и становятся заряженными объектами, которые называют уже не атомами, а ионами.

Примечание.
Атомы превращаются в ионы именно в результате изменения числа электронов.
Число протонов при этом не меняется, так как если бы изменилось число протонов, то атом данного элемента стал бы не просто ионом, но и атомом другого элемента.

Число протонов в атомах иногда тоже может меняться, но процессы, при которых это происходит, называются ядерными реакциями;
они происходят в особых условиях и сопровождаются особыми явлениями – например, выделением очень большой энергии.

Далее будет показано, что превращаться в ионы могут не только свободные атомы (свободные в том смысле, что не входящие в состав молекул), но и атомы, входящие в состав молекул.
То есть ионы могут образовываться не только из свободных атомов, но и из молекул.

***
МОЛЕКУЛЫ.

Выше сказано, что атомы - это структуры из протонов, электронов и нейтронов (кроме атома водорода, в котором нет нейтронов), в которых:
- число протонов и электронов одинаковое, а нейтронов – такое же или больше,
- протоны и электроны находятся в центре атома – в его ядре, а электроны находятся далеко от ядра, двигаясь как бы вокруг ядра по своим особым траекториям.

Иногда некоторые атомы могут существовать по одиночке, не соединяясь с другими атомами.
Например, атомы благородных газов (их список – в восьмой группе таблице Менделеева) – гелия, аргона и т.д.

Но иногда некоторые атомы соединяются с другими атомами определёнными способами.

Соединённые между собой атомы называют МОЛЕКУЛАМИ.

Даже два соединённых между собой атома – это уже молекула.

Но бывают более крупные молекулы – в некоторых молекулах число атомов достигает нескольких миллионов.
Пример молекул, в состав которой входят миллионы атомов – это молекулы ДНК.

Некоторые молекулы образуются из одинаковых атомов.
То есть из атомов одного типа, то есть из атомов с одинаковым числом протонов, то есть из атомов одного и того же химического элемента.

Вещества, молекулы которых называют состоят из атомов одного элемента, называются простыми.

Но есть вещества, молекулы которых состоят из разных атомов, то есть из атомов разных химических элементов.
Такие вещества называют сложными.

Примеры простых веществ. –

Молекула из двух атомов водорода (Н), которая обозначается как Н2 и называется тоже водородом.
Молекула из двух атомов азота (N), которая обозначается как N2 и называется тоже азотом.
Молекула из двух атомов кислорода (О), которая обозначается как О2 и называется тоже кислородом.
Молекула из ТРЁХ атомов кислорода (О), которая обозначается как О3 и называется озоном.
Молекула из двух атомов хлора (Cl), которая обозначается как Cl2 и называется тоже хлором.

Примеры сложных веществ
(из атомов двух или более элементов). –

Молекула из двух атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О), которая называется водой и имеет формулу – Н2О.

Молекула из двух атомов водорода (Н) и одного атома серы (S), которая называется сероводородом и имеет формулу – Н2S.

Молекула из одного атома водорода (Н) и одного атома хлора, которая называется хлороводородом и имеет формулу – НCl.

Молекула из одного атома азота и трёх атомов водорода, которая называется аммиаком и имеет формулу NH3.

Но есть сложные вещества, в состав которых входят атомы не двух элементов, а трёх и более.

Молекулы часто называют соединениями (имеется в виду – химическими), потому что они являются соединениями атомов.


Соединения кислорода
(то есть молекулы, в состав которых входят атомы кислорода).

Два атома кислорода могут соединиться, образуя молекулу кислорода из двух атомов.
Эту молекулу кислорода обозначают как О2.

Буква «О» в этом обозначении означает атом химического элемента «кислород».
А цифра «2» означает, что этих атомов кислорода в молекуле кислорода – два штуки.

О2 – это формула молекулы кислорода.
Формула показывает, атомы какого элемента входят в состав одной молекулы данного вещества, и в каком количестве.

Все молекулы, состоящие из двух атомов кислорода, относятся к ВЕЩЕСТВУ «кислород».

Тут важно не путать молекулу кислорода, вещество кислород и химический элемент кислород.
Они одинаково называются, но это разные вещи. –
Элемент кислород – это ТИП атомов, это все атомы, у которых по восемь протонов и восемь электронов.
А молекула кислорода – это соединение из двух атомов кислорода.
Вещество кислород – это совокупность молекул кислорода с формулой О2.

В общем-то, когда кто-то говорит «кислород» - каждый раз нужно уточнять, что имеется в виду – элемент или вещество.
Обычно это понятно по контексту грамотным людям, но неграмотные и по контексту не находят разницы и не знают о ней.

Те же самые атомы кислорода, которые могут соединяться по две штуки в одну молекулу кислорода, могут соединяться и ПО ТРИ штуки в одну молекулу.
Формула такой молекулы из трёх атомов кислорода – О3.
Называется такая молекула – озон.
(Не путать озон с азотом!)

Молекулы кислорода О2 имеются в атмосфере.
Это тот самый кислород, которым дышат люди и другие живые существа (кроме анаэробных бактерий).

При грозе О2 может превращаться в О3 – считается, что именно появление этого озона в воздухе даёт характерный запах воздуха после грозы.
В верхний слоях атмосферы О2 тоже может превращаться в О3 – под действием лучей солнца).
Совокупность молекул Оз (молекул озона) в атмосфере образует так называемый ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ.
Считается, что озоновый слой защищает человека и другие живее существа Земли от опасного и вредного для них жёсткого ультрафиолета солнечного излучения (ультрафиолетовых волн с короткой длиной волны).
Если количество молекул О3 снижается (снижается концентрация озона) в данном месте, то говорят о появлении в озоновом слое озоновой ДЫРЫ.

Источником кислорода О2 в атмосфере являются растения Земли – леса и болота суши и водоросли океана.
Растения – фабрики кислорода для атмосферы Земли.

Но растения производят кислород (О2) только при наличии освещения – обычно солнечного.
Поэтому фактически наличие кислорода на Земле возможно благодаря энергии солнца.
Процесс, при котором растения производят кислород, называется ФОТОСИНТЕЗОМ (то есть синтезом за счёт света, приставка «фото» намекает на роль света)

Произведённый растениями кислород потребляется для дыхания человеком и другими живыми организмами, в том числе растениями.
Без этого дыхания человек жить не может.

Кроме того, кислород атмосферы расходуется при сжигании дров или бензина, угля, газа и т.д.
При сжигании атомы сжигаемых материалов вступают в реакции с кислородом и соединяются с атомами кислорода.
Эти реакции с кислородом называются ГОРЕНИЕМ.

При горении кислород атмосферы соединяется с атомами других элементов, входивших в состав сжигаемых материалов – с атомами водорода, углерода, азота, серы и т.д.

В итоге образуются соединения атомов кислорода с другими атомами, которые называются ОКСИДАМИ:
соединение кислорода с водородом – оксид водорода (вода),
соединение кислорода с углеродом – оксиды углерода: углекислый газ и угарный газ,
соединение кислорода с азотом – оксиды азота,
соединение кислорода с серой – оксиды серы (SO2 и SO3).

О2 и О3 относятся к простым веществам (так как в их состав входят атомы только одного элемента), а оксиды – к сложным (так как в их состав входят атомы более чем одного элемента).

***

Кроме упоминавшихся оксидов водорода (воды), углерода, серы и азота, существуют соединения (атомов) кислорода с атомами других элементов (если в соединении всего два типа атомов: кислород и ещё какой-то элемент). Они тоже называются оксидами.
Например, соединение атома кислорода с атомами натрия называется оксидом натрия.
Соединение атома кислорода с атомами калия называется оксидом калия.
Соединение атома кислорода с атомом кальция называется оксидом кальция.
Соединение атома кислорода с атомом магния называется оксидом магния.

***

Кроме окс-идов, есть другие соединения, в состав которых входят атомы только двух элементов.

Молекулы из атомов двух элементов, в состав которых входят атомы водорода, называются гидр-идами.

Молекулы из атомов двух элементов, в состав которых входят атомы хлора, называются хлор-идами.

Молекулы из атомов двух элементов, в состав которых входят атомы фтора, называются фтор-идами.

Молекулы из атомов двух элементов, в состав которых входят атомы йода, называются йод-идами.

Молекулы из атомов двух элементов, в состав которых входят атомы брома, называются бром-идами.

Молекулы из атомов двух элементов, в состав которых входят атомы серы, называются сульф-идами.

Молекулы из атомов двух элементов, в состав которых входят атомы селена, называются селен-идами.

То есть название соединения образуют, добавляя окончание «-ид» к названию элемента:
хлор-ид, фтор-ид, йод-ид, бром-ид, сульф-ид, окс-ид, гидр-ид, селен-ид.

**

Если хлор соединён с атомом натрия, то соединение называют хлоридом натрия.

Если хлор соединён с атомом калия, то соединение называют хлоридом калия.

Если хлор соединён с атомом кальция, то соединение называют хлоридом кальция.

Если хлор соединён с атомом магния, то соединение называют хлоридом магния.

Если хлор соединён с атомом алюминия, то соединение называют хлоридом алюминия.

В этот список вместо хлоридов можно написать фториды, оксиды, сульфиды и т.д. – получатся названия других веществ, молекулы которых состоят из двух элементов.

То есть точно так же, как хлориды, называют фториды, сульфиды, оксиды и т.д. – добавляя названия второго элемента молекулы.

** Названия соединений из двух элементов.

кислород водород сера хлор фтор йод бром
Общее название оксиды гидриды сульфиды хлориды фториды йодиды Бромиды
Водород Оксид водорода = вода - Сульфид водорода = сероводород Хлорид водорода Фторид водорода Йодид водорода Бромид водорода
Натрий Оксид натрия - Сульфид натрия Хлорид натрия Фторид натрия Йодид натрия Бромид натрия
Калий Оксид калия - Сульфид калия Хлорид калия Фторид калия    Йодид калия Бромид калия
КальЦий Оксид кальция - Сульфид кальция Хлорид кальция Фторид кальция Йодид кальция Бромид кальция
Магний Оксид магния - Сульфид магния Хлорид магния Фторид магния Йодид магния Бромид магния
алюминий Оксид алюминия - Сульфид алюминия Хлорид алюминия Фторид алюминия Йодид алюминия Бромид алюминия




***
ВАЛЕНТНОСТЬ

Почему атомы могут соединяться в молекулы, за счёт чего?

