Самый простой и легкий из атомов — это атом водорода. Водородный атом состоит из ядра, несущего один положительный заряд[17], и одного единственного электрона. Ядро атома водорода получило особое название — протон, что значит первичный.
Следующий за водородом в системе Менделеева элемент — гелий. Ядро атома гелия примерно вчетверо тяжелее протона. Оно состоит из двух протонов и двух частиц, которые почти равны протонам по массе, но лишены электрического заряда. Такие, не имеющие заряда, нейтральные частицы названы нейтронами.
Вокруг ядра атома гелия движутся два электрона.
Третью клеточку в таблице Менделеева занимает щелочной металл литий. Вокруг его ядра обращаются три электрона.
Элемент № 4 — бериллий. Его ядро содержит четыре положительные заряда, и окружено оно четырьмя электронами.
Если мы возьмем наугад какой-либо элемент из середины менделеевской таблицы, то убедимся, что этот порядок соблюдается везде. У элемента № 6 — углерода — 6 электронов. У азота — 7, у кислорода— 8, у фтора — 9 и у неона — 10. Номер элемента в системе Менделеева, количество положительных зарядов в ядре и количество электронов в оболочке всегда выражается одним и тем же числом. Например, олово: номер — 50, положительных зарядов ядра — 50, электронов в оболочке — 50.
Вот это число, выражающее одновременно и порядковый номер, и количество положительных зарядов, и количество электронов, называется числом Менделеева.
Посмотрим теперь, как располагаются электроны внутри электронных оболочек различных атомов.
Единственный электрон водородного атома обычно находится очень близко от ядра — на минимальном расстоянии, которое возможно по законам атомной механики. Принято называть этот низший уровень первым.
В атоме существует еще несколько определенных уровней, на которых могут находиться электроны.
В атоме гелия на первом уровне два электрона. Оказывается, что два электрона полностью заполняют первый уровень. Больше электронов на нем поместиться не может.
Поэтому у лития два электрона занимают первый уровень, а третий электрон помещается уже на втором уровне.
На втором уровне могут находиться восемь электронов. Поэтому у следующих за литием семи элементов электроны постепенно заполняют, как бы «достраивают» свой второй уровень. У бериллия там 2 электрона, у бора — 3, у углерода — 4, у азота — 5, у кислорода — 6, у фтора — 7, у неона — 8.
У неона второй уровень заполнен, — больше на нем свободной «жилплощади» нет. И одиннадцатый элемент — натрий помещает свой одиннадцатый электрон уже на третьем уровне.
Этим-то и объясняется то, что натрий и литий но химическим свойствам так похожи друг на друга. И у них обоих по одному электрону на верхнем уровне, то есть во внешнем электронном слое. Также сходны бериллий и магний — у них по два электрона во внешнем слое, и углерод с кремнием, — у которых по четыре внешних электрона и т. д.
Наконец у гелия, неона и аргона внешние слои заполнены целиком — и эти элементы тоже сходны между собой, — они ни в какие соединения не вступают.
У более тяжелых атомов строение электронных оболочек усложняется. Максимальное число электронов: на первом уровне — 2, на втором — 8, на третьем—18, на четвертом — 32. Эти числа и определяют постепенно усложняющуюся для более тяжелых элементов периодичность системы Менделеева.