Наше тело и тысячи веществ, окружающих нас, состоят в основном из молекул, которые, в свою очередь, состоят из атомов сотни элементов.Но откуда же появился атом?Как он образует молекулы?
Примерно 13,8 миллиарда лет назад произошел Большой взрыв, который создал современную Вселенную.Первыми элементами, образовавшимися после Большого взрыва, были главным образом водород и гелий (около 3: 1).Примерно через 300 миллионов лет материя конденсировалась и начала формироваться звезды.Высокая температура и давление внутри звезды вызывают термоядерные реакции, синтезирующие более тяжелые элементы, такие как углерод, кислород, магний, кремний и железо.Элементы, тяжелее железа, образуются в экстремальных условиях при взрыве сверхновых.
Таким образом, в течение сотен миллионов и миллиардов лет эволюции во Вселенной сформировалось 94 элемента, от водорода до углерода.Было бы «оскорбительным», если бы история закончилась на этом, когда электрон в каждом атоме вращался только вокруг своего ядра, а атомы не были бы связаны друг с другом.Потому что в этом мире будет только атомы, а не молекулы, не говоря уже о существовании вещей и жизни.Каким скучным будет такой мир.К счастью, передача электронов и обмен ими между атомами позволяют создать молекулы, что делает красочный мир реальностью.
Чтобы понять, почему происходит передача и обмен электронами между атомами, нужно начать с движения электронов в атомах.В атоме электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра.Это примерно так же, как если бы спутник вращался вокруг Земли в силу силы гравитации.Вместе с тем высота орбиты спутников постоянно изменяется, взаимодействие между ними практически отсутствует и каждый из них функционирует независимо.А в атоме, где многие электроны сжимаются в таком небольшом пространстве, электроны заряжены отрицательно и обязательно взаимодействуют друг с другом.Чтобы сохранить «порядок» внутри атомов, движение электронов должно следовать строгим правилам.Это означает, что электроны должны двигаться по определенной орбите, и каждая орбита может содержать только два электрона.Кроме того, эти орбиты расположены по слоям, и электроны всегда выстраиваются с наименее энергетической внутренней орбиты.Последствием такой расположения является то, что самый внешний слой может иметь до четырех орбиталов, т. е. до восьми электронов.
Если бы все орбиты в самом внешнем слое были заполнены электронами, атомы были бы «удобнее», чем когда-либо, как полная одежда.Они «не обращают внимания» к другим атомам и стабильно существуют только в одноатомном состоянииЕсли бы все атомы были такими, то не было бы молекул, не было бы ни вас, ни меня.К счастью, таких элементов не так много, всего шесть - гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон, которые мы называем инертными.
В большинстве атомов элементов ни один из самых внешних слоев орбиталов не заполненЭто похоже на то, что атом покрывает сломанное одеяло, чувствует себя «некомфортно» и пытается найти себе полное одеяло.
Одним из вариантов является электронная передача.Когда количество электронов в самом внешнем слое всего один или два равняется восемь (например, у атома хлора есть семь электронов в самом внешнем слое), самый простой способ «захватить» электроны из других атомов.Это равносильно тому, чтобы восполнить отверстия в своем одеяле за счет материалов из одеяло «других».Если количество электронов в самом внешнем слое очень мало (например, только один натрий), то это означает, что есть всего несколько тканей, а не одеяло.Лучше всего просто «выбросить» эти несколько электронов, которые все равно остаются внутри целой одежды (внутренний слой электронов).Такое «хотя», «готовное давать», и электроны перемещаются из одного атома в другой.Атомы, дающие электрон, заряжены положительно, а атомы, получающие электрон, заряжены отрицательно, и «связаны» друг с другом силами притяжения электрического заряда.Так образуется, например, хлорид натрия (соль).
Существует еще один способ, чтобы собрать восемь самых внешних электронов, это электронное обмен.Вы выделяете один электрон, я выделяю один электрон, и это равно, что два атома добавляют один электрон каждый.Эти два электрона одновременно вращаются вокруг двух ядер, «связывая» их вместе.Это похоже на то, что два атома соединяют свои неполноценные одеяло в одно целое одеяло, которое используется вместе.Это может происходить между атомами одного типа, например, двумя атомами кислорода, образуя молекулу кислорода (O2), обмениваясь двумя парами электронов, или между различными атомами, например, один атом кислорода и два атома водорода, обмениваясь электронами, образуя молекулу воды (H2O).Многие молекулы, в том числе биомакромолекулы нашего тела, такие как белки и нуклеиновые кислоты, образуются за счет обмена электронами.
Таким образом, образование молекул является результатом переноса и совместного использования электронов между атомами.Хотя это только касается «шерха» атомов, это лежит в основе образования материи в мире и позволяет возникнуть жизнь.