Считается, что атомы соединяются за счёт взаимодействия своих электронов, находящихся на внешних «орбитах» (орбиталях).

То есть в атоме могут быть десятки электронов (до сотни и более у самых тяжёлых атомов конца таблицы Менделеева), но в образовании связей с другими атомами участвуют не все эти электроны, а только расположенные на самой внешней «орбите» атома (на внешнем электронном уровне).

Причём не все из этих электронов внешнего уровня, а только от одного до шести электронов.
Конкретное число электронов, которые участвуют в соединении атомов, зависит от того, в состав каких атомов они входят.

Некоторые атомы используют для соединения с другими атомами 1 электрон, другие – два, третьи три и т.д. – об этом рассказывается далее (см. одновалентные, двухвалентные и т.д. элементы).

Те электроны атома, которые могут участвовать в образовании связей с другими атомами (те самые электроны на внешней «орбите» в количестве от одного до шести), удобно сравнивать с «ручками».

Вот «ручками» они далее и будут называться, так как это короче и проще, чем каждый раз писать «электроны атома, находящиеся на внешнем электронном уровне и способные участвовать в образовании связей с другими атомами».

Когда два атома берутся «за ручки» - между ними образуется связь, и атомы становятся соединёнными, то есть становятся молекулой.

Сколько у атомов ручек?
Скольки-рукие атомы?

Число «ручек» у разных атомов разное.
У некоторых атомов одна ручка, у некоторых две, у некоторых три и т.д. – до шести ручек.

1…
Однорукие-одновалентные атомы.

У некоторых атомов есть только одна «ручка» для соединения с другими атомами (то есть из всех электронов атома только один электрон может образовывать связи с другими атомами).
Такие атомы удобно называть однорукими.
А в науке такие атомы называются ОДНО-ВАЛЕНТНЫМИ.

Примеры одноруких атомов:
атомы натрия, калия и других химических элементов из ПЕРВОЙ группы таблицы Менделеева (её главной подгруппы).

ВНИМАНИЕ.
Группы таблицы Менделеева – это конкретное понятие, и оно не имеет ничего общего с теми группами атомов в одинаковым числом протонов, о которых говорилось выше.

Группа атомов с одинаковым числом протонов – это группа атомов в одном смысле, и называется такая группа химическим элементом.

А группа химических элементов таблицы Менделеева – это группа в другом смысле.
Это «столбик» элементов в таблице.

Всего этих столбиков – восемь.
То есть в таблице Менделеева восемь групп химических элементов.
В каждой группе есть основная, главная подгруппа и не-главная.

Атомы из седьмой группы таблицы М. (её главной подгруппы) тоже являются ОДНОвалентными, то есть могут образовывать только по одной связи с другими атомами.

Примеры одновалентных элементов из седьмой группы: хлор, фтор, йод, бром.
Их атомы образуют только по одной связи с другими атомами.

Примечание.
Правда, при этом электронов на внешнем электронном уровне у атомов из седьмой группы аж по семь.
Но они не используют эти 7 электронов в качестве ручек, то есть для связывания с другими атомами.
Они просто притягивают к себе «ручки» (электроны) других атомов – каждый атом из седьмой группы может притянуть к себе только одну ручку другого атома.

В итоге к семи собственным электронам атома из седьмой группы добавляется ещё один «притянутый» электрон другого атома –
в сумме на внешнем электронном уровне атома седьмой группы становится (7+1=8) восемь электронов.

И всё же, несмотря на то, что атомы седьмой группы таблицы «не подают руки» другим атомам, а скорее притягивают к себе руки других атомов – всё же атомы седьмой группы можно УСЛОВНО считать однорукими для упрощения картины.

Хоть и помня обо всех озвученных выше нюансах.

2…
Двухрукие-двухвалентные атомы.

У некоторых атомов есть ДВЕ «ручки» для соединения с другими атомами (то есть из всех электронов атома только два электрона могут образовывать связи с другими атомами).
Такие атомы удобно называть двурукими.
А в науке такие атомы называются ДВУХ-ВАЛЕНТНЫМИ.

Примеры двухруких атомов:
атомы кальция (не путать с калием из первой группы), магния
и других химических элементов из второй группы таблицы Менделеева (её главной подгруппы).

Атомы из шестой группы таблицы М. (её главной подгруппы) тоже бывают ДВУХ-валентными, то есть могут образовывать по две связи с другими атомами.

Примеры двухвалентных элементов из шестой группы:
кислород, сера, селен, мышьяк
(то есть элементы главной подругруппы шестой группы).

Атомы этих элементов могут образовывать по две связи с другими атомами.

НО. Атомы серы (и других элементов шестой группы, её главной подгруппы) способны образовывать не только по две связи, но и по шесть связей с другими атомами.
То есть иногда они используют две руки для соединения с другими атомами, а иногда – шесть рук. То они двурукие, то шестирукие.

3...
Трёхрукие-трёхвалентные атомы.

Есть атомы, у которых есть по ТРИ «ручки» для соединения с другими атомами (то есть из всех электронов атома только ТРИ электрона могут образовывать связи с другими атомами).
Такие атомы удобно называть трёхрукими.
А в науке такие атомы называются ТРЁХ-ВАЛЕНТНЫМИ.

Примеры трёх-руких (трёхвалентных) атомов:
атомы бора, алюминия и других химических элементов из ТРЕТЬЕЙ группы таблицы Менделеева (её главной подгруппы).

Атомы из ПЯТОЙ группы таблицы М.
тоже бывают трёх-валентными, то есть могут образовывать по три связи с другими атомами.

Примеры трёх-валентных элементов из прятой группы: азот, фосфор.
Их атомы могут образовывать по три связи с другими атомами.

НО. Азот и фосфор способны образовывать не только три связи, но и пять связей:
То атом азота трёхрукий, то пятирукий.

4…
Четырёхрукие-четырёхвалентные элементы.

Атомы элементов четвёртой группы (её главной подгруппы) могут образовывать по четыре связи с атомами других элементов, то есть являются четырёх-рукими, то есть четырёхвалентными.

Примеры четырёхвалентных элементов четвёртой группы –
углерод, кремний и т.д. (элементы из главной подгруппы).

Но.
Атомы углерода могут вести себя и как двухвалентные атомы
(например, в молекулах угарного газа – СО, она же С=О).

Подведём итоги.
Атомы элементов первой группы – одновалентные,
второй группы – двухвалентные,
третьей группы – трёхвалентные,
четвёртой группы – четырёх-валентные (иногда двухвалентные),
пятой группы – пятивалентные или трёхвалентные,
шестой группы – шестивалентные или двухвалентные,
седьмой группы – одновалентные.

Число связей, которое может образовывать данный атом с другими атомами, называют его ВАЛЕНТНОСТЬЮ.
Как показано выше, валентность бывает равна единице у одновалентных атомов, двойке у двухвалентных и т.д..

Как нетрудно заметить, часто валентность совпадает с номером группы (1-1, 2-2, 3-3, 4-4,5-5, 6-6).
Но иногда она совпадает с числом, получающимся при вычитании номера группы из восьми. –
Вычитаем 7 из 8 – получаем валнетность 1 для элементов седьмой группы.
Вычитаем 6 из 8 – получаем валентность 2 для элементов шестой группы.
Вычитаем 5 из 8 – получаем валентность 5 для элементов пятой группы.

Это наблюдение помогает определять валентность конкретного элемента. –
Достаточно узнать из таблицы, в какой группе находится данный химический элемент, чтобы понять, какая у него валентность.
Если элемент в первой группе или в седьмой – значит, он одновалентный, то есть его атомы могут образовывать с другими атомами по одной связи.
Если во второй группе, то по две связи.
Если в третьей – значит, по три связи.
Если в четвёртой – значит, по четыре.
Если в пятой – значит, по пять или три.
Если в шестой – значит, по шесть или две.
Хотя есть нюансы, дополняющие эти правила, но о них в другом разделе.

Обратите внимание, что о валентности элементов восьмой группы (её главной подгруппы) ТМ речь не ведётся – это потому, что они вообще не склонны образовывать связи с другими атомами, будучи «самодостаточными».
Из-за этого их называют благородными газами (гелий, аргон, неон и т.д.).

***
Число связей между атомами.

Сколько у атомов «рук» - показано выше.
А какое количество из этих рук атом может использовать для связи с другими атомами?
Все или только часть из имеющихся у атома рук?

Ответ на этот вопрос –
атом использует для связи с другими атомами ВСЕ имеющиеся у него «руки», то есть все валентности.

Атом не может оставить себе свободные руки.
(Ситуация-исключение – когда атом превращается в свободный радикал).

Если у атома одна рука – он будет образовывать одну связь с другими атомами (больше и невозможно).
Если у атома две руки – у него будет две связи с другими атомами.
Если у атома три руки – будет три связи.
И так далее. –
Если 4 руки – будет 4 связи.
Есть 5 рук – будет и 5 связей.
А если у атома шесть рук – тогда он будет образовывать по шесть связей.

Однако.
В этом правиле есть нюансы.
Шестирукие атомы (атомы серы, например) и четырёхрукие атомы (например, атомы углерода) иногда бывают в состоянии двухруких атомов.
А пятирукие атомы азота бывают в состоянии трёхруких.
Но с учётом этого нюанса правило всё же работает чётко.
Хоть атом азота и бывает как пятируким, так и трёхруким, но если уж у него в данном состоянии данное число рук, то это число он и будет использовать для образования связей с другими атомами.

