Строение атома и химия
В атоме первого элемента таблицы Менделеева - водорода только один s-электрон.
Немногие вещества обладают такой химической активностью, как атомарный
водород. Именно благодаря примеси свободных атомов водород в момент выделения
из связывающих его соединений обладает удивительной способностью к самым
разнообразным химическим превращениям.
Рис. 9. Вот так выглядел бы атом натрия, если представить себе, что
его ядро увеличилось бы до размера в один сантиметр, а электроны стали
бы ярко светящимися шариками.
Сосед водорода по таблице - гелий. В его атоме на одной орбите два s-электрона.
Обратите внимание на то, что оба эти электрона, образующие гелиевую орбиту,
- спаренные. Они вращаются в разные стороны, каждый вокруг своей
оси. Два таких электрона и придают несокрушимую прочность атому гелия.
Два атома водорода соединяются в одну молекулу, и при этом в очень прочную
молекулу. За счет пары электронов эти атомы образуют гелиеподобную, общую
для обоих атомов орбиту (рис. 10).
Рис. 10. Вверху - схема образования молекулы водорода из двух водородных
атомов. Внизу - схема образования молекулы газа метана из атома углерода
и четырех атомов водорода.
Гелий, как и другие благородные газы, в атомах которых все электроны
спаренные, почти не способен образовывать молекулы. В свободном газообразном
состоянии он существует в виде отдельных атомов. Запомните эту очень важную
и удивительную способность двух s-электронов образовывать общую очень прочную
орбиту. Это может происходить, даже если оба электрона принадлежат двум
разным атомам. Такое свойство электронов имеет особенно большое значение
для химии. Именно благодаря этому и могут возникать очень прочные связи
между атомами, могут образовываться и существовать молекулы. Химики такую
химическую связь называют гомеополярной.
Насколько важны для химии внешние электроны атома, можно судить хотя
бы по тому, что именно их число и определяет валентность элемента. У лития,
натрия, калия - одновалентных элементов -на внешней орбите атомов по одному
s-электрону. Бериллий, магний, кальций потому и двухвалентны, что на их
внешних орбитах по два s-электрона.
Элементы неон, аргон, криптон, ксенон обладают одинаково построенными
наружными электронными оболочками из восьми электронов s2p6.
Эти оболочки очень прочны. Атомы благородных газов, стоящих в нулевой
группе периодической таблицы, держат свои электроны очень крепко. Если
атомы металлов калия, кальция, алюминия и других элементов, стоящих в первых
группах таблицы, потеряют свои слабосвязанные наружные электроны, то их
электронные оболочки станут такими же, как оболочки атомов ближайших благородных
газов, стоящих перед ними в таблице.
У элементов, например, седьмой группы во внешней электронной оболочке
по семь электронов. Если такой атом захватит еще один электрон, то его
наружная электронная оболочка станет такой же, как у ближайшего, следующего
за ним в таблице элемента нулевой группы.
При химических реакциях происходит перераспределение наружных электронов:
электронные оболочки стремятся стать такими же, как у ближайших благородных
газов. Тот из атомов, который отдает электрон, становится заряженным положительно,
атом же, захвативший электрон, будет заряжен отрицательно. Разноименно
заряженные атомы начнут благодаря силам электростатического взаимодействия
притягиваться друг к другу. Так возникает еще один тип химической связи.
Химики ее называют гетерополярной.
Таким образом, силы, связывающие атомы в молекулы, возникают в результате
взаимодействия положительных ядер и отрицательных электронных оболочек
атомов. Это взаимодействие всегда стремится так перестроить внешнюю электронную
оболочку, чтобы она стала наиболее прочной, наиболее устойчивой, такой
же, как у ближайшего элемента нулевой группы.
Рассмотрите внимательно простую химическую реакцию, записанную в не
совсем обычной для школьного учебника форме:
и сравните результат с формулой электронной оболочки благородного газа
неона [1s22s22p6].
|