скачать книгу бесплатно
В ионизированном состоянии реализуется обобщённо равновесное состояние, в котором уравновешиваются силы отталкивания и притяжения заряженных частиц при довольно высоком уровне механических воздействий окружающей среды.
Благородные газы
В каждом периоде наиболее устойчивыми атомами являются атомы с полностью укомплектованными внешними оболочками – атомы инертных газов.
Это объясняется, во-первых, полной укомплектованностью внешней оболочки – новому кандидату, электрону, нет места в системе – все разрешённые состояния электронов на всех уровнях, вплоть до внешней оболочки, заняты.
Во-вторых, следующая оболочка, где вроде ни одно состояние не занято, достаточно удалена от ядра и электронов внешней оболочки; сил притяжения, удерживающих какую-либо движущуюся частицу, на ней нет. Все внутренние силы полностью уравновешены.
И, в-третьих, электроны внешней оболочки связаны с атомом силой, максимально возможной на этом энергетическом уровне. Положительный заряд совокупности частиц (без электронов внешней оболочки), действующий на внешнюю оболочку, максимален.
Для сравнения: в атомах щелочных металлов (начинающих периоды – лития, натрия, калия) положительный потенциал создаётся только одним зарядом (остальные уже скомпенсированы).
Ионизированный потенциал атомов инертных газов превосходит ионизационный потенциал щелочных металлов не в несколько раз, а меньше из-за того, что электроны внешней оболочки отталкиваются друг от друга.
Согласованность возможных и реализуемых состояний с полностью уравновешенными внутренними силами обуславливает относительно повышенную устойчивость атомов инертных газов, приводит к повышенной интенсивности по отношению к воздействиям внешней среды и к обособленности. Только достаточно тяжёлые инертные атомы образуют некоторые соединения.
Лабильность
Изменение количества электронов, находящихся на внешней оболочке атомов периода с возрастанием атомного номера, обуславливает и изменение свойств атомов. С увеличением атомного номера щелочные свойства ослабевают и возрастают кислотные свойства. Замыкают период атомы инертных газов. В середине периодов находятся атомы, способные в некоторых условиях проявлять слабые кислотные, а в некоторых условиях слабые щелочные свойства. Способность проявлять разные свойства достаточно устойчивыми атомами называются их лабильностью.
Лабильность объектов связана с достаточной малостью барьеров, отделяющих одно относительно устойчивое состояние от другого, а в предельном случае – достаточно большим пространством, в котором эффективность относительной устойчивости не зависит от каких-либо факторов. Ярким примером такого безразличного отношения к одному из факторов является отношение относительно устойчивых состояний вышерассмотренного шарика, находящегося на горизонтальной поверхности. Расстояние от центра шарика до центра притяжения Земли постоянно и не зависит от угла ? и предопределяет безразлично равновесное, относительно устойчивое положение шарика на поверхности (фигура 7а). Изменение угла ? под действием малых возмущений не изменяет эффективности относительно устойчивого положения шарика. В случае с достаточно большими энергетическими барьерами между относительно устойчивыми состояниями при малом изменении угла ? положение шарика в потенциальной яме изменяется. Из-за высокого барьера шарик остаётся в той же яме, но его положение устойчиво только при одном значении ?. В этом случае лабильность по ? теряется.
Фиг. 7
С повышением уровня объектов количество факторов, различным образом влияющих и не влияющих на эффективность относительно устойчивого состояния объектов, увеличивается, поэтому свойства объектов с повышением уровня объектов становятся всё многообразнее. Девять стабильных элементарных частиц в различных условиях образуют более ста видов атомов, различающихся своими свойствами (не считая их изотопные варианты).
Молекулы
Атомы, элементарные частицы и их совокупность (например, положительные или отрицательные ионы), взаимодействуя друг с другом (сталкиваясь, притягиваясь, отталкиваясь и т. п.) – всё время стремясь к своему устойчивому положению в определённых условиях (при достаточной плотности и т. п.), образуют сложные и устойчивые совокупности. Суммарная энергия составляющих молекул не в связанном состоянии превышает суммарную энергию молекулы, поэтому их положение в молекуле (в связанном состоянии) энергетически более выгодно и поэтому связанное состояние более устойчиво.
Чтобы диссоциировать молекулу, необходимо в неё тем или иным способом подвести достаточную энергию. При соединении атомов в молекулу происходит выделение энергии.
В определённых условиях достаточно большая совокупность элементарных частиц, ионов и атомов, находящихся в ограниченном пространстве в течение достаточно большого времени, по необходимости придёт к системе, состоящей из устойчивых в этой системе совокупностей молекул и атомов, приспособленных к этим условиям.
При исследовании атомов был рассмотрен вопрос о повышенной устойчивости атомов с полностью заполненной внешней оболочкой. Образование молекул можно трактовать как заполнения внешней оболочки какого-либо из участвующих в соединении атома (а может быть и нескольких). Такое «заполнение» может происходить различными способами, которые в химии разделяются на ионные связи, ковалентные, металлические.