Другое дело, что всеми своими руками атом может взяться не за один атом, а за несколько атомов:
одной рукой может взять один атом, а другой рукой – другой атом.

Так же, как человек может одну руку подать одному человеку, а другую руку – другому человеку.
Вот только у атомов бывает не две руки, а одна, две, три, четыре, пять и шесть.
(Одновалентные, двухвалентные, трёхвалентные, четырёхвалентные, пятивалентные, шестивалентные элементы).

И все эти руки атом обязательно использует для соединения с другими атомами.
(Исключительная ситуация – в случае свободных радикалов, но о них отдельный разговор).

Но при этом с конкретным атомом наш атом обычно образует не более ТРЁХ связей, даже если оба атома четырёхрукие, пятирукие или шестирукие.

Итак. Общее число связей атома с другими атомами – не более шести (для шестивалентных атомов), а для конкретного атома – не более числа своих рук.
А максимальное число связей атома с другим атомом – не болеее трёх.

**

О том же самом с сначала и немного другими словами в другом порядке…
Сколько связей может образоваться между двумя атомами?
Одна, две или три.
Это зависит от числа «рук» этих атомов, а точнее – от их валентности (см. подробнее в параграфе про валентность).

Два человека могут взяться за руки, используя для этого по одной из двух рук каждый – если они протянут друг другу по одной руке.
А могут взяться за руки, используя при этом обе руки каждый – протянув друг другу обе руки каждый.

Точно так же двухрукие (двухвалентные) атомы могут протянуть друг другу или по одной руке, или обе сразу.
То есть могут соединиться, используя или по одной ручке каждый, или обе сразу.
Другими словами – образовать между собой как одну связь, так и две связи.

Если атомы протянули друг другу по одной руке и образовали одну связь – такую связь между атомами называют одинарной.
Если атомы проняли друг другу по две руки и взялись двумя руками, то они образовали между собой две связи – в таких случаях говорят, что между атомами ДВОЙНАЯ связь.

Есть ещё такой название – КРАТНАЯ связь. Кратными связями называют двойные и тройные связи. То есть, двойная связь относится к кратным связям, как и тройная.

Трёхрукие (трёхвалентные) атомы могут образовать между собой аж по три связи, а могут образовать по две связи или по одной.
А руки, осташиеся свободными, атомы могут протянуть другим атомам.

Однорукие (одновалетные) атомы могут образовывать с другими атомами только по одной связи каждый.

***

Обозначение связей между атомами.

Одна связь между атомами показывается так:
атом1–атом2.
При этом связь «–» означает, что она образована ДВУМЯ «ручками»:
одной ручкой одного атома и одной ручкой второго атома.

Для наглядного показа ручек через звёздочки одну связь между атомами можно было бы обозначать так:
атом**атом,
где звёздочка (*) – это одна «ручка»,
а две звёздочки рядом (**) – это соединившиеся ручки.

Но всё же обычно вместо двух звёздочек («**») рисуют просто линию «–», подразумевая при этом, что она образована двумя соединившимися «ручками» атомов.

Примеры.

Водород.

Запись Н–Н (Н**Н) означает два соединённых атома водорода, которые соединены всего одной связью, образованной одной ручкой одного атома водорода и одной ручкой второго атома водорода.

Атомы водорода одновалентные, то есть однорукие, и один атом водорода может протянуть другому атому всего одну руку.
В том числе может взять другой атом водорода за его единственную руку.

Такое соединение двух атомов водорода является уже молекулой вещества, которое называется так же, как химический элемент «водород», то есть – водородом.

И важно не путать химический элемент «водород» и вещество «водород».
Химический элемент водород – это просто тип атомов, в ядре которых один протон.
А вещество «водород» - это вещество, молекулы которого состоят из двух атомов, относящихся к химическому элементу «водород».

Это же запись Н–Н считается так называемой структурной формулой молекулы водорода:
не химического элемента «водород», а именно вещества «водород».

Структурными формулами молекул называют такие, в которых показаны связи между атомами.

Если связь не показывать, а написать, какие атомы (то есть атомы каких химических элементов) в каком количестве входят в состав молекулы водорода, то получится такая формула:
Н2, в которой «Н» означает, что в молекуле есть атом водорода, а цифра 2 означает, что атомов водорода – два штуки.

Хлор.

Запись Cl–Cl означает два соединённых атома хлора, которые соединены всего одной связью, образованной одной ручкой одного атома хлора и одной ручкой второго атома хлора.

(Атомы хлора одновалентные, то есть однорукие).

Такое соединение двух атомов хлора является уже молекулой вещества, которое называется так же, как химический элемент «хлор», то есть – хлором.

Вещество «хлор» - это не то же самое, что атом хлора или химический элемент хлор.
Химический элемент хлор – это тип атомо, в ядре которых 17 протонов.
Атом хлора – это атом химического элемента «хлор».
А вещество хлор – это вещество, молекулы которого состоят из двух атомов химического элемента «хлор» и обозначаются формулой Cl2.

Это же запись Cl–Cl (Cl**Cl) считается так называемой структурной формулой молекулы хлора (не химического элемента «хлор», а именно вещества «хлор»).

Если связь не показывать, а написать просто количество и тип атомов молекулы хлора, то получится формула: Сl2, в которой «Cl» означает, что в молекуле есть атом химического элемента «хлор», а цифра 2 означает, что атомов хлора – два штуки.

Обозначение двойных связей.

Если атомы взялись двумя ручками каждый, то связь между ними показывается так: атом=атом.
Где знак «=» означает не знак равентства, а просто наличие двух связей между атомами, которые часто называют двойной связью.

Пример обозначения двойной связи между двумя двурукими (двухвалентными) атомами – это двойная связь между двумя двухрукими атомами кислорода: О=О.

О=О – это уже соединение двух атомов кислорода, соединённых двойной связью, образованной двумя руками одного атома кислорода, «взявшими» две руки второго атома кислорода.
Такое соединение двух атомов кислорода является молекулой вещества, которое называется так же, как химический элемент, в атомах которого по восемь протонов, то есть кислородом.

И здесь тоже важно не путать химический элемент «кислород» и вещество «кислород». –
химический элемент кислород – это тип атомов, отличающийся от всех других атомов тем, что в ядрах его атомов имеется по восемь протонов,
а вещество кислород – это вещество, молекулы которого состоят из двух атомов кислорода.
Напомню, что атомы того же химического элемента «кислород» могут соединяться по три штуки в одну молекулу:
такие молекулы из трёх атомов кислорода называются озоном (не путать с азотом).

Таким образом, из атомов, относящихся к химическому элементу «кислород», состоит и молекула из двух атомов кислорода, и молекула из трёх атомов кислорода.
Двух-атомная молекула из атомов кислорода называется так же, как элемент, то есть кислородом, а трёх-атомная молекула из атомов кислорода называется озоном.

Если атомы трёхрукие, то между ними возможна тройная связь, которая показывается так: атом;атом.
Пример: трёхрукие атомы азота протягивают друг друу все три свои руки, образуя тройную связь: N;N.

Между четырёх-рукими атомами углерода тоже бывают тройные связи: С;С.
Правда, в этом случае у атомов углерода остаются свободными четвёртые руки, которые они соединяются с ещё какими-нибудь атомами – обычно углерода или водорода – смотрите об этом в параграфах про алкины.

Итак, два атома могут взяться «за руки», используя для этого не только по одной своей руке,
но и по две, если они двухрукие,
и даже по три, если атомы трёхрукие (как атомы азота в некоторых состояниях), четырёхрукие  (как атомы углерода) или пятирукие.

***

Примеры молекул
из одноруких (одновалентных) атомов.

Однорукий атом натрия может протянуть свою руку однорукому атому хлора, образовав молекулу из одного атома натрия и одного атома хлора (это вещество называется хлоридом натрия или поваренной солью).
Такая молекула обозначается как NaCl, то есть «атом натрия и атом хлора»
(Na – это обозначение атома натрия, а Сl – это обозначение атома хлора).
NaCl – это формула хлорида натрия или поваренной соли.

NaCl в природе. –
Он присутствует в океане (именно он делает его солёным), в морской воде.
Он присутствует в крови человека и в межклеточной жидкости, играет очень важную роль в жизни организма, поддерживает артериальное давление.
Поступает NaC в организм только с пищей или напитками, а выводится почками (в виде отдельных ионов – Na+ и Cl – )

Другой пример. –
Однорукий атом водорода может протянуть свою руку однорукому атому хлора, образовав молекулу из одного атома водорода и одного атома хлора (это вещество называется хлоридом водорода, а его раствор в воде – соляной кислотой).
Такая молекула обозначается как HCl, то есть «атом водорода и атом хлора» (Н – это обозначение атома водорода, а Сl – это обозначение атома хлора).
НCl – это формула хлорида водорода.

Но хлорид водорода и соляная кислота – не одно и то же.
HCl – это просто хлорид водорода и вообще ГАЗ,
а соляной кислотой называется только его раствор в воде.

Соляная кислота в природе. –
Она имеется в полости желудка человека в значительной концентрации, (поступая туда в виде отдельных ионов водорода и хлора).
Соляная кислота желудка очень нужна человеку – она помогает перевариванию пищи и защищает от пищевых инфекций.
А стенки желудка защищены от повреждения соляной кислотой за счёт слоя слизи на стенках и за счёт ряда других факторов (забегая вперёд – ионами бикарбоната НСО3–).

Третий пример.
Однорукий атом водорода может протянуть свою руку другому однорукому атому водорода,
образовав молекулу из двух атомов водорода –
это вещество называется тоже водородом, как и химический элемент «водород», то есть группа атомов, имеющих в ядре всего один протон.

Но не нужно путать водород как элемент и водород как вещество.
Водород как химический элемент – это тип атомов, признаком которого является наличие в ядре единственного протона. И это все атомы, в ядре которых только один протон.
А водород как вещество – это вещество, молекулы которого состоят из двух атомов водорода.

