Техника - молодёжи 1951-05, страница 27

Инженер Д. БУЯНОВ

(Про до а женш*)

Рис. Н. СМОЛЬЯНИНОВЛ

Велик и многообразен мир живой и неживой природы.

Но как это ни покажется странным, все преобразования и все чудеса химии, где одно сочетание атомов дает ароматическое вещество, другое — взрывает гору, третье — радует взор цветами радуги, четвертое — побеждает лихорадку,—словом, все химические превращения вещества зиждутся на крошечном электроне, стремительно вращающемся вокруг своего атомного «солнца».

Химики давно уже заметили, что разные атомы по-различному реагируют на присоединение к себе других атомов. Так, например, атом водорода, как писали раньше, имеет «влечение» к металлоидам и «не любит» вступать в химическую связь с атомами металлов. Атомы же металлов абсолютно «безразличны» друг к другу.

Д\я того чтобы объяснить, почему одни атомы могут присоединять, предположим, один, два, три или даже более атомов, придумывались какие-то «руки», то-есть атомы наделялись одной, двумя или многими «руками».

Лишь после того как стало известно, что атом состоит из центральной части —ядра — и движущихся вокруг ядра электронов, наука объяснила загадочные дотоле силы химического сродства.

Виновником «любви» и «неприязни» между атомами оказался тот же вращающийся вокруг атомного ядра крошечный электрон.

Рассмотрим механизм химического соединения атомов в молекулы.

Все атомы, состоя из ядра, заряженного положительно, и электронов, несущих отрицательный заряд, в целом нейтральны.

Если к одному атому приблизить второй такой же атом, то можно было бы ожидать, что между ними не будет взаимодействия, так как оба они нейтральны.

На самом деле, сблизив атомы на расстояние, несколько меньшее, чем диаметр атома, мы заставляем их энергетические системы взаимодействовать.

Как только электрон одного атома будет пересекать сферу действия электрона другого атома, он может оказаться под влиянием притяжения ядра этого другого атома, и вместо того чтобы вращаться вокруг своего ядра, он опишет кривую вокруг соседнего.

Наиболее возможной формой орбиты будет восьмерка.

В данном случае мы имеем не просто два атома, а их химическое соединение — молекулу.

Таким образом, при образовании молекулы из двух атомов водорода оба протона объединяют свои электроны.

Точно так же, объединяя свои электроны, соединяются в молекулу два атома хлора, только здесь уже два электрона попеременно участвуют в движении то вокруг одного ядра атома, то вокруг другого. Таким образом, химическое соединение есть результат обмена электронов в атомах. И в зависимости от характера этого обмена различают два типа химической связи: первый — так называемый ионный, когда один атом «заимствует» электроны у другого, и второй — атомный, когда оба атома «обобщают» часть своих э\сктронов.

Познакомимся с ионным типом связи.

* Нача\о см. в № 4.

Возьмем, например, атом металла натрия и атом газа хлора.

В наружном электронном слое у натрия один, а у хлора семь электронов.

Электрон натрия легко переходит к хлору, доукомплектовывая его слой до восьми электронов, и оба атома приобретают электрический заряд. Натрий —Положительный, так как потеря одного электрона означает, что нескомпенсирован один положительный заряд в ядре, а хлор — отрицательный, потому что у него появился лишний электрон.

Атомы, превратясь в разнозаряженные ионы, начинают притягиваться друг к другу. И мы являемся свидетелями одного из чудес химии, когда металл и ядовитый газ превращаются в кристаллы всем хорошо знакомой столовой соли.

Атомы могут и «обобщать» электроны. Это будет уже второй атомный тип связи.

Например, при горении угля, когда на глазах у нас видимое вещество угля превращается сначала в языки пламени, а затем вовсе исчезает, происходит химическое соединение атома углерода и двух атомов кислорода в молекулу углекислого газа, в результате которого все шестнадцать наружных электронов трех атомов образуют две устойчивые орбиты по восемь электронов за счет их «обобщения».

То же наблюдается и при образовании молекулы воды, когда все восемь наружных электронов трех атомов, «обобщаясь», образуют одну устойчивую орбиту.

Почему же одни атомы «заимствуют», а другие «обобщают» электроны?

Напомним, что количество электронов в атоме соответствует количеству положительных зарядов, заключенных в атомном ядре, а таблица Менделеева порядковыми числами указывает на число положительных зарядов, заключенных в ядрах различных элементов. Электроны находятся в атомах на разных энергетических уровнях. Количество электронов в каждом уровне не может превышать определенного числа. Так, на первом уровне не может быть больше двух электронов. Вот почему атом гелия, имеющий два электрона, не способен ни отдавать, ни принимать электронов, — он химически нейтрален. Поэтому-то гелий и причисляют к «благородным» газам.

Атом неона «облачен» в две электронные «одежды», и обе они заполнены электронами до предела. Это тоже химически нейтральный, или «благородный», газ.

Чем больше заряд ядра атома, тем больше вокруг него вращается электронов. Они последовательно заполняют один за другим энергетические уровни. Только внешний, наружный уровень у многих атомов бывает не заполнен. Такие атомы легко отдают свои одиночные электроны, оставаясь с внутренним, полностью заполненным электронами слоем.

И, наоборот, атомы, у которых нехватает во внешнем слое нескольких электронов, стремятся присоединить таковые, чтобы полностью заполнить его электронами.

Таким образом, химическое соединение можно рассматривать как стремление атомов окружить себя необходимым количеством электронов, обеспечивающих им химическую нейтральность.

Различное участие электронов в химической связи по-разному отражается и на ряде свойств получающихся соединений.

В том случае, когда электроны создают ионную связь, молекулы полученного соединения обладают способностью хорошо проводить электрический ток.

Когда же в химическом соединении произошло «обобщение» электронов, то новое химическое соединение не электропроводно.

Веществам, не имеющим в своей основе ионного, то-есть солеобразного, соединения, присущи более высокие температуры кипения и температуры плавления.

25