Главная Промышленная автоматика.

Супружеские вопросы

л. -Для этого есть еще одна причина. Именно эта оболочка опре-деляет 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?


№ ----

"-~ о--" Хлор и натрий"-----

~о-- NaCl


Хлористый натрий


Рис. 5. При соединении атома хлора (С1) с атомом натрия (Na) образуется молекула хлористого натрия.

Рис. 6. Лва атома водорода (и) 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 (HjO).

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 внещней 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 ио 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.

С"

ПоряВко~-

еый номер атома

Название элемента.

Количество электронов иа натдой оболочне

Алюминий

Кремний

Галлии

Гер/ианий

Мышьян

Индий

Сурьма

Рис. 7. Распределение электронов (общее количество которых носит название «атомного 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 м.ы имеем одновалентные, двувалентные и трехвалентные 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. трехвалентные элементы, а с другой стороны мышьяк и сурьма с 5 электронами на внешней оболочке, т. е. пятивалентные элементы (рис. 7).

Общественная жизнь атомов

Н. - Неужели мы будем рассматривать таким способом все химические элементы?

л. -Нет, успокойся. Мы ограничились элементами, имеющими важное значение в технологии транзисторов. Но мы допустим ошибку, если изучим только индивидуальную психологию атомов. Нас особенно должна



интересовать их общественная жизнь. За исключением таких неисправимых индивидуалистов, как неон с 8 электронами на внешней орбите, которые боязливо отказываются от всякого объединения, атомы (не забывай этого!) живут в обществе. И их группировки имеют более или менее организованный характер. В твердых телах (за исключением тех, что по своей структуре похожи на жидкости, как, например, стекло) атомы расположены в строго определенном порядке: они образуют кристаллические решетки.

Н. - Каким же образом они объединяются? Л. - Это зависит от характера вещества.

Возьмем в качестве примера германий или кремний. В этих веществах каждый атом своими четырьмя внешними электронами связан с четырьмя другими атомами: по одному электро.чу на каждый соседний атом. В свою очередь, каждый из соседних атомов отдает для связи с данным атомом по одному электрону. Я нарисовал здесь только один атом, связанный с четырьмя своими соседями (рис. 8). Но каждый из них.


Рис. 8. Атом германия, находящийся в центре куба, связан своими валентными электронами с четырьмя другими атомами (куб нарисован лишь для того, чтобы пояснить расположение атомов в пространстве). Кристаллы углерода и кремния имеют аналогичную структуру.

1 1

to/ Ь-

?1 1


в свою очередь, связан с четырьмя соседними атомами (в том числе и с атомом, изображенным в центре нашего рисунка) и т. д. Теперь создается впечатление, что каждый атом имеет по 8 периферийных электронов, что, как ты видел, определяет условие стабильности. Попытайся представить подобное правильное размещение атомов в пространстве.

Н. - Очень забавная картинка: висящие в пустоте шарики, каждый из которых наподобие индусских богов протягивает своим соседям че-туры руки!.. И все твердые тела образуют подобные кристаллы?

Л. - Нет, Незнайкин. Но несколько других элементов имеют такое же распределение атомов, в частности углерод, большие кристаллы которого называются...

Н. - ...алмазами. Это, мой дорогой друг, я знал. Нам повезло, что транзисторы делают из германия, а не из алмазов, иначе транзисторы стоили бы очень дорого.

Л.- Да, если бы можно было делать транзисторы из алмазов... Однако существует много других типов кристаллов, которые нас сегодня не интересуют. Но нам чрезвычайно важно изучить свойства электронов внешней оболочки или, как их еще называют, периферийных электронов.

Н. - Ты мне сказал, что они легче других отрываются от атома, потому что слабее притягиваются его ядром.

Л. - Это правильно, но они отрываются лишь тогда, когда на внешней оболочке их мало - один, два или три. Под этот случай попадают все металлы. Золото, серебро и медь имеют всего лишь по йдному периферийному электрону; железо, цинк, магний -по два, а алюминий имеет даже три электрона. Эти электроны легко отрываются от атома и, став свободными, образуют тот поток электронов, который мы называем электрическим током. В отличие от металлов металлоиды имеют больше электронов на внешней оболочке, и эти электроны не проявляют тенденции к бродяжничеству, к которому так склонны их собратья, находящиеся в атомах металлов. Вот почему металлоиды являются изоляторами.

Н. - А германий со своими четырьмя электронами тоже представляет собой изолятор?

Л. - И да, и нет, мой дорогой друг. В следующий раз я объясню тебе, что означает мой достойный древнегреческого оракула ответ.


I / /






0 1 2 [3] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

0.0053