Такая молекула обозначается как Н2, то есть «атом натрия и атом водорода».
(Н – это обозначение атома водорода.
Н2 – это формула молекул вещества «водород».

Формулу Н2 можно показать так: Н–Н.
Такой вид формулы молекулы водорода означает, что между атомами водорода есть связь, образованная за счёт того, что атомы водорода протянули друг другу по одной своей руке.
Такие формулы называются структурными.

Четвёртый пример.
Однорукий атом хлора может протянуть свою руку другому однорукому атому хлора, образовав молекулу из двух атомов хлора – именно из таких молекул состоит вещество, которое называют «хлором».

Но, как и в случае с водородом, тут тоже не нужно путать хлор как элемент и хлор как вещество.

Хлор как химический элемент – это тип атомов, признаком которого является наличие в ядре семнадцати протонов.
Хлор как элемент – это все атомы, в ядре которых только 17 протонов.
А хлор как вещество – это вещество, молекулы которого состоят из двух атомов хлора.

Такая молекула обозначается как Cl2, то есть «атом хлора и атом хлора».
(Cl – это обозначение атома хлора.
Cl2 – это формула молекул вещества «водород».

Формулу Cl2 можно показать так: Cl–Cl.
Такой вид формулы молекулы хлора означает, что между атомами хлора есть связь, образованная за счёт того, что атомы протянули друг другу по одной своей руке.
Такие формулы называются структурными.

Другие примеры:

HF – формула молекулы из одного однорукого атома водорода и одного однорукового атома фтора, называется фторидом водорода.

HBr – формула молекулы из одного атома водорода и одного атома брома, называется бромидом водорода.

HI – формула молекулы из одного атома водорода и из одного атома йода, называется йодидом водорода.

NaF – молекула из одного атома натрия и одного атома фтора, называется фторидом натрия.

NaBr – молекула из одного атома натрия и одного атома брома, называется бромидом натрия.

NaI – молекула из одного атома натрия и одного атома йода, называется йодидом натрия.

В этих формулах и названиях атома натрия (Na) можно заменить обозначениями калия (К) или других атомов элементов первой груммы ТМ (её главной подруппы) – атомами лития (Li), цезия, радия, осмия.
Например, так:
KCl, KF, KBr, KI,
LiCl, LiF, LiBr, LiI, и т.д.

Примеры молекул
из двухруких (двух-валентных) атомов.

Двухрукими (двухвалентными) являются атомы таких элементов, как:
Кислород (О),
Сера (S),
Кальций (Са),
Магний (Мg) и т.д.

**
Молекула кислорода – О2.

Двухрукий (двухвалентный) атом кислорода может протянуть обе свои руки двум рукам другого двухрукого атома кислорода,
образовав молекулу из двух атомов кислорода.
Вещество из таких молекул называется тоже кислородом, как и химический элемент «кислород», то есть группа атомов, имеющих в ядре восемь протонов.

Но не нужно путать кислород как элемент и кислород как вещество.
Кислород как химический элемент – это тип атомов, признаком которого является наличие в ядре восьми протонов.
К элементу «кислород» относятся все атомы, в ядре которых восемь протонов.
А кислород как вещество – это вещество, молекулы которого состоят из двух атомов кислорода.

Такая молекула из двух атомов кислорода обозначается как О2, то есть «два атома кислорода».
(О – это обозначение атома водорода.
О2 – это формула молекул вещества «кислород»).

Формулу О2 можно показать так: О=О.
Такой вид формулы молекулы кислорода означает, что атомы кислорода держатся двумя руками каждый, образовав между собой две связи.
Такие формулы, показывающие число связей между атомами, называются структурными.

Соединения двухрукого атома (двухвалентного) с однорукими (одновалентными) атомами:

Соединение кислорода и водорода = вода = оксид водорода.
Соединение серы с водородом = сероводород = сульфид водорода.

***

Вода.
Аш два о.

Двурукий атом кислорода может протянуть две своих руки не одному и тому же атому, а разным атомам.
Например, двум атомам водорода – одну руку атом кислорода даёт одному однорукому атому водорода, а другую руку – второму однорукому атому водорода.
В результате получается соединение (молекула) из одного атома кислорода (О) и из двух атомов водорода (Н).
Такое соединение обозначают так: НОН или Н2О.
В это обозначении показано, какие атомы входят в состав молекулы воды (Н и О) и в каком количестве: два Н и один О.
Это обозначение – формула молекулы воды.
Вещество «вода» имеет такую формулу.
Причём и обычная жидкая вода (то есть вода в жидком состоянии), и лёд,  водяной пар – все они имеют одну и ту же формулу Н2О. А вот состояние (агрегатное) вещества «вода» бывает разным.

Формулу Н2О можно показать так: Н–О–Н.
Такой вид формулы молекулы воды означает, что атомы кислорода держится одной рукой за руку одного атома водорода, а второй рукой – за руку второго атома водорода, образуя по одной связи с каждым атомом водорода.

Такие формулы (такого вида) называются структурными – они показывают число связей между атомами молекул.

**
Сероводород (сульфид водорода).

Он похож на воду, только вместо атома кислорода в нём атом серы – родственника по таблице М., атома той же шестой группы.

Двурукий (в некоторых ситуациях) атом серы может протянуть две своих руки не одному и тому же атому, а разным атомам.
Например, двум атомам водорода – одну руку атом серы даёт одному однорукому атому водорода, а другую руку – второму однорукому атому водорода.
В результате получается соединение (молекула) из одного атома кислорода (S) и из двух атомов водорода (Н).
Такое соединение обозначают так: НSН или Н2S.
В это обозначении показано, какие атомы входят в состав молекулы воды (Н и S) и в каком количестве: два Н и один S.
Это обозначение – формула молекулы воды.
Вещество «сероводород» имеет такую формулу.

Формулу Н2S можно показать так: Н–S–Н.

Такой вид формулы молекулы сероводорода означает, что атом серы держится одной рукой за руку одного атома водорода, а второй рукой – за руку второго атома водорода, образуя по одной связи с каждым атомом водорода.

Такие формулы (такого вида) называются структурными – они показывают число связей между атомами молекул.

***

Соединения из двухруких и одноруких атомов.

Соединения кислорода или серы с металлами первой группы ТМ (главной подгруппы).
Оксиды и сульфиды металлов первой группы.

**
Оксид натрия.

Сравните описание с описанием молекулы воды. Всё одинаково, только вместе атома водорода теперь будут атомы металлов первой группы ТМ (главной подгруппы).

Двухрукий атом кислорода (О) может одну из двух рук протянуть одному однорукому атому натрия (Na), а вторую руку – другому однорукому атому натрия.

В итоге получится соединение из одного атома кислорода и из двух атомов натрия.

Обозначается состав такой молекулы так: Na2O,
то есть атомов натрия – два, а атом кислорода – один.

Это – формула вещества, молекулы которого имеют такой состав.
Называется такое вещество оксидом натрия, то есть соединением из кислорода и натрия.

Напомню, что оксидами называются любые соединения с атомами кислорода, если в молекуле всего два элемента, один из которых – кислород.

Формулу Na2О можно показать так: Na–О–Na.
Такой вид формулы молекулы оксида натрия означает, что атомы кислорода держится одной рукой за руку одного атома натрия, а второй рукой – за руку второго атома натрия, образуя по одной связи с каждым атомом натрия.
Такие формулы (такого вида) называются структурными – они показывают число связей между атомами молекул.

**

То же самое, что об оксиде натрия выше, можно рассказать об оксиде любого металла из первой группы ТМ (её главной подгруппы).
То есть – об оксидах калия, лития, осмия, радия.

Для этого достаточно заменить в рассказе слово «натрий» на название другого элемента из перечисленных, а обозначение «Na» на обозначение другого элемента.
Рассказываем…

**
Оксид калия.

Двухрукий атом кислорода (О) может одну из двух рук протянуть одному однорукому атому калия (К), а вторую руку – другому однорукому атому калия.
В итоге получится соединение из одного атома кислорода и из двух атомов калия.

Обозначается состав такой молекулы так: К2O,
то есть атомов калия – два, а атом кислорода – один.

Это – формула вещества, молекулы которого имеют такой состав.
Называется такое вещество оксидом калия, то есть соединением из кислорода и калия.

Формулу К2О можно показать так: К–О–К.
Такой вид формулы молекулы оксида калия означает, что атомы кислорода держится одной рукой за руку одного атома калия а второй рукой – за руку второго атома калия, образуя по одной связи с каждым атомом калия.
Такие формулы (такого вида) называются структурными – они показывают число связей между атомами молекул.

**
Оксид лития.

Двухрукий атом кислорода (О) может одну из двух рук протянуть одному однорукому атому лития (обозначается так – Li), а вторую руку – другому однорукому атому натрия.

В итоге получится соединение из одного атома кислорода и из двух атомов лития.
Обозначается составы такой молекулы так: Li2O,
то есть атомов лития – два, а атом кислорода – один.

Это – формула вещества, молекулы которого имеют такой состав.
Называется такое вещество оксидом лития, то есть соединением из кислорода и лития.
Напомню, что оксидами называются любые соединения с атомами кислорода, если в молекуле всего два элемента, один из которых – кислород.

Формулу Li2О можно показать так: Li–О–Li.
Такой вид формулы молекулы оксида лития означает, что атом кислорода держится одной рукой за руку одного атома лития, а второй рукой – за руку второго атома лития, образуя по одной связи с каждым атомом лития.

Такие формулы (такого вида) называются структурными – они показывают число связей между атомами молекул.

Оксиды радия и осмия.

Про оксиды радия и осмий – самостоятельно плиз. Можете считать домашним заданием.

**
Соединения с серой – сульфиды металлов первой группы.

Сравните описание с описанием молекулы сульфида водорода (сероводорода).
Всё одинаково, только вместе атома водорода теперь будут атомы металлов первой группы ТМ (главной подгруппы).

