Unser Körper und die Millionen von Substanzen um uns herum bestehen zum größten Teil aus Molekülen, die wiederum aus Atomen von mehr als hundert Elementen bestehen. Aber wie kommt das Atom überhaupt? Wie bildet es sich an Molekülen?
Vor ungefähr 13,8 Milliarden Jahren entstand ein Urknall, der das heutige Universum hervorbrachte. Die ursprünglichen Elemente, die nach dem Urknall gebildet wurden, waren vor allem Wasserstoff und Helium (3: 1). Etwa 300 Millionen Jahre später kondensierte sich das Material und begann Sterne zu bilden. Die hohen Temperaturen und Drucke im Inneren des Sterns lösen thermonukleare Reaktionen aus, die schwerere Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Magnesium, Silizium und Eisen synthetisieren. Elemente, die schwerer als Eisen sind, entstehen unter den extremen Bedingungen bei Supernova-Explosionen.
Nach hunderten von Millionen bis Milliarden von Jahren der Evolution hat sich das Universum 94 Elemente, von Wasserstoff bis hin zu Hydrogen, gebildet. Wenn die Geschichte hier endet, wenn sich die Elektronen in jedem Atom nur um ihren eigenen Kern drehen und die Atome nicht miteinander in Beziehung stehen, wäre es „schadevoll". Denn auf diese Weise gäbe es in dieser Welt nur Atome und keine Moleküle, geschweige denn keine Dinge und kein Leben. Wie langweilig wäre diese Welt! Glücklicherweise ermöglicht die Übertragung und Teilung von Elektronen zwischen Atomen die Bildung von Molekülen und macht die bunte Welt Realität.
Um zu wissen, warum Elektronen zwischen Atomen übertragen und geteilt werden, müssen wir mit der Bewegung von Elektronen im Atom beginnen. Im Atom drehen sich die Elektronen um den positiv geladenen Atomkern. Das ist ähnlich wie bei einem Satelliten, der durch die Schwerkraft um die Erde kreist. Aber die Höhe der Satellitenbahn ist kontinuierlich variabel, und es gibt kaum eine Wechselwirkung zwischen den Satelliten, die jeweils unabhängig arbeiten. Und in Atomen, die viele Elektronen in einem so kleinen Raum drücken, Elektronen negativ geladen, es wird zwangsläufig eine Interaktion untereinander. Um die „Ordnung" innerhalb des Atoms aufrechtzuerhalten, müssen die Bewegungen der Elektronen strengen Regeln folgen. Das bedeutet, dass ein Elektron sich auf einer bestimmten Orbital bewegen muss, wobei jede Orbital nur zwei Elektronen aufnehmen kann. Und diese Orbitalen sind hierarchisch angeordnet, wobei die Elektronen immer von den inneren Orbitalen mit der niedrigsten Energie ausgerichtet werden. Die Folge dieser Anordnung ist, dass die äußerste Schicht bis zu vier Orbitalen haben kann, d.h. bis zu acht Elektronen.
Wenn alle Orbitalen in der äußeren Schicht mit Elektronen gefüllt sind, ist das Atom wie eine vollständige Decke, die am „bequemsten" ist. Sie „vernachlässigen" andere Atome und existieren stabil nur als einatomärer Zustand. Wenn das alles so wäre, gäbe es keine Moleküle, und es gäbe nicht du und ich. Glücklicherweise gibt es nicht viele solche Elemente, nur sechs Arten, nämlich Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon, wir nennen sie inerte Elemente.
In den meisten Elementen ist das äußerste Orbital nicht ausgefüllt. Es ist wie ein Atom, das eine zerrissene Decke bedeckt, sich "unwohl" fühlt und einen Weg findet, auch eine vollständige Decke zu haben.
Eine Möglichkeit ist die elektronische Übertragung Wenn die äußerste Schicht nur ein oder zwei Elektronen hat (z.B. die äußerste Schicht eines Chloratoms hat sieben Elektronen), ist der einfachste Weg, Elektronen von anderen Atomen zu "schnappen". Dies ist gleichbedeutend mit dem Material aus der Decke eines "anderen", um die Löcher in der eigenen Decke zu füllen. Und wenn die äußerste Schicht nur eine kleine Anzahl von Elektronen hat (z.B. Natrium nur ein), dann ist es nur ein paar Stoffstücke, keine Decke überhaupt. Besser wäre es, diese wenigen Elektronen einfach „werfen" zu lassen, denn es gibt immer noch eine ganze Kleidung (innerere Elektronen). Solch ein „Wollt", ein „Gebt", wird das Elektron von einem Atom zum anderen übertragen. Die Atome, die Elektronen geben, sind positiv geladen und die Atome, die Elektronen erhalten, sind negativ geladen und sind durch die Anziehungskraft der Ladung miteinander "gebunden". So entsteht Natriumchlorid (Essenssalz).
Die äußerste elektronische Schicht hat genug, um acht Möglichkeiten zu sammeln, und das ist das elektronische Teilen. Du gibst ein Elektron, ich gib ein Elektron, und das entspricht zwei Atome, die jeweils ein Elektron hinzufügen. Diese beiden Elektronen drehen sich gleichzeitig um zwei Atomkernen und binden die beiden Atome zusammen. Es ist wie zwei Atome, die ihre unvollständigen Decke zu einem vollständigen Decke zusammenfügen, die gemeinsam verwendet werden. Diese Teilung kann zwischen Atomen der gleichen Art auftreten, zum Beispiel zwei Sauerstoffatome, die ein Sauerstoffmolekül (O2) bilden, indem sie zwei Elektronenpaare teilen, oder zwischen verschiedenen Atomen auftreten, zum Beispiel ein Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatome teilen Elektronen und bilden ein Wassermolekül (H2O). Viele Moleküle, einschließlich der Biomacromoleküle in unserem Körper wie Proteine und Nukleinsäuren, werden durch den Austausch von Elektronen gebildet.
Daher ist die Bildung von Molekülen das Ergebnis der Elektronenübertragung und des Teils der äußeren Schichten zwischen den Atomen. Obwohl dies nur das „Fell" des Atoms bewegt, ist es die Grundlage für die Bildung aller Arten von Materie in der Welt und macht das Auftreten des Lebens möglich.