Нейтральное состояние и ионизация

Л. — Решение, которое мы должны принять, вполне законно. Что нас интересует в конечном счете? — Электрическое состояние атомов. Однако обычно атом содержит электронов Столько же, сколько и протонов, в результате чего отрицательные заряды первых уравновешиваются положительными зарядами вторых. Такой атом электрически нейтрален. Но может случиться, что внешние силы сорвут у атома один или несколько электронов. В этом случае равновесие нарушается: общая сумма отрицательных зарядов электронов оказывается меньше положительного заряда ядра. Такой атом называют положительным ионом.

Н. — А если, наоборот, по той или иной причине атом получит избыточные электроны, то он станет отрицательным Я подозреваю, что в этом случае его можно назвать отрицательным ионом.

Л. — Превосходно! Однако такие потери или приобретения электронов (нменуемые ионизацией) могут иметь место главным образом на внешней оболочке, т. е. там, где меньше проявляется сила притяжения ядра.

Н. - Да, я понимаю, что в этих условиях нас могут интересовать только электроны, находящиеся на этой внешней оболочке.

Супружеские вопросы

Л. — Для этого есть еще одна причина. Именно эта оболочка определяет химические свойства элементов. Атом действительно удовлетворен своим существованием только тогда, когда имеет на своей внешней орбите 8 электронов. В этих условиях атом стабилен и не помышляет ни о приобретении, ни о потере электронов. Так, например, неон, имеющий на своей внешней оболочке L 8 электронов, весьма этим счастлив и не стремится вступить в связь с каким бы то ни было другим химическим элементом. А фтор, имеющий на этой же внешней оболочке только 7 электронов, только и ищет, как бы вступить в комбинацию с другим элементом, способным уступить ему 1 электрон для пополнения состава внешней оболочки до 8.

Н. — А как осуществляются такие супружеские сочетания?

Рис. 5. При соединении атома хлора с атомом натрия образуется молекула хлористого натрия.

Рис. 6. Два атома водорода (Н) своими электронами дополняют количество электронов на оболочке L атома кислорода (О) до восьми. В результате объединения этих трех атомов образуется молекула окиси водорода, именуемая обычно ... водой .

Л. — Возьми для примера хлор, у которого на внешней оболочке М 7 электронов, и натрий, имеющий 2 электрона на оболочке К, 8 электронов на оболочке L и только 1 электрон на оболочке М. Вот тебе пример идеальной пары. Входя в комбинацию с хлором, натрий передает ему свой единственный электрон с внешней оболочки и доводит до 8 количество электронов на его внешней оболочке. Одновременно с этим у натрия внешней станет оболочка L со своими 8 электронами, принеся ему тем самым высокую стабильность (рис. 5).

Н. - Да, но, получив избыточный электрон, хлор окажется ионизированным отрицательно, а потерявший свой электрон натрий станет положительным ионом?

Л. — Разумеется. Взаимное притяжение этих двух ионов сделает стабильной конструкцию молекулы, появившейся в результате этого бракосочетания.

Н. — А как называется новое вещество

Л. — Хлористый натрий, если ты будешь покупать его в магазине химических реактивов но в бакалее это же вещество продается под названием поваренной соли.

Н. — Я в этом не был уверен... А теперь я предполагаю, что таким образом можно объяснить и другие бракосочетания атомов. Как, например, происходит это при образовании молекулы воды?

Л. — Объединение происходит очень любезно. Атом кислорода имеет на внешней оболочке L 6 электронов, следовательно, на ней имеется еще два свободных места, и кислород занимает их у двух атомов водорода, так как, позволь тебе напомнить, атомы водорода имеют всего лишь по одному электрону (рис. 6).

Н. — Теперь я понимаю, почему молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода.

Л. — Внешнюю оболочку часто называют валентной, имея в виду, что количество электронов на ней показывает, в какие комбинации атом может войти.

Валентным числом называют количество недостающих до стабильного состояния электронов или же, наоборот, количество электронов, которые атом способен отдать другому атому, чтобы стать стабильным.

Рис. 7. Распределение электронов (общее количество которых носит название «атом-ного номера») по различным оболочкам у основных элементов, используемых для изготовления транзисторов. Жирным шрифтом обозначены цифры, определяющие валентность.

Н. — Прости меня, но это мне не совсем понятно.

Л. — Если на внешней оболочке имеется 6 или 7 электронов, то до полного комплекта из 8 электронов ей недостает соответственно 2 или 1 электрона. О таких атомах говорят, что они двувалентны и одновалентны. Но если внешняя оболочка содержит 1, 2 или 3 электрона, то атом будет более склонен отдать эти электроны. В этом случае мы имеем одновалентные, двувалентные и трехвалентиые элементы.

Н. — А если внешняя оболочка имеет 4 электрона?

Л. — В этом случае атом был бы более счастлив объединиться с другим атомом, имеющим также 4 электрона на внешней оболочке. Следовательно, такой атом четырехвалентен. Именно такие атомы у германия и кремния, используемых в производстве транзисторов, и у углерода. Наконец, если внешняя оболочка содержит 5 электронов, то атом называется пятивалентным. И возвращаясь к вопросу о транзисторах, я представлю тебе несколько химических элементов, используемых при их производстве, С одной стороны, это алюминий, индий и галлий, внешняя оболочка которых содержит только 3 электрона, т. е. трехвалентиые элементы, а с другой стороны мышьяк и сурьма с 5 электронами на внешней оболочке, т. е. пятивалентные элементы (рис. 7).