И сравните описания сульфидов с описаниями оксидов – всё одинаково, только вместо кислорода тут сера.

Сульфид натрия.

Двухрукий атом серы (S) может одну из двух рук протянуть одному однорукому атому натрия (Na), а вторую руку – другому однорукому атому натрия.

В итоге получится соединение из одного атома серы и из двух атомов натрия.

Обозначается состав такой молекулы так: Na2S,
то есть атомов натрия – два, а атом серы – один.

Это – формула вещества, молекулы которого имеют такой состав.
Называется такое вещество сульфидом натрия, то есть соединением из серы и натрия.

Напомню, что сульфидами называются любые соединения с атомами серы, если в молекуле всего два элемента, один из которых – сера.

Формулу Na2S можно показать так: Na–S–Na.
Такой вид формулы молекулы сульфида натрия означает, что атомы серы держится одной рукой за руку одного атома натрия, а второй рукой – за руку второго атома натрия, образуя по одной связи с каждым атомом натрия.

Такие формулы (такого вида) называются структурными – они показывают число связей между атомами молекул.

**

То же самое, что об сульфиде натрия выше, можно рассказать об оксиде любого металла из первой группы ТМ (её главной подгруппы).
То есть – об сульфидах калия, лития, осмия, радия.

Для этого достаточно заменить в рассказе слово «натрий» на название другого элемента из перечисленных, а обозначение «Na» на обозначение другого элемента.
Рассказываем…

Сульфид калия.

Двухрукий атом серы (S) может одну из двух рук протянуть одному однорукому атому калия (К), а вторую руку – другому однорукому атому калия.
В итоге получится соединение из одного атома серы и из двух атомов калия.

Обозначается состав такой молекулы так: К2S,
то есть атомов калия – два, а атом серы – один.

Это – формула вещества, молекулы которого имеют такой состав.
Называется такое вещество сульфидом калия, то есть соединением из серы и калия.

Формулу К2S можно показать так: К–S–К.
Такой вид формулы молекулы сульфида калия означает, что атом серы держится одной рукой за руку одного атома калия а второй рукой – за руку второго атома калия, образуя по одной связи с каждым атомом калия.

Такие формулы (такого вида) называются структурными – они показывают число связей между атомами молекул.

Сульфид лития.

Двухрукий атом серы (S) может одну из двух рук протянуть одному однорукому атому лития (обозначается так – Li), а вторую руку – другому однорукому атому натрия.

В итоге получится соединение из одного атома серы и из двух атомов лития.
Обозначается состав такой молекулы так: Li2S,
то есть атомов лития – два, а атом серы – один.

Это – формула вещества, молекулы которого имеют такой состав.
Называется такое вещество сульфидом лития, то есть соединением из серы и лития.

Напомню, что сульфидами называются любые соединения с атомами серы, если в молекуле всего два элемента, один из которых – серы.

Формулу Li2S можно показать так: Li–S–Li.
Такой вид формулы молекулы сульфида лития означает, что атом серы держится одной рукой за руку одного атома лития, а второй рукой – за руку второго атома лития, образуя по одной связи с каждым атомом лития.

Такие формулы (такого вида) называются структурными – они показывают число связей между атомами молекул.

Сульфиды радия и осмия.

Про сульфиды радия и осмий – самостоятельно плиз. Можете считать домашним заданием.


***


Оксид кальция.

Двухрукий атом кислорода может протянуть обе свои руки двум рукам двухрукого атома кальция, образовав молекулу из одного атома кислорода и одного атома кальция, которые соединены двумя связями.
Состав такой молекулы показывается так: CaО (то есть один атом кальция – Са, и один атом кислорода – О).
СаО – это формула вещества из одного атома кальция и одного атома кислорода.
Это вещество называется оксидом кальция.

Другие подобные соединения, в которых вместо атома кальция аходятся атомы других элементов, тоже называются оксидами.
То есть оксиды – это соединения атомов с кислородом (если в этих соединениях нет другим элементов, то есть если в них всего два элемента – кислород и ещё какой-нибудь элемент).

Формулу оксида кальция можно показать так: Са=O (структурная формула). В этом виде значком «=» показаны дву связи между атомом кальция и атомом кислорода.


Оксид магния.

Это вещество подобно оксиду кальция, но в нём вместо атома кальция – атом магния элемента из той же второй группы ТМ, что и кальций.

Двухрукий атом кислорода может протянуть обе свои руки двум рукам двухрукого атома магния (Mg), образовав молекулу из одного атома кислорода и одного атома магния, которые соединены двумя связями.
Состав такой молекулы показывается так: MgО (то есть один атом кальция – Mg, и один атом кислорода – О).
MgО – это формула вещества из одного атома магния и одного атома кислорода.
Это вещество называется оксидом магния.
Формулу оксида магния можно показать так: Mg=O (структурная формула). В этом виде значком «=» показаны дву связи между атомом магния и атомом кислорода.

Сульфиды кальция и магния.

Сульфиды кальция.

Двухрукий атом серы (у него бывает и другое число рук, но сейчас речь о двух) может протянуть обе свои руки двум рукам двухрукого атома кальция, образовав молекулу из одного атома серы и одного атома кальция, которые соединены двумя связями.

Состав такой молекулы показывается так: CaS (то есть один атом кальция – Са, и один атом серы – S).
СаS – это формула вещества из одного атома кальция и одного атома серы.
Это вещество называется сульфидом кальция.

Другие подобные соединения, в которых вместо атома кальция аходятся атомы других элементов, тоже называются сульфидами.
То есть сульфиды – это соединения атомов с серой (если в этих соединениях нет другим элементов, то есть если в них всего два элемента – сера и ещё какой-нибудь элемент).

Формулу сульфида кальция можно показать так: Са=S (структурная формула). В этом виде значком «=» показаны дву связи между атомом кальция и атомом серы.

Сульфид магния.

Это вещество подобно сульфиду кальция, но в нём вместо атома кальция – атом магния, элемента из той же второй группы ТМ, что и кальций.

Двухрукий атом серы может протянуть обе свои руки двум рукам двухрукого атома магния (Mg), образовав молекулу из одного атома серы одного атома магния, которые соединены двумя связями.
Состав такой молекулы показывается так: MgS (то есть один атом кальция – Mg, и один атом серы – S).
MgS – это формула вещества из одного атома магния и одного атома серы.
Это вещество называется сульфидом магния.
Формулу сульфида магния можно показать так: Mg= S (структурная формула).
В этом виде значком «=» показаны дву связи между атомом магния и атомом кислорода.

III.
Соединения с трёхвалентыми (трёхрукими) атомами.

Если атомы трёхрукие (то есть трёхвалентные), то они могут протянуть другим атомам все три руки, причём даже одновременно одному и тому же.

Трёхрукие атомы можно найти в третьей группе ТМ (главная подгруппа), а ещё в пятой группе ТМ (главная подгруппа).
Примеры трёхруких атомов из третьей группы – атомы алюминия или бора.
Обозначение атомов алюминия – Al.

Примеры трёхруких атомов из пятой группы – атомы азота и фосфора.
Обозначение атома азота – N.
Обозначение атома фосфора – Р.
Но атомы пятой группы бывают не только трёхрукими, но и пятирукими – в зависимости от своего состояния.

**
Хлорид алюминия.

Трёхрукий атом алюминия может протянуть все три свои руки одноруким атомам хлора – по одной руке каждому атому хлора, его одной руке.
В результате получается соединение из одного атома алюминия и их трёх атомов хлора.
Это соединение записывается так: AlCl3. Это формула данной молекулы.
В этой записи Al означает один атом алюминия, Сl – атом хлора, цифра 3 – количество атомов хлора.
Вещество, которое состоит из таких молекул, называется хлоридом алюминия.
Как и другие соединения с хлором, как и любые вещества, молекулы которых состоят из атомов всего двух элементов, один из которых – хлор.

То же самое, что рассказано об алюминии, можно рассказать о боре.
Достаточно заментить слово «алюминий» на слово «бор».
Заменяем.
Можете сделать это самостоятельно, а затем сверить с вариантом, данным здесь.

**
Хлорид бора.

Трёхрукий атом бора (обозначение – В) может протянуть все три свои руки одноруким атомам хлора – по одной руке каждому атому хлора, его одной руке.
В результате получается соединение из одного атома бора и их трёх атомов хлора.
Это соединение записывается так: BCl3. Это формула данной молекулы.
В этой записи В означает один атом бора, Сl – атом хлора, цифра 3 – количество атомов хлора.
Вещество, которое состоит из таких молекул, называется хлоридом бора.
Как и другие соединения с хлором, как и любые вещества, молекулы которых состоят из атомов всего двух элементов, один из которых – хлор.

Теперь заменим в рассказах про хлориды алюминия и бора хлор на фтор, бром и йод.
Лучше это сделать самостоятельно, а затем сверить с текстом здесь.

**
Фториды бора и алюминия.

Фторид алюминия.
Трёхрукий атом алюминия может протянуть все три свои руки одноруким атомам фтора (F) – по одной руке каждому атому фтора, его одной руке.
В результате получается соединение из одного атома алюминия и их трёх атомов фтора.
Это соединение записывается так: AlF3. Это формула данной молекулы.

В этой записи Al означает один атом алюминия, F – атом фтора, цифра 3 – количество атомов фтора.
Вещество, которое состоит из таких молекул, называется фторидом алюминия.
Как и другие соединения со фтором, как и любые вещества, молекулы которых состоят из атомов всего двух элементов, один из которых – фтор.

То же самое, что рассказано о фториде алюминия, можно рассказать о фториде бора.
Достаточно заментить слово «алюминий» на слово «бор».
Заменяем.
Можете сделать это самостоятельно, а затем сверить с вариантом, данным здесь.

