Строение атома и химия

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 (in statu nascendi, как говорили еще древние алхимики) обладает удивительной спо­собностью к самым разнообразным химическим превращениям.

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. 9).

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 слабо свя­занные 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