Современная химия трактует химический элемент как вид атомов, обладающих определенным зарядом ядра, численно равным порядковому номеру элемента. Химические свойства элементов обусловливаются строением атомов, главным образом внешних электронных слоев, окружающих ядра. Химическая связь атомов (ионная, атомная, промежуточные виды связи) рассматривается как следствие изменения положения электронов в атомах и как следствие взаимной связи электронов различных атомов.

Выше мы видели, что химическая природа веществ и элементов раскрывается через изучение химических явлений, т. е, специфической формы движения материи, изучаемой химией, Сущность химических явлений химия усматривает в изменении строения и состава молекул, в изменении порядка взаимной связи атомов. Научные химические понятия образуются лишь в том случае, когда химические явления истолковываются с точки зрения атомистики. Да и современная химия начала свое существование с момента проникновения в ее область атомистики.

Отсюда следует, что для приобретения научных понятий о химических элементах и периодической системе необходимо знание строения вещества.

Поскольку атомно-молекулярная теория, периодический закон, ионная теория, теория строения атомов, структурная теория представляют собой лишь отдельные стороны единой теории строения вещества, постольку все эти теории в том или ином объеме должны быть рассмотрены в средней школе. Эти теории объединяют и систематизируют фактический материал, раскрывают единство во многообразии его, и вместе с тем они имеют огромное дидактическое значение, облегчая усвоение фактов и формирование мировоззрения. Без них материал химии превратился бы в груду бессвязных фактов, которые приходилось бы заучивать без достаточного понимания. Взаимопроникновение фактов и теорий является основой подлинно научного изучения химии, способствующего формированию диалектико-материалистического мировоззрения.

Что же должны усвоить учащиеся о строении вещества?

Исходя из задачи ознакомления с периодической системой в современном ее понимании, формирования естественнонаучных основ диалектико-материалистического мировоззрения, а также учитывая опыт преподавания химии в наших школах, подготовку учащихся по физике, время, отводимое на изучение химии, и возрастные особенности учащихся, можно указать следующие положения о строении вещества, которые должны быть усвоены учащимися в процессе изучения химии:

1. Вещества природы состоят из молекул, атомов, ионов, находящихся в беспрестанном движении.

2. Молекулы и ионы состоят из атомов. Всего известно 102 вида атомов. Атомы одного и того же вида составляют химический элемент. Атомы имеют определенный вес — атомный вес.

3. При соединении атомов одного элемента образуются простые вещества, при соединении атомов разных элементов образуются сложные вещества. Атомы соединяются между собой в определенных отношениях, постоянных для каждого образующегося при этом вещества.

4. При химических реакциях происходит разрушение одних молекул и образование из составлявших их атомов молекул других веществ. Поэтому масса веществ, вступивших в реакцию, всегда равна массе веществ, получившихся в результате реакции (закон Ломоносова).

5. Соединяясь, атомы влияют друг на друга. Поэтому свойства веществ обусловливаются их составом и структурой. Химические реакции заключаются или в изменении состава, или в изменении структуры вещества, или в изменении того и другого.

6. Свойства элементов (и значит, атомов), равно как формы и свойства соединений элементов, изменяются периодически в связи с возрастанием величины атомных весов (периодический закон Д. И. Менделеева). Периодический закон является проявлением всеобщего закона природы — перехода количественных изменений в качественные.

7. Классификация химических элементов (т. е. видов атомов), форм и свойств их соединений, произведенная Д. И. Менделеевым на основе периодического закона, представлена в периодической системе. Периодическая система раскрыла закономерную связь и развитие элементов и их соединений. Одновременно периодический закон и периодическая система являются теорией, освещающей поиски новых элементов и изучение их свойств.

8. Атомы любого элемента состоят из ядра и окружающих его электронов. Ядра имеют положительный заряд, численно равный порядковому номеру элемента в периодической системе. Электроны имеют отрицательный заряд. Число электронов у каждого атома равно заряду его ядра. Практически вся масса атома заключена в ядре. Объем ядра чрезвычайно мал по отношению к объему всего атома. Электроны расположены вокруг ядра слоями, число которых соответствует номеру периода, в котором находится элемент. Периодическое изменение строения электронных оболочек в связи с постепенным изменением заряда ядра — физическая причина периодического изменения свойств элементов.

9. Каждый элемент состоит из разновидностей атомов, имеющих одинаковые заряды ядер и строение электронных оболочек, но различающихся атомными весами. Эти разновидности атомов называются изотопами.

10. Ядра атомов состоят из протонов (масса=1 и заряд= +1) и нейтронов (масса=1 и заряд = 0). Число протонов равно заряду ядра, т. е. порядковому номеру элемента в периодической системе; число нейтронов равно разности между атомным весом элемента и числом протонов в ядре его атома.

11. Благодаря изучению строения атомов раскрылась природа сил, обусловливающих соединение атомов в молекулы. При соединении элементов с резко противоположными свойствами, например активных металлов и активных неметаллов, происходит, грубо говоря, «передача» атомами металлов части электронов атомам неметаллов. Атомы металлов заряжаются при этом положительно, атомы неметаллов — отрицательно. Благодаря тому что разноименно заряженные тела притягиваются друг к другу, образующиеся ионы взаимно притягиваются. Это ионный вид связи атомов. Соединение одинаковых атомов или близких по свойствам происходит за счет спаривания внешних электронов. Такая связь называется атомной. Валентность элементов обусловливается тем, сколько электронов «отдает» или «принимает» атом (в случае ионной связи) или сколько электронов каждый атом «передает» на образование общих электронных пар (в случае атомной связи). Атомы металлов обладают свойством отдавать электроны (электроположительная валентность), атомы неметаллов обладают главным образом свойством принимать электроны (электроотрицательная валентность).

12. Так как при химических реакциях изменения происходят лишь во внешних электронных слоях атомов, а атомные ядра при этом не изменяются, то при химических реакциях элементы сохраняются. Физика знает реакции, при которых изменяются ядра. Это ядерные реакции, которые ведут к превращению элементов в другие, новые элементы. При некоторых ядерных реакциях происходит освобождение внутриатомной энергии, неизмеримо большей, чем энергия, выделяющаяся при обычных химических реакциях.