Трёхрукий атом бора (обозначение – В) может протянуть все три свои руки одноруким атомам фтора – по одной руке каждому атому фтора, его одной руке.
В результате получается соединение из одного атома бора и их трёх атомов фтора.
Это соединение записывается так: BF3. Это формула данной молекулы.
В этой записи В означает один атом бора, F – атом фтора, цифра 3 – количество атомов фтора.
Вещество, которое состоит из таких молекул, называется фторидом бора.
Как и другие соединения с фтором, как и любые вещества, молекулы которых состоят из атомов всего двух элементов, один из которых – фтор.

Бромиды алюминия и бора.

Бромид алюминия.
Трёхрукий атом алюминия может протянуть все три свои руки одноруким атомам брома (Br) – по одной руке каждому атому брома, его одной руке.

В результате получается соединение из одного атома алюминия и их трёх атомов брома.
Это соединение записывается так: AlBr3. Это формула данной молекулы.

В этой записи Al означает один атом алюминия, Br – атом брома, цифра 3 – количество атомов брома.
Вещество, которое состоит из таких молекул, называется бромидом алюминия.
Как и другие соединения с бромом, как и любые вещества, молекулы которых состоят из атомов всего двух элементов, один из которых – бром.

То же самое, что рассказано о бромиде алюминия, можно рассказать о бромида бора.
(Не путайте похожие названия – бор и бром).
Достаточно заментить слово «алюминий» на слово «бор».
Заменяем.
Можете сделать это самостоятельно, а затем сверить с вариантом, данным здесь.

Трёхрукий атом бора (обозначение – В) может протянуть все три свои руки одноруким атомам брома – по одной руке каждому атому брома, его одной руке.
В результате получается соединение из одного атома бора и их трёх атомов брома.
Это соединение записывается так: BBr3. Это формула данной молекулы.
В этой записи В означает один атом бора, Br – атом фтора, цифра 3 – количество атомов брома.

Вещество, которое состоит из таких молекул, называется бромидом бора.
Как и другие соединения с бромом, как и любые вещества, молекулы которых состоят из атомов всего двух элементов, один из которых – бром.

Йодиды алюминия и бора.
Самостоятельно по аналогии с хлоридами, фторилами и бромидами.
Йодид алюминия AlI3 – oдин атом алюминия и три атома йода.
Йодид бора – BI3 (один атом бора и три атома йода).

***

Аммиак – NH3.

У атома азота три руки (он трёхвалентный), а у атомов водорода по одной руке (он одноваленные).

Трёхрукий (трёхвалентный) атом азота может протянуть все три свои руки трём одноруким атомам водорода – по одной своей руки – единственной руке каждого атома водорода.

В результате получается соединение из одного атома азота и трёх атомов водорода, состав которого записывается так: NH3.
NH3 – это формула молекулы вещества, которое назвали аммиаком.

Аммиак может растворяться в воде, образуя раствор аммиака в воде – такой раствор называется нашатырным спиртом, он имеет такой специфический запах, который легко запоминается и узнаётся.
В народе нашатырный спирт называют просто нашатырём. Он известен в качестве средства, которое дают понюхать людям, потерявшим сознание, чтобы они очнулись при обмороке.
Нашатырь продаётся в аптеках, его используют дачники.

Аммиак образуется в организме человека в клетках.
Но он очень токсичен для клеток – то есть, если бы клетки не избавлялись от аммиака сразу по мере его появления, то погибали бы.
То есть аммиак – яркий пример яда, который образуется самим организмом, то есть эндогенного токсина.

Клетки спасаются от аммиака, «связывая» его в реакции с глутаматом, превращаемого при этом в глутамин.
Часть аммиака используется для реакции с альфа-кетоглутаратом, превращаемых при этом в глутамат.
Но окончательное избавление организма от аммиака происходит с помощью печени и почек. –
Клетки выделяют глутамин в кроток.
Кровь «относит» глутамин в кишечник, в котором глутамин расщепляется на глутамат и аммиак.
Аммиак поступает из кишечника в печень (с током крови от кишечника).
В печени аммиак превращается в мочевину, которая выделяется в кровь.
Кровь относит мочевину в почки, в которых мочевина переходит из крови в мочу.
Подробнее можно прочитать в параграфе об обезвреживании аммиака.

Откуда аммиак в клетках?
Он образуется при разрушении белков и аминокислот, которое происходит или в связи с ненужностью этих белков и аминокислот в данное время, или ради превращения аминокислот в другие вещества.

Молекула аммиака может вести себя очень интересным образом. –
Атом азота способен присоединять к себе ион водорода (ион водорода состоит из единственного протона), который обычно есть в достатке в водном растворе и обозначается так – Н+.

В результате образуется частица, которая состоит как бы из четырёх атомов водорода и одного атома азота, имеющего положительный заряд.
Эту частицу обозначают так: NН4+.
Это обозначение показывает состав частицы (один атом азота и 4 атома водорода) и наличие положительного заряда у неё.
Название этой частицы – ион аммония.

Ион аммония относится к катионам, то есть к положительно заряженным ионам.
Соединения иона аммония с анионами (хлоридо-ионом или сульфатами и т.д.) называется солями аммония (как и любые соединения катионов и анионов).

Можно догадаться, что положительный заряд на атоме азота появляется из-за того, что он присоединил к себе ион водорода (Н+) и «забрал себе» этот заряд.

Так оно и есть: присоединяя к себе ион водорода, атом азота как бы одалживает ему один из своих электронов, в результате чего ион водорода получает электрон, а его состав становится таким же, как у полноценного атома водорода (протон и электрон). Вот почему считается, что в итоне аммония – четыре атома водорода.
Но в атоме азота, отдавшего один из своих электронов, возникает дефицит одного электрона и дефицит одного отрицательного заряда, то есть – избыток положительного заряда – отсюда значок «плюс» на атоме азота.

Присоединение частицы Н+ (протона) носит название протонирования.
Протонирование молекулы аммиака приводит к её превращению в ион аммония.
Можно сказать, что ион аммония – это протонированная молекула аммиака.

Присоединение протона  (Н+) к аммиаку не является необратимым. – Протон может и отсоединиться «обратно», то есть отцепиться от атома азота иона аммония и снова вернуться в состав раствора.
Отсоединение протона называется де-протонированием.

Вообще приставка «де» означает отделение чего-либо.
Подобные слова:
де-карбоксилирование (отщепление карбоксила),
де-гидрирование (отщепление водорода, пары атомов),
де-гидратация (отщепление молекулы воды) и т.д.

Обычно протон то присоединяется к аммиаку, то отделяется от него, и в конкретном растворе устанавливается некое равновесие, когда число присоединившихся и отделившихся протонов в каждый момент таково, что концентрация молекул аммиака и ионов аммония постоянная.
Нашатырный спирт, которым является раствор аммиака, как раз является таким раствором, в котором часть молекул аммиака протонирована и превращена в ионы аммония.

Может возникнуть вопрос – почему трёхрукий атом азота образует четыре связи.
Дело в том, что тут особая ситуация и особый тип связи.
Чтобы образовать четвёртую связь, атом азота тратит при этом свой электрон так называемой неподелённой электронной пары (сокращённо – НЭП).
Именно поэтому на атоме азота в ионе аммония появляется положительный заряд.

***
Оксиды углерода.

Атомы углерода (С) могут соединяться с атомами кислорода (О), образуя молекулы, состоящие из атомов двух элементов, один из которых – кислород (О).
Такие молекулы называются оксидами углерода.

Существуют разные типы оксидов углерода – СО2 и СО.
Оксид СО2 называется углекислым газом или углекислотой, а оксид СО называется угарным газом.

**
СО2.
Атом углерода может иметь четыре руки – это его «классическое» состояние.
Четырёхрукий атом углерода может протянуть две своих руки – двум рукам одного двухрукого атома кислорода, а другие две руки – двум рукам второго двухрукого атома кислорода.

В результате у атома углерода образуется две связи с одним атомом кислорода и две связи со вторым атомом кислорода.
Всего атом углерода образует четыре связи с двумя атомами кислорода – по две с каждым из атомов кислорода,
а каждый атом кислорода оборазует по две связи с атомом углерода.
Обозначить это можно так:
О=С=О.
(Это структурная формула молекулы СО2, то есть углекислого газа).
В этой записи буква С означает атом углерода, две буквы О – два атома кислорода, а чёрточки означают связи между атомами С и О: 4 связи (чёрточки) у атома С и по две связи-чёрточки у каждого атома кислорода.
Состав такой молекулы получается таким: один атом углерода и два атома кислорода, то есть СО2.

Итак, если с двумя двухрукими атомами кислорода (О) соединяется четырёхрукий атом углерода (С), то получается соединение (молекула) из одного атома углерода (С) и двух атомов кислорода (О), то есть СО2 (углекислый газ).

**
СО.
Выше показано, что молекула СО2 получается, когда атом углерода имеет четыре руки.
Но атом углерода бывает не только четырёхруким, но и двухруким.

Число рук конкретного атома углерода зависит от распределения электронов на его внешнем электронном уровне.
Подробнее об этом можно прочесть в учебниках химии для 8 класса или послушать в 8 классе школы.

Далее рассказ о ситуации, когда атом углерода двухрукий.
2-рукий атом углерода может протянуть две своих руки – двум рукам одного двухрукого атома кислорода.

В результате у атома углерода образуется две связи с одним атомом кислорода.
Обозначить это можно так:
С=О.
(Это структурная формула молекулы СО, то есть угарного газа).
В этой записи С – атом углерода, буква О – атом кислорода, а две чёрточки – две связи между атомами С и О.
Состав такой молекулы получается таким: один атом углерода и два атома кислорода, то есть СО.

Итак, если с двухруким атомом кислорода (О) соединяется двухрукий атом углерода (С), то получается соединение (молекула) из одного атома углерода (С) и одного атома кислорода (О), то есть СО (угарный газ).

Таким образом, есть разные оксиды углерода – СО и СО2.
Оксид с формулой СО называется угарным газом, а оксид с формулой СО» называется углекислым газом или углекислотой.
В молекуле СО атом углерода двухвалентный, а в молекуле СО2 атом углерода четырёхвалентный.

