Логика
существует во всем. Даже в самом непонятном явлении есть своя логика.
Поначалу она не всегда заметна. Тогда появляется несоответствие. Для
любой теории, любой гипотезы несоответствие — дело неприятное. Оно либо
выявит ошибочность теории, либо заставит крепко задуматься. И часто
бывает, что раздумья помогают проникнуть глубже в суть непонятного.
Вот один из примеров подобного
несоответствия. Только в первых двух периодах менделеевской таблицы
соблюдается равенство: элементов в каждом из этих периодов ровно
столько, сколько максимально содержит электронов соответствующая внешняя
электронная оболочка. Так, у атомов элементов первого периода —
водорода и гелия — заполняется К-оболочка. В ней не может быть больше
двух электронов, и потому в первом периоде всего два элемента. В атомах
элементов второго периода — от лития до неона — полностью формируется
восьмиэлектронная оболочка, и потому второй период содержит восемь
электронов.
Дальше картина усложняется.
Посчитайте, сколько элементов в
следующих периодах. В третьем — 8, в четвертом — 18, в пятом — 18, в
шестом — 32, в седьмом (пока что не завершенном) тоже должно быть 32. А в
соответствующих оболочках? Здесь совсем другие цифры: 18, 32, 50, 72…
Не поспешили ли мы с выводом, что физики
не обнаружили никаких изъянов в здании периодической системы, взявшись
объяснить его устройство? Хорошо, если бы у обитателей каждого этажа
Большого дома происходило заполнение определенной электронной оболочки и
начиналось бы оно у щелочного металла, а кончалось у инертного газа.
Емкость периода равнялась бы емкости электронной оболочки…
Увы, об этом мы вынуждены говорить в
сослагательном наклонении: если бы да кабы… На деле баланс не сходится.
Третий период менделеевской таблицы вмещает меньше обитателей, чем
электронов в третьей оболочке, М-оболочке. И так далее.
Грустное несоответствие… Но в нем, в этом несоответствии, и заключается разгадка глубинной сущности периодической системы.
Смотрите: третий период завершился у
аргона, но третья М-оболочка в его атоме еще не достроена. Ведь она
должна содержать 18 электронов, а пока что тут всего 8. За аргоном
следует калий. Это уже элемент четвертого периода, первый обитатель
четвертого этажа, но, вместо того чтобы поместить очередной электрон в
третью оболочку, атом калия предпочитает перекинуть его в четвертую,
N-оболочку. Здесь нет никаких случайностей, а опять лишь строгая
закономерность, установленная физиками. Просто не могут существовать
атомы, у которых на внешней оболочке более 8 электронов. Сочетание 8
внешних электронов — устройство весьма прочное.
У кальция, ближайшего соседа калия,
очередному электрону также «выгоднее» разместиться на внешней оболочке.
При этом атом кальция будет обладать наименьшим запасом энергии, чем при
любой другой комбинации распределения электронов. Но уже у скандия,
следующего за кальцием, стремление продолжить застройку наружной
оболочки атома исчезает. Его электрон «ныряет» в предыдущую, не
достроенную ранее М-оболочку. А поскольку в ней осталось десять
вакантных мест (ведь мы уже знаем, что максимальная емкость М-оболочки
составляет 18 электронов), то на протяжении ряда из десяти элементов от
скандия до цинка атомы постепенно достраивают М-оболочку. У цинка,
наконец, все электроны М-оболочки в сборе. А далее начинает принимать
электроны снова N-оболочка. Оказывается, на ней 8 электронов, и перед
нами инертный газ криптон. У рубидия повторяется история уже знакомая:
пятая оболочка появляется ранее, чём завершилась четвертая.
Такое ступенчатое заполнение электронных
оболочек — «норма поведения» для обитателей таблицы Менделеева начиная с
четвертого периода. Это основа железного распорядка Большого дома
химических элементов.
Поэтому-то в нем выделяются главные и
побочные подсекции. Те элементы, где заполняются внешние электронные
оболочки, входят в состав главных подгрупп. У которых достраиваются
предыдущие, принадлежат к побочным.
Но четвертая, N-оболочка строится не
сразу. Напротив, ее заполнение растягивается на целых три этажа Большого
дома. Первый относящийся к ней электрон появляется у калия, который
обитает в квартире номер 19. А 32-й электрон вмещается в нее только у
лютеция, представителя шестого периода таблицы. Его порядковый номер 71.
Как видите, несоответствие обернулось
для нас положительной стороной. Пытаясь его объяснить, мы вместе с
физиками глубже разобрались в строении периодической системы. |