Նյութ, տարրեր և ատոմներ

Ինչի՞ց է կազմված քո մարմինը։ Հավանաբար առաջին միտքդ կլինի, որ այն կազմված է տարբեր օրգաններից, օրինակ՝ սրտից, թոքերից և ստամոքսից, որոնք, միասին աշխատելով, պահպանում են մարմինդ աշխատանքային վիճակում։ Կամ՝ մի մակարդակ ավելի բարձր դիտարկելով՝ ասես, որ մարմինդ կազմված է տարբեր տեսակի բջիջներից։ Սակայն ամենատարրական մակարդակում մարմինդ (ըստ էության՝ ամբողջ կյանքը, ինչպես նաև անկենդան աշխարհը) կազմված է ատոմներից, որոնք հաճախ դասավորված են ավելի մեծ կառուցվածքներում՝ մոլեկուլներում։

Ատոմներն ու մոլեկուլները ենթարկվում են քիմիայի ու ֆիզիկայի օրենքներին նույնիսկ այն ժամանակ, երբ դրանք ինչ-որ բարդ, կենդանի, շնչող օրգանիզմի մաս են կազմում։ Դու, հավանաբար, քիմիայից գիտես, որ որոշ ատոմներ հակված են ձեռք բերելու կամ կորցնելու էլեկտրոններ, կամ մեկը մյուսի հետ առաջացնելու քիմիական կապեր։ Նշենք, որ այս փաստերը ճիշտ են նույնիսկ այն դեպքում, երբ ատոմներն ու մոլեկուլները կենդանի օրգանիզմի մաս են կազմում։ Փաստորեն, ատոմների միջև պարզ փոխազդեցությունները, տարբեր զուգորդություններով հանդես գալով միաբջիջ կամ ավելի մեծ օրգանիզմում, հնարավոր են դարձնում կյանքը։ Կարելի է պնդել, որ այն, ինչ կաս՝ ներառյալ գիտակցությունդ, անչափ մեծ քանակի անկենդան ատոմների միջև ընթացող քիմիական և էլեկտրական փոխազդեցությունների արդյունք է։

Այսպիսով՝ որպես աներևակայելի բարդ էակ, որը կազմված է գրեթե 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000 ատոմից, դու, հավանաբար, կցանկանաս իմանալ քիմիայի հիմունքները, երբ սկսես ուսումնասիրել կենսաբանության աշխարհն ու աշխարհն առհասարակ։

Նյութ եզրույթին վերագրվում է այն ամենը, ինչը զբաղեցնում է տարածք և ունի զանգված, այլ կերպ ասած՝ տիեզերքում եղած ցանկացած բան։ Նյութը կազմված է տարրերից, որոնց բնորոշ են որոշակի քիմիական ու ֆիզիկական հատկություններ, և որոնք քիմիական սովորական ռեակցիաների միջոցով չեն կարող կիսվել այլ նյութերի։ Օրինակ՝ ոսկին, ինչպես նաև ածխածինը, տարր է։ Գոյություն ունի 118 տարր, որոնցից միայն 92-ն է հանդիպում բնության մեջ։ Մնացած տարրերը սինթեզվել են լաբորատորիաներում և անկայուն են։

Յուրաքանչյուր տարր ունի իրեն բնորոշ քիմիական նշանը, այն նշանակվում է մեկ մեծատառով կամ, երբ այդ տառն արդեն «զբաղեցված է» մեկ այլ տարրի կողմից, երկու տառերի համադրումով։ Որոշ տարրերի նշանները համապատասխանում են իրենց անգլերեն անվանումների սկզբնատառերին, օրինակ՝ ածխածնինը՝ C (անգլերեն carbon բառից), կամ կալցիումինը՝ Ca (անգլերեն calcium բառից): Կան տարրեր, որոնց քիմիական նշաններն առաջացել են իրենց լատիներեն անվանումներից, օրինակ՝ նատրիումի համար օգտագործվող Na նշանը պարունակում է լատիներեն natrium բառի առաջին երկու տառերը, մինչդեռ դրա անգլերեն անվանումը sodium է։

Բոլոր կենդանի օրգանիզմներում ամենահաճախ հանդիպող տարրերն են թթվածինը (O), ածխածինը (C), ջրածինը (H) և ազոտը (N), որոնք միասին կազմում են մարդու մարմնի մոտ 96 %-ը։ Անկենդան բության մեջ տարրերը հանդիպում են տարբեր չափաբաժիններով, և որոշ տարրեր, որոնք շատ են կենդանի օրգանիզմներում, հարաբերականորեն հազվադեպ են հանդիպում ամբողջ երկրագնդում։ Բոլոր տարրերը և դրանց միջև ընթացող քիմիական փոխազդեցությունները ենթարկվում են քիմիական և ֆիզիկական նույն օրենքներին՝ անկախ նրանից՝ կենդանի, թե անկենդան բնության մաս են կազմում։

