Кстати, таблица химических элементов называется периодической именно потому, что элементы, имеющие одинаковое количество электронов на внешней орбите, должны вести себя сходным образом. Углерод (C), вещество, из которого состоит почти все, что внутри и вовне нас, имеет четыре электрона для связи, и поэтому составляет максимум четыре союза со своими соседями. Следующий в ряду – кремний (Si), элемент, из которого, говоря языком «Звездного Пути», состоят все «неуглеродные объекты». У него на восемь электронов больше, чем у углерода. Поскольку его следующая орбита заполнена так же (четыре электрона), кремний несколько крупнее углерода, но тоже образует четыре связи, например с водородом, и при этом образуется, например, силан – газ с неприятным запахом. У кислорода и азота на внешней орбите по два или три электрона и они, соответственно, могут устанавливать по две или три связи с соседями, также как их кузены по периодической таблице сера и фосфор. Каждый, кто разделяет любовь к периодической таблице, относится к ней по-своему. Для меня она как групповая фотография одноклассников. Толстые парни – внизу, тощие – наверху, расставлены слева направо по темпераменту, т. е. меланхолики (восемь электронов) на правом краю, сидят рядышком с фосфатами, у которых по семь электронов. Бездумно щедрым типам с одним электроном уютно на краешке слева, а гармоничные и уравновешенные личности, те, кто пойдут (и пошли) далеко по жизни, располагаются где-то посередине.
Хлорид натрия не распадается потому, что его удерживает то, что держит вместе всё остальное – электрические силы. Трудно спокойно воспринимать факт, что весь наш мир склеен теми же силами, которые заставляют клочки бумаги прилипать к натертому пластмассовому стержню, но это так. В случае с хлоридом натрия натрий потерял один электрон и стал положительно заряженным, а хлор приобрел один и стал заряженным отрицательно.
Поэтому они держатся вместе. Но даже нейтральные атомы удерживаются электрическими силами, и причина этого иллюстрируется рисунком вверху, где облако – отрицательное, а ядро – положительное. Если сдвинуть два нейтральных атома (вверху) так, чтобы орбиты их электронов перекрывали друг друга (в середине), то в области перекрытия возникнет аккумуляция электронов. Возьмем два ядра и эту пересекающуюся область (внизу) и получим чудесный маленький сэндвич из положительного-отрицательного-положительного зарядов, которые стремятся быть вместе.
Однако не все так просто, иначе химики не получали бы такие большие зарплаты и не занимали престижные профессорские должности. Каждый электрон на внешней орбите самостоятельно создает свое маленькое облако перекрытия. Это означает, к примеру, что углерод, имеющий на внешней орбите четыре электрона, может создать четыре таких облака, в то время как водород, с одним-единственным электроном, может создать одно.
Соединим один атом углерода и четыре атома водорода и получим молекулу метана, или CH4, изображенную ниже. Он также известен как болотный газ, и это тот самый газ, который сочится из земли в угольных шахтах и убивает людей. Более точное изображение помещено ниже.
Белые атомы водорода на самом деле организуются не в плоскости крестообразной формы, а на максимальном удалении друг от друга, в четырех углах тетраэдра. В целом это несколько напоминает молочные картонки фирмы Tetrapak 1960-х гг. Большинство атомов углерода в итоге создают по четыре связи, и не только с водородом, но и, например, с другими атомами углерода.