Нгуэн-Ким Май Тхи - Комично, как все химично! [Почему не стоит бояться фтора в зубной пасте, тефлона на сковороде, и думать о том, что телефон на зарядке взорвется]

Сейчас я покажу модель, которая поможет довольно хорошо объяснить химические реакции; это так называемая оболочечная модель.

Согласно оболочечной модели, электронам не положено кружить вокруг ядра как попало – они могут делать это лишь на строго определенном расстоянии. Оболочки можно представить себе как луковую шелуху вокруг ядра, этакая луковица. (Я бы даже назвала ее луковой моделью, но меня никто не спрашивал.)

Как на определенных удалениях от Солнца вращаются Земля и другие планеты, так и электроны могут кружить вокруг ядра. Почему недопустимы иные расстояния? Это имеет некоторое отношение к квантовой механике, поскольку для таких маленьких частиц, как электроны, действуют правила физики не только классической, но и квантовой.

Квантовая физика вообще трудно представима, поскольку все, что мы видим и с чем сталкиваемся в жизни, следует правилам классической физики. Поэтому окунаться в квантовую механику – все равно что представлять себе цвет, который никогда не видел. Но мы взамен представим себе следующее.

Оболочки – это ряды кресел, закрепленные как в кинотеатре. Сидеть можно только на стульях, но не между рядами. (Что в кино, впрочем, бессмысленно: ничего не увидишь.)

Каков же порядок рассадки по этим рядам? Электронные оболочки в элементах заполняются изнутри наружу. Когда оболочка заполнена, снаружи добавляется следующая. Особенно большое значение имеют электроны на внешнем уровне. Нахождение на наибольшем удалении от ядра обусловливает их особые свойства: чем дальше оболочки от ядра, тем меньше сила притяжения между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами. Таким образом, электроны на внешнем уровне более свободны, чем электроны нижних оболочек. Внутренние электроны пассивны и предпочитают оставаться ближе к положительному ядру, а внешние (или электроны на внешнем уровне) – ребята общительные, они с готовностью участвуют в химических реакциях.

Помимо удаленности электронов на внешнем уровнеот ядра есть еще кое-что, обусловливающее их неспокойное поведение: в то время как внутренние электронные оболочки атомов полностью заняты, внешние у многих элементов частично не заполнены. Ведь, как уже говорилось, количество электронов ограничено – оно соответствует числу протонов. Лично я не против, если в кинотеатре в моем распоряжении окажется целый ряд свободных кресел. Но я же не электрон. А они, главным образом на внешнем уровне, экстраверты – ненавидят незаполненные ряды и хотят, чтобы их оболочки непременно были заняты!

Это желание проявляется интересным образом: элементы, у которых во внешней оболочке одновременно свободны несколько мест, не особенно агрессивны. Но если не занято одно-единственное место или если во внешней оболочке в одиночку сидит электрон, дело принимает неприятный оборот. Самые агрессивные элементы те, которые до заполнения внешней оболочки не дотянули самую малость. Припомните: по окончании мировых футбольных чемпионатов слезы на глазах обычно у игроков команды, занявшей второе место, – они были так близки к цели…

Итак, химический темперамент атома связан с числом его электронов на внешнем уровне. У нашего фтора таких семь, а в его крайней оболочке восемь мест. То есть не занято всего одно место, и это буквально бесит фтор. Он неустанно ищет себе восьмой электрон у других атомов и молекул и не успокоится, пока не заполнит последнее свободное место в своей внешней оболочке.

Впрочем, в этой проблеме фтор не одинок. Почти все элементы основных групп периодической системы хотели бы иметь по восемь электронов на внешнем уровне. Это страстное желание называют правилом октета. Название вводит в заблуждение в том смысле, что это не твердое правило в рамках физических законов – речь всего лишь о модели. Впрочем, об очень практичной, тесно связанной с оболочечной моделью. Правило октета не только объясняет, какие элементы особенно реактивны, но и подсказывает, какие реактанты подходят друг другу. У каждого элемента есть потребности, и выполнение правила октета может быть одной из них. Химические реакции и соединения происходят для удовлетворения этих потребностей. (По сути, в общем-то, как и у людей.)

Фтор – как младенец, который голоден и потому бузит. Его покормишь, и он успокоится. (Тут родители могут иметь другую точку зрения…) Как только фтор вступает в соединение, дарующее ему столь страстно желаемый восьмой электрон, такого больше не происходит.