Ատոմը նյութի փոքրագույն միավորն է, որն ունի տարրին բնորոշ բոլոր քիմիական հատկությունները։ Օրինակ՝ ոսկե մետաղադրամը պարզապես մետաղադրամի տեսք ընդունած շատ մեծ քանակի ոսկու ատոմների հավաքածու է, որը պարունակում է քիչ քանակությամբ այլ տարրեր։ Ոսկու ատոմները չեն կարող կիսվել ավելի փոքր մասերի և պահել ոսկու հատկությունները։ Ոսկու ատոմը իր հատկությունները ստանում է չափազանց փոքր ենթաատոմային մասնիկներից, որոնցից կազմված է։

Ատոմը կազմված է երկու մասից։ Առաջինը չափազանց փոքր ատոմային միջուկն է, որը տեղակայված է ատոմի կենտրոնում և պարունակում է դրական լիցքավորված մասնիկներ՝ պրոտոններ, և չեզոք՝ չլիցքավորված մասնիկներ՝ նեյտրոններ։ Ատոմի երկրորդ՝ ավելի մեծ մասը էլեկտրոնային «ամպն» է՝ բացասական լիցքավորված մասնիկները, որոնք պտտվում են միջուկի շուրջը։ Ատոմը գոյություն ունի դրական լիցքով պրոտոնների և բացասական լիցքով էլեկտրոնների միջև գործող ձգողության ուժի շնորհիվ։ Շատ ատոմներ պարունակում են այս երեք տեսակի ենթաատոմային մասնիկները՝ պրոտոններ, էլեկտրոններ, նեյտրոններ։ Բացառություն է ջրածինը (H), քանի որ այն սովորաբար ունի միայն մեկ պրոտոն և էլեկտրոն, բայց չունի նեյտրոն։ Միջուկում պրոտոնների քանակը որոշում է, թե տվյալ ատոմն ինչ տարր է, մինչդեռ միջուկը շրջապատող էլեկտրոնների քանակը որոշում է, թե ատոմն ինչ տեսակի ռեակցիաների կմասնակցի։ Երեք տեսակի ենթաատոմային մասնիկները ստորև ներկայացված են հելիումի ատոմի համար, որն ունի երկու պրոտոն։

Պրոտոններն ու նեյտրոնները չունեն միևնույն լիցքը, բայց ունեն համարյա նույն զանգվածը՝ մոտ $1,67\times {10}^{-24}$‍ գրամ։ Քանի որ գրամով արտահայտելը հարմար չէ փոքր զանգվածները կշռելիս, գիտնականները սահմանել են չափման այլընտրանքային միավոր՝ դալտոնը կամ զանգվածի ատոմային միավորը (ԶԱՄ)։ Մեկ նեյտրոնի կամ պրոտոնի զանգվածը շատ մոտ է 1 ԶԱՄ-ին։ Էլեկտրոնների զանգվածը շատ ավելի փոքր է, քան պրոտոններինը․ նրանք կշռում են 1/1800 ԶԱՄ, ինչը նշանակում է, որ էլեկտրոնները շատ չեն ազդում տարրի ընդհանուր զանգվածի ատոմային միավորի վրա։ Մյուս կողմից՝ էլեկտրոնները մեծ ազդեցություն ունեն ատոմի լիցքի վրա, քանի որ յուրաքանչյուր էլեկտրոն ունի պրոտոնի դրական լիցքին հավասար բացասական լիցք։ Չլիցքավորված՝ չեզոք ատոմներում միջուկի շուրջը պտտվող էլեկտրոնների քանակը հավասար է միջուկում առկա պրոտոնների քանակին։ Դրական և բացասական լիցքերն իրար չեզոքացնում են՝ ատոմը դարձնելով չլիցքավորված։

Պրոտոնները, նեյտրոնները և էլեկտրոնները շատ փոքր են, և ատոմի ծավալի զգալի մասը՝ ավելի քան 99 %-ը, պարզապես դատարկ տարածություն է։ Այդ դատարկ տարածությունը հաշվի առնելով՝ հարց է առաջանում․ ինչո՞ւ այսպես կոչված պինդ առարկաները չեն անցնում մեկը մյուսի միջով։ Պատասխանը հետևյալն է․ ատոմի բացասական լիցքավորված էլեկտրոնային ամպերը մեկը մյուսին կվանեն, եթե դրանք շատ մոտենան իրար, ինչն էլ ձևավորում է պինդ առարկաների մասին մեր ընկալումները։