Молекулы СО и СО2 имеют большое значение для организма.

СО – это яд.
Если он попадает в организм в больших количествах – человек может умереть, если ему не дать подышать нормальным воздухом.
И даже если человек, надышавшийся СО, выживет после этого, он может стать инвалидом или его здоровье существенно ухудшится.
Поэтому лучше не вдыхать СО, а для этого надо делать так, чтобы СО не было в воздухе.
Для этого надо как можно меньше сжигать и правильно пользоваться печами в избах, в банях и т.д..

Чаще всего отравление угарным газом (с летальным исходом) происходит при неправильном использовании печей – когда образующиеся при сжигании дров или угля и т.д. газы не отводятся наружу, а попадают в воздух жилых помещений.
В таких случаях говорят «люди угорели».

СО попадает в организм при вдыхании воздуха, содержащего СО, а в воздузе СО появляется при сжигании дров или других углеро-содержащих предметов (угля, книг, мебели из дерева и т.д.; причём мебелт из ДСП при сгорании ещё более токсичные вещества даёт, которые убивают ещё быстрее).

Кроме того, чаще и больше других людей СО вдыхают курящие, так как СО образуется и горении сигарет.
При работе автомобилей тоже образуется СО – из-за сжигания топлива в бензобаках.

Почему СО токсичен?

Считается, что СО токсичен из-за того, что мешает снабжению тканей кислородом.
Мешает СО из-за того, что нарушает работу белка, переносящего кислород – гемоглобина.

Итак, СО – яд:
в большим количествах смертельный,
а в умереннных – приводящий к инвалидности.
Поэтому СО не должен попадать в организм.
Чтобы не отравиться СО – нужно делать так, чтобы образующийся при горении газ не попадал в воздух, которым дышат люди.

**
СО2

О строении СО2 рассказано выше.
Здесь речь пойдёт о значении СО2 для организма человека и для биосферы.

СО2 – это тоже яд, как и СО.
Но токсичность СО2 намного меньше, чем у СО, то есть СО2 убивает, если его намного больше, чем СО.

Присутствие СО2 в воздухе – это норма.
СО2 не может не быть в атмосфере, потому что он поступает в атмосферу в результате дыхания человека, животных, растений и ряда микробов (аэробных).

Но вопрос в количестве СО2 в атмосфере, то есть в его концентрации.
Нормальным считается содержание СО2 – 0,03%, то есть три сотых процента.
А так как процент – это уже одна сотая часть, то три сотых процента (то есть от сотой части) – это 3 десятитысячных доли.

Для измерения количества СО2 в воздухе существуют приборы.
Они показывают содержание СО2 в воздухе как раз в процентах.

Есть фильм, в котором показано, как люди записывают содержание СО2 в воздухе подводной лодки.
И зрители видят, как записываются всё бОльшие и большие числа вплоть до 4% СО2.
Так же показано, что по мере увеличения содержания СО2 в воздухе самочувствие людей экапажа становится всё более критическим.
Причиной накопления СО2 в подлодке было то, что СО2 поступал в воздух при дыхании людей.
А возможности «проветрить» подлодку не было, так как для этого подлодке нужно было всплыть на поверхность, но всплывать подводники не могли, так как знали, что наверху их караулят корабли противника, чтобы расстрелять.

Этот фильм называется «Командир счастливой щуки»,  он рассказывает про героических подводников времён Великой Отечественной Войны.

Чем всё закончилось и почему лодку не расттреляли, хоть она и всплывала – можно узнать из фильма.
А в рамках этого рассказа фильм хорошо показывает, как плохо людям без свежего воздуха.

Причём проблема была не в дефиците кислорода (О2), а именно в избытке СО2.
Без кислорода людям тоже плохо, но при духоте люди начинают страдать от избытка СО2 намного раньше, чем от дефицита О2.

Та же проблема, что и в подводных лодках, возникает в любых замкнутых герметично закупоренных помещениях, в которые нет доступа свежего воздуха – люди в таких помещениях непременно станут задыхаться из-за накопления СО2 – причём задолго до того, как станут страдать из-за дефицита О2.

Обычно проблему душного помещения решают, открывая форточки.
(И даже при закрытых форточках всё равно воздух снаружи обычно проникает в помещение).
Но в герметично закупоренном помещении нет возможности открыть форточки. Как нет возможности (и смысла) открыть форточки на подводной лодке в глубинах морей.

Поэтому люди, собравшиеся пожить в каком-нибудь бункере под землёй, должны подумать, как они решат данную проблему с накоплением СО2 и отравлением им.
Избавить от лишнего СО2 могли бы растения – поэтому они в бункере необходимы.
Но растения могут поглощать СО2 из воздуха только при условии, что они освещаются солнечным светом или близким ему по свойствам – иначе растения не помогут избавиться от СО2, а наоборот ускорят момент, когда СО2 станет смертельно много (так как растения тоже выделяют СО2, просто на свету они его больше поглощают, чем выделяют).
Значит, в бункере должен быть источник света не только ради того, чтобы люди видели, но и ради работы растений по поглощению лишнего СО2.
Причём свет свечей или факелов – не вариант, так как это не поможет растениям поглощать СО2, да ещё и ускорит накопление СО2 из-за горения свечей или факелов (если для них вообще есть топливо).
Таким образом, растения в бункере – не только для красоты и получения пищи, но и почти единственный известный способ избавить воздух от СО2.

А ещё данный пример с бункером показывает, что при намерении построить какой-то объект для жизни нужно иметь множество знаний, чтобы в нём можно было жить.
Иначе дорогой бункер с запасами воды, пищи и множества нужных вещей, которых хватило бы на сотни лет, может стать непригодным для жизни и никого не спасти, если в нём не решена проблема избавления от накопившегося СО2 или какая-то другая проблема.

**
СО2 в организме.
Выше сказано, что человек не умеет жить, если в воздухе слишком много СО2.

Почему так происходит?
Дело в том, что человек должен выдыхать СО2, избавляясь при этом от СО2 в своей крови.
Но когда СО2 в воздухе слишком много, то СО2 из лёгких (и из крови человека) не может уйти в воздух.
Так как переход СО2 из крови человека (через лёгкие) в воздух основан на разнице в концентрациях СО2 в крови и в воздухе:
если СО2 в воздухе намного меньше, чем в крови человека, то только тогда СО2 из крови человека может перейти ы воздух.

Откуда СО2 берётся в крови человека?

Источником СО2 в крови человека являются клетки человека, а точнее – происходящие в клетках химические реакции.
А ещё-ещё точнее – источником СО2 в организме является сжигание углерод-содержащих молекул.
Зачем же организм их сжигает?

Сжигание углерод-содержащих молекул (в основном глюкозы и жирных кислот) необходимо организму, чтобы поддерживать свои «силы», то есть для выработки энергии в клетках – сначала в форме АТФ, а затем и в других формах (см. параграф о формах конвертируемой энергии).
Без этих процессов человек жить не может.
Поэтому организм не может не образовывать и не выделять СО2 – так как образование СО2 в теле происходит при выработке энергии.

Напомню, что сжигание в химии называется горением и является реакцией с кислородом.
В теле процессы горения тоже присутствуют, хотя и происходят специфическим образом.
Напрямую углерод и кислород в реации не вступают.
СО2 выделяется в основном в реакциях цикла Кребса и при работе ПДГ – см. параграфы об этом в части «Основы биохимии».

А кислород в основном используется процессом, который называется дыхателоьной цепью (ДЦ) или цепью переноса электронов. При работе ДЦ кислород превращается в воду, а процесс его превращения даёт много энергии – именно эта энергия и поддерживает жизнь организма человека (так считается).

Итак, чтобы человек мог жить, в его клетках (кроме эритроцитов) постоянно должны сгорать глюкоза и жирные кислоты.
По сути это почти то же самое горение, что и горение дров в печи, в том же самом кислороде.
Но вместо дров – глюкоза, а в роли печки – митохондрии клеток.
**
СО2 в атмосфере.
Нормальным содержанием СО2 в атмосфере считается – 0,03%.
Такое содержание поддерживается на постоянном уровне тысячи лет, несмотря на то, что СО2 постоянно извлекается из атмосферы и постоянно поступает в атмосферу – в это проявляется способность биосферы Земли поддерживать равновесие.

Откуда СО2 поступает в атмосферу?

СО2 поступает в атмосферу при дыхании человека, животных и растений, а так же при сжигании угля, дров, газа, нефти, бензина и других нефтепродуктов.
СО2 является продуктом реакции между О2 воздуха и углеродсодержащими молекулами (в живых организмах это в основном глюкоза и жирные кислоты, в дровах – целлюлоза растений, а в бензине – октан и другие жидкие).

Почему СО2 в атмосфере не накапливаеается?

Потому что СО2 поглощается растениями для фотосинтеза.
Это происходит только пери условии, что растения хотя бы днём освещаются, так как для фотосинтеза нужна энергия – эту-то энергию и даёт свет Солнца.

В ходе фотосинтеза СО2 превращается в глюкозу.
Кроме СО2, для процесса требуется вода – это одна из причин, по которой растениям нужна вода.

Кроме глюкозы, фотосинтез даёт кислород (О2).
То есть фабрикой по производству всего кислорода планеты Земля являются растения.
Но без энергии солнца растения не делали бы для нас кислород. (И других животных и растений).

Полученная при фотосинтезе глюкоза далее используется для получения (синтеза) всех остальных органических веществ живого мира:
– целлюлозы (древесина и т.д.),
- жирных кислот,
- белков (но при условии, что есть источники азота…),
- ДНК и РНК,
- гормонов, витаминов и т.д.
Разные организмы умеют делать разные из этих веществ, но первичное сырьё – глюкоза, и делают её – растения.
Причём параллельно давая человеку кислород и спасая его от избытка СО2.

