Пока я тут спокойно завтракаю, давайте для разминки начнем с различий между фторидом и фтором. Я сейчас жарю яичницу, это как раз будет в тему моей тефлоновой сковородки – держите это в голове, а я пока сделаю разбег, дав предварительную информацию.
Фториды – это соединения фтора с другими элементами. Взгляните на периодическую систему элементов (она, кстати, приведена в конце этой книги). Фтор (обозначен буквой F) вы найдете в группе VII; входящие в эту группу элементы называют галогенами. Фтор – это газ, напоминающий запахом всем известный бассейновый галоген – хлор. Надеюсь, однако, что вам никогда не доведется его понюхать, потому что фтор чертовски опасен.
Почему я говорю «чертовски опасен»? Да потому что даже самые мизерные количества газа фтора, если будут содержаться в воздухе, вызовут у человека ожог глаз и легких. Столь агрессивные свойства обусловлены высокой реактивностью этого газа. Здесь действует правило, в общих чертах звучащее так: чем проще и быстрее вещество вступает в химическую реакцию с другим веществом, тем менее оно поддается контролю и, следовательно, тем опаснее. Существуют и другие причины, почему субстанция может быть опасной и токсичной, но об этом позднее.
Так вот: при реакции с водой фтор образует фтороводородную, или плавиковую, кислоту[5]. Термин под стать жутким свойствам кислоты: случайно попав на руку, она не только сожжет кожу, но и, просочившись до самой кости, растворит ее. По сравнению с ней другие опасные кислоты, например соляная (соответствующая кислота хлора), представляются почти безобидными.
Так что держитесь, пожалуйста, подальше от элементарного – то есть чистого – фтора и фтороводородной кислоты!
При этом соблюдайте следующие правила… А нет никаких правил! Дело в том, что эти вещества ни в природе, ни в зубной пасте, по счастью, вообще не встречаются. Что вообще-то вполне логично: если фтор настолько агрессивен, что вступает в реакцию со всем, что плохо лежит, можно полагать, что в природе все, что возможно, со фтором уже «отреагировало».
Но фтороводородную кислоту можно производить в лаборатории. Не то чтобы какой-то там чокнутой химичке вздумалось захватить мировое господство – нет, это делают ради [моей] яичницы. В оборудованной соответствующим образом химической лаборатории можно подыскать вещество – потенциального партнера фтороводородной кислоте для реакции. А подобрав правильного партнера, можно производить, например, политетрафторэтилен[6], известный также как тефлон[7]! Вот мы и вернулись к моей сковородке и яичнице.
И что теперь с засевшими в сковороде атомами фтора? У меня что теперь – фтор в яичнице? Хороший вопрос, пора копать основательно.
У большинства элементов, даже исключительно реактивных и агрессивных, есть стабильная форма, в которой они расслаблены. Агрессивен атом или расслаблен – зависит от его строения. Как и во всех областях жизни, в химии в расчет всегда идут внутренние показатели. (Или почти всегда. В модели частиц их внутренность на самом деле не играет никакой роли.)
Мы часто полагаем, что атомы – это самые крошечные составные части нашего мира, но на самом деле это не так. Атомы состоят из трех различных элементарных частиц: из протонов, нейтронов и электронов. Протоны заряжены положительно, нейтроны электрически нейтральны, а электроны несут отрицательный заряд. Наш мир во всем его многообразии состоит всего лишь из трех конструктивных элементов. (На этом месте физик выразился бы немного иначе, но не будем без необходимости усложнять). И это на самом деле озадачивает. Ведь смешивая муку, яйца и молоко, а затем разогревая эту смесь, я в результате получаю или блинчики, или макароны, в зависимости от того, как и в каких пропорциях комбинирую компоненты. И даже если блинчики и макароны уж точно разные блюда, у них все же больше общего, чем у золота с кислородом. Тем не менее и золото (металл), и кислород (газ) строятся все из тех же трех конструктивных элементов. Невероятно, не правда ли?
Но что же, собственно, делает золото золотом, а кислород кислородом, если не их составные части?
Тип элемента определяется количеством его протонов.
А сколько в элементе протонов, подскажет периодическая система. В ней все элементы упорядочены, но в каком именно порядке они расположены? Так называемый порядковый номер элемента указывает на его положение в периодической системе и соответствует числу протонов. Посмотрим на таблицу: кислород занимает место № 8, значит, у него 8 протонов. Золото стоит на месте № 79 – следовательно, там 79 протонов. И вот именно только это различие делает кислород кислородом, а золото золотом.
В прежние времена алхимики, предшественники химиков, пытались превратить неблагородные металлы в золото. Сегодня мы знаем, что никакими лабораторными способами этого не сделать. Причина кроется в строении атомов.
Возможно, вам встречалась картинка, подобная этой.
О чем говорит это изображение? О том, что атом состоит из ядра и электронной оболочки. Ядро составляют положительно заряженные протоны и электрически нейтральные нейтроны, то есть в сумме ядро атома заряжено положительно. Оболочка атома состоит из отрицательно заряженных электронов, кружащихся вокруг ядра.
Таким образом, вес атома определяется исключительно его ядром, то есть количеством нейтронов и протонов. Ведь электроны практически ничего не весят, поэтому учитывать их вес смысла нет – это как если бы мы взвешивали слонов, на чьих спинах было бы по два перышка. Таким весом вполне можно было бы пренебречь.
Отдельно взятый атом, разумеется, весит немного – он ведь крошечный. Но масса у атомов, естественно, тоже есть, иначе ни эта книга, ни ваши головы тоже ничего бы не весили.
Масса одного атома углерода: 0,00000000000000000000002 г
Атом золота, в котором 79 протонов, намного тяжелее атома кислорода с его 8 протонами. Прибавим сюда нейтроны – каждый весит приблизительно столько же, сколько протон. В ядре каждого атома количество нейтронов и протонов примерно одинаково. Посчитав все вместе, получаем, что атом золота примерно в 12 раз тяжелее атома кислорода.
А вот объем, то есть размеры атома, определяется не ядром, а электронной оболочкой. Поскольку ядро настолько крошечное (меньше крошечного атома!), его размером тоже можно пренебречь. Если представить себе облако из электронов в виде шара сахарной ваты, то палочка, на которую она накручена, была бы ядром атома. Размер