Биологическая химия

1. Основы химии

Атом — это мельчайшая частица любого элемента, способная принимать участие в химических реакциях.

Элементом называется вещество, которое не может быть расщеплено химическими методами на более простые вещества; к элементам относятся, например, углерод, кислород и азот.

Вещество, состоящее из двух или не­скольких химически связанных элементов, называется соединением, например:

Соединение Элементы

Вода Водород и кислород

Глюкоза Углерод, водород и кислород

Хлорид натрия Натрий и хлор

Молекула — это наименьшая частица данного эле­мента или соединения, способная самостоятельно суще­ствовать при обычных условиях. В качестве примеров молекул можно привести следующие: Н₂, С₂, СО₂, Н₂О.

1. Строение атома

Все элементы состоят из атомов. Слово «атом» происхо­дит от греческого аtоmоs, что значит «неделимый».

В состав атома входят протоны, нейтроны и электро­ны (табл. 1.). Массы протонов и нейтронов равны и в сумме составляют массу атомного ядра. Масса электронов во много раз меньше, чем масса протонов и нейтронов, поэтому под массой атома подразумевают только массу его ядра.

Нейтрон состоит из одного протона и одного элект­рона, поэтому он электрически нейтрален, т. е. его заряд равен нулю.

Таблица 1. Положение в атоме, масса и заряд протонов, нейтронов и электронов

Атом электрически нейтрален, потому что число протонов в его ядре равно числу электронов, движущихся вокруг ядра.

Число протонов в ядре атома называется атомным номером данного элемента. Он также равен числу электронов этого атома. Сумма числа протонов и числа нейтронов данного атома называется его массовым числом.

Таблица 2. Первые 20 элементов (в порядке возрастания их атомных номеров)

Атомы одного и того же элемента существуют в разных формах, называемых изотопами, которые отличаются друг от друга массовым числом. Атомной массой называют среднюю массу данного атома; обычно под этим понимается средняя величина для природной смеси его изотопов. Хлор, например, представляет собой смесь изотопов с массовыми числами 35 и 37; соотношение этих изотопов таково, что у встречающегося в природе хлора атомная масса равна 35,5.

В настоящее время известно свыше 100 элементов. Их можно расположить в порядке возрастания атомных номеров, как это сделано в таблице 2.

Атомная масса называлась раньше атомным весом. Величины атомных масс даны до первого десятичного знака. Ниже перечисле­ны (в порядке возрастания их атомных номеров) некоторые наиболее известные элементы и указаны их символы: хром (Сr), марганец (Мn), железо (Fе), кобальт (Со), никель (Ni), медь (Сu), цинк (Zn), мышьяк (Аs), бром (Вr), молибден (Мо), серебро (Аg), кадмий (Сd)), иод (I), барий (Ва), платина (Рt), ртуть (Нg), свинец (Рb), радий (Rа), уран (U), плутоний (Рu).

Как видно из этой таблицы, электроны размещаются вокруг ядра, заполняя ряд электронных оболочек. В первой электронной оболочке (ближайшей к ядру и потому наименьшей) могут удерживаться два электрона, во второй — до восьми, в третьей — до 18 и в четвертой — до 32.

Рис. 1. Размещение электронов в электронных оболочках первых 12 элементов. (Ядро показано только у атома водорода.)

У более крупных атомов число электронных оболо­чек больше четырех. На рис. П. 1.1. представлено размещение электронов в электронных оболочках первых 12 элементов.

Любой элемент, у которого внешняя электронная оболочка заполнена целиком, практически нереакцион-носпособен. По этой причине гелий и неон (табл. П. 1.2) крайне редко вступают в соединение с другими атомами. Вследствие этого их называют инертными или благород­ными газами.

Все прочие элементы стремятся заполнить свои элек­тронные оболочки, вступая в реакцию с другими элемен­тами. Когда два атома реагируют друг с другом, между ни­ми может возникнуть либо ионная, либо ковалентная связь.