Всё, что человек кушает – первоначально было глюкозой, сделанной растениями при фотосинтезе. А уже потом глюкоза превращалась в другие вещества – аминокислоты, жиры, витамины и т.д..

Одежду и предметы быта (посуду, мебель) люди тоже делают в основном из растений.
Книги – это тоже из растений. Вата, салфетки – тоже из растений.

Итак, ещё раз о том, что дают людям растения и фотосинтез:
- спасают от лишнего СО2, забирая его из воздуха и превращая в глюкозы и кислород,
- дают О2 для дыхания, без котого люди жить не умеют,
- дают ЕДУ, без которой люди жить тоже не имеют,
- дают глюкозы, из которой образуется целлюлоза, древесина, из которой люди делают одежду, мебель, книги, посуду и т.д.

Говоря «растения», мы имеем в виду растения и лесов, и болот, и водоросли океана.
Все они участвуют в превращении вредного СО2 в необходимые кислород и глюкозу и т.д.

Но в настоящее время есть проблема – половина лесов за прошедшие сто лет уже уничтожена.
Если такими темпами уничтожать леса, то они не смогут справляться со своей задачей создавать условия для жизни людей – избавлять от СО2 и снабжать кислородом и глюкозой, едой и т.д.

Для чего люди вырубают леса?
В основном ради расчищения территории для полей, пастбищ, для производства мяса.
Например, леса Бразилии активно вырубались ради производства свиней (свиноводства).

Кроме того, леса часто вырубают ради добычи деревьев дорогих пород для дорогой мебели.
В бедных странах леса вырубают ради заготовки дров – для тепла и для приготовления горячей пищи.
Во многих странах леса вырубают, чтобы освободить место для городов и посёлков, для строительства дорог, фабрик и других нужных людям объектов.

Нужно помнить, что при сокращении числа лесов происходит разрушение почв (эрозия, в том числе просто в результате сдувания ветрами) – а значит той среды, на которой люди производят пищу.
Кроме почв, страдают реки и озёра – они мелеют или совсем исчезают – таким образом, люди лишают ещё и источников воды.

Таким образом, сокращение площали лесов лишает людей:
- кислорода,
- пищи,
- воды,
- водоёмов с пресной водой,
- почв даже для полей и садов.

Людям нужно найти и соблюдать баланс в использовании лесов –
такой режим, при котором строительство жилья на месте вырубленных лесов не оставит людей без почв, еды, воды и кислорода.

Менее очевидно, но очень существенно и то, что при сокращении лесов исчезают места обитания многих животных, зверей, птиц, растений и т.д.
Это приводит к исчезновению многих видов живых организмов, что грозит человечеству разрушением биосферы.

***
Оксиды и сульфиды трёхруких (трёхвалентных) атомов.

Трёхрукими являются атомы элементов третьей группы (её главной подгруппы) – бора, алюминия и т.д..
Кроме того, трёхрукими бывают атомы пятой группы – азот, фосфор и т.д.

Оксиды – это соединения атомов с атомами кислорода.
(Если в молекуле атомы всего двух элементов – кислорода и ещё какого-нибудь).

**
Оксиды трёхвалентных элементов на примере оксида алюминия.

Трёхрукие (трёхвалентные) атомы алюминия соединяются с атомами кислорода, входя в состав молекул по ДВЕ ШТУКИ.
Два таких трёхруких атома алюминия протягивают атомам кислорода по три руки каждый, то есть всего – ШЕСТЬ рук.
А атомы кислорода берут эти шесть рук двух атомов алюминия так, чтобы каждый атом кислорода взял всего ПО ДВЕ руки.
Очевидно, что в такой ситуации на шесть рук двух атомов алюминия нужно ТРИ атома кислорода.

В результате молекула из атомов алюминия и кислорода состоит из ДВУХ АТОМОВ алюминия и ТРЁХ атомов кислорода.
Состав молекулы показывают так:
Al2O3.
Это формула оксида алюминия.

У двух трёхруких атомов алюминия – шесть рук на двоих.
И у трёх двухруких атомов кислорода – шесть рук на троих.
Вот эти шесть рук двух атомов алюминия и шесть рук трёх атомов кислорода и протягиваются друг другу, образуя молекулу состава Al2O3 – молекулу оксида алюминия.

Точно так же трёхрукие атомы бора (B) образуют молекулы B2O3 – молекулы оксида бора.

**
Сульфиды трёхруких элементов.
На примере сульфида алюминия.

Сульфиды – это соединения атомов какого-либо элемента с атомами серы.
(Если в соединении есть атомы всего двух элементов – серы и ещё какого-нибудь).

**
Сульфиды трёхвалентных элементов на примере сульфида алюминия.

(Сера здесь рассматривается в двухвалентном варианте).

Трёхрукие (трёхвалентные) атомы алюминия соединяются с атомами серы, входя в состав молекул по ДВЕ ШТУКИ.
Два таких трёхруких атома алюминия протягивают (трём) атомам серы по три руки каждый, то есть всего – ШЕСТЬ рук.
А атомы серы берут эти шесть рук двух атомов алюминия так, чтобы каждый атом серы взял всего ПО ДВЕ руки (из протянутых шести).
Очевидно, что в такой ситуации на шесть рук двух атомов алюминия нужно ТРИ атома серы.

В результате молекула из атомов алюминия и серы состоит из ДВУХ АТОМОВ алюминия и ТРЁХ атомов серы.
Состав молекулы показывают так:
Al2S3.
У двух трёхруких атомов алюминия – шесть рук на двоих.
И у трёх двухруких атомов серы – шесть рук на троих.
Вот эти шесть рук двух атомов алюминия и шесть рук трёх атомов серы и протягиваются друг другу, образуя молекулу состава Al2S3.
Такая молекула называется сульфидом алюминия.

Точно так же трёхрукие атомы бора (B) образуют молекулы B2S3 – молекулы сульфида бора.

Оксиды азота.

Трёхрукие (трёхвалентные) атомы азота образуют с атомами кислорода такие же соединения, как и трёхрукие атомы алюминия, то есть состава N2O3 – два атома азота на три атома кислорода
Это оксид трёхвалентного азота.

Но атомы азота бывают и пятирукими.
Пятирукие (пятивалентные) атомы азота тоже соединяются с атомами кислорода, входя в состав молекул по ДВЕ ШТУКИ, как и трёхрукие атомы азота.

Два таких пяти-руких атома азота протягивают атомам кислорода по ПЯТЬ рук каждый, то есть всего – ДЕСЯТЬ рук.
А атомы кислорода берут эти ДЕСЯТЬ рук двух атомов азота так, чтобы каждый атом кислорода взял всего ПО ДВЕ руки.
Очевидно, что в такой ситуации на десять рук двух атомов азота нужно ПЯТЬ атомов кислорода.

В результате молекула из пятируких атомов азота и кислорода состоит из ДВУХ АТОМОВ азота и ПЯТИ атомов кислорода.
Состав молекулы показывают так:
N2O5.

У двух пятируких атомов азота – десять рук на двоих.
И у пяти двухруких атомов кислорода – десять рук на пятерых.
Вот эти десять рук двух атомов азота и десять рук пяти атомов кислорода и протягиваются друг другу, образуя молекулу состава N2O5.
Такая молекула – оксид пятивалентного азота.
Иногла его пишут так: оксид азота (V).
Знак V в данном случае – это римская цифра «пять», означающая валентность атома азота в данном соединении.

Точно так же трёхрукие атомы фосфора (P) образуют молекулы P2O3,
а пятирукие атомы фосфора образуют молекулы Р2О5.
P2O3 – это оксид трёхвалентного фосфора или оксид фосфора (III).
P2O5 – это оксид пятивалентного фосфора или оксид фосфора (V).

Оксиды азота и фосфора образуются при разложении биомассы или при сжигании топлива, полученного из бывшей биомассы (например, нефть в природе образовалась из древней биомассы).
При реакции с молекулами воды водяного пара атмосферы оксилы азота превращаются в кислоты – азотную и азотистую.
Во время дождя эти кислоты попадают на почву, строения, здания.
Дожди с примесями кислот называются кислотными.
Кислотные дожди уменьшают урожаи, так как закисляют почвы, а ещё приводят к гибели лесов.
Здания от кислотных дожей тоже разрушаются.
Чтобы не было кислотных дождей – нужно не сжигать предметы, содержащие азот (и серу).
Но для этого нужно найти другие источники энергии…

***
Оксиды серы.

Это молекулы, в состав которых входят атомы кислорода и серы.
Это соединения из атомов серы и кислорода.

С атомами кислорода соединяются шестирукие (шестивалентные) атомы серы и четырёхрукие (четырёхвалентные) атомы серы.

Когда с двухрукими (двухвалентными) атомами кислорода соединяется шестирукий атом серы, то его шесть рук протягиваются ТРЁМ атомам кислорода.
В итоге получается молекула из одного атома серы и трёх атомов кислорода – SO3.
Эта молекула – оксид шестивалентной серы или оксид серы (VI).
Когда такой оксид соединяется с молекулой воды (Н2О), то получается молекула Н2SO4 – это молекула вещества, которое называется серной кислотой.
Серная кислота тоже бывает компонентном кислотных дождей – она образуется в атмосфере из оксида серы (VI), который поступает в атмосферу при сжигании бензина, дров и т.д.

**

Когда с двухрукими (двухвалентными) атомами кислорода соединяется четырёхрукий атом серы, то его четыре руки протягиваются ДВУМ двухруким атомам кислорода.

В итоге получается молекула из одного атома серы и ДВУХ атомов кислорода – SO2.
Эта молекула – оксид четырёх-валентной серы или оксид серы (IV).
Когда такой оксид соединяется с молекулой воды (Н2О), то получается молекула Н2SO3 – это молекула вещества, которое называется сернИСТой кислотой.
СернИСТая кислота тоже бывает компонентном кислотных дождей – она образуется в атмосфере из оксида серы (IV), который поступает в атмосферу при сжигании бензина, дров и т.д.