Поэтому вода уже не является замкну­той системой и не может считаться молекулой. В газовой фазе существует огромное число самых разно­образных молекул, поскольку, в принципе, любой атом может при определенном возбуждении реагировать с любым другим атомом или молекулой. Получены и подробно исследованы такие любопытные молекулы и ионы, как NaK , Не2, НеАг, Н3+, Na 4, Аг, Н2О, HCI , СО2 и др.

Вещество — это любая совокупность атомов и моле­кул, находящаяся в определенном агрегатном состоянии. Вещества бывают простые и сложные. В состав простых ве­ществ входят атомы только одного элемента. Сложные веще­ства, или химические соединения, содержат атомы нескольких элементов. Очень важно различать понятия «химический элемент» и «простое вещество».

Например, углерод как простое вещество характеризуется определенными физическими и химическими свойствами. Углерод как химический элемент— это просто вид атомов с зарядом ядра +6, которые могут входить в состав простых веществ (графит, алмаз и др.) или сложных веществ (сода, углекислый газ, уксусная кислота). Многие элементы образуют несколько простых веществ, различающихся составом или строением.

Это явление назы­вается аллотропией, а соответствующие простые вещества — аллотропными модификациями. В качестве примера можно привести элемент кислород, который имеет две аллотропные модификации — кислород О2и озон О3, и элемент углерод, ко­торый образует 4 простых вещества — алмаз, графит, карбин и фуллерен С60. Современные химические символы придумал шведский химик Йене Якоб Берцелиус (1779-1848)

, который предложил обозначать элемент первой буквой его латинского названия. Если эта буква уже занята другим элементом, то добавляется вторая буква. Так, углерод, известный человеку с незапамят­ных времен, обозначается буквой С (Carboneum ), а кальций и хлор, открытые намного позже, — двумя буквами, Са (Calcium ), CI (Chlorum ), соответственно.

Состав соединений обозначается с помощью химических формул, которые состоят из символов элементов и подстроч­ных индексов, указывающих число атомов данного элемента в составе молекулы. Химические формулы газообразных веще­ства отражают состав молекулы (Н2, Не, COCI ,, О3), а форму­лы твердых и жидких веществ, как правило, описывают про­стейшее соотношение атомов элементов (CaS , С, Н2О).

Превращения веществ, сопровождающиеся измене­нием их состава и (или) строения, называются хими­ческими реакциями. При химических реакциях ядра ато­мов не затрагиваются, и число атомов каждого элемента сохраняется. Классификация химических реакций осуществ­ляется по многим признакам: по типу превращения (реакции соединения, разложения, обмена), по тепловому эффекту (экзо- и эндотермические реакции), по степени превращения веществ (обратимые и необратимые реакции).

Открытие частиц, составляющих атом, и исследование структуры атомов а затем и молекул, знание электронного и ядерного строения атомов позволило увидеть более глу­бокий смысл в периодизации элементов, предложенной Д. И. Менделеевым. Из рассмотрения электронных конфигураций атомов наглядно прослеживается периодичность свойств элементов. Число электронов, находящихся на внешнем уровне в ато­мах элементов, располагающихся в порядке увеличения по­рядкового номера, объясняется периодическим изменением числа электронов на их внешних энергетических уровнях.

По числу энергетических уровней атома элементы делятся на семь периодов. Первый период состоит из атомов, в кото­рых электронная оболочка состоит из одного уровня, во вто­ром периоде — из двух, в третьем — из трех, в четвертом — из четырех и т. д. Каждый новый период начинается тогда, когда начинает заполняться новый энергетический уровень. В периодической системе каждый период начинается элементами, атомы которых на внешнем уровне имеют один электрон, — атомами щелочных металлов — и заканчива­ется элементами, атомы которых на внешнем уровне име­ют 2 (в первом периоде) или 8 электронов (во всех последу­ющих) — атомами благородных газов.

Далее мы видим, что внешние электронные оболочки сходны у атомов элементов (Li , Na , К, Rb , Cs ,); (Be , Mg , Ca , Sr ); (F , CI , Br , I ); (He , Ne , Ar , Кг, Хе) и т. д. Каждая из выше­приведенных групп элементов оказывается в определенной главной подгруппе периодической таблицы: Li , Na , К, Rb , Cs в 1 группе, F , CI , Br , I — в VII и т. д.

Именно вследствие сходства строения электронных оболочек атомов сходны их физические и химические свойства. Число главных подгрупп определяется максимальным числом элементов на энергетическом уровне и равно 8. Чис­ло переходных элементов (элементов побочных подгрупп) определяется максимальным числом электронов на d -подуровне и равна 10 в каждом из больших периодов.

Поскольку в периодической системе химических элемен­тов одна из побочных подгрупп содержит сразу три переход­ных элемента, близких по химическим свойствам (так называ­емые триады Fe — Со — Ni , Ru — Rh — Pd , Os — I r — Pt ), то число побочных подгрупп, так же как и главных, равно 8. По аналогии с переходными элементами число лантано­идов и актиноидов, вынесенных внизу Периодической систе­мы в виде самостоятельных рядов, равно максимальному числу электронов на f подуровне, т. е. 14.

Таким образом, строгая периодичность расположения элементов в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева полностью объясняется последовательным характером заполнения энергетических уровней. На базе со­временных представлений периодический закон, являющийся основой систематизации на всех уровнях химической формы движения материи, формулируется так.

Свойства простых веществ, а также формы и свой­ства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядко­вого номера), т. е. заряд ядра определяет индивидуальность элементов и их свойства. Свойства соединений зависят так­же от энергии связи между атомами. Энергия связи в химических соединениях Атомы элементов взаимодействуют между собой или с атомами других элементов и образуют при этом более или менее сложные частицы. Лишь немногие химические элемен­ты (благородные газы)