Атомы благородных газов

АТОМЫ БЛАГОРОДНЫХ ГАЗОВ

Причиной газообразного состояния элементов главной подгруппы восьмой группы, так  же как и полного отсутствия у них цвета, запаха и вкуса, являются все те же насыщенные, симметрично построенные электронные оболочки. К особенностям инертных газов относится ещё одно свойство — одноатомность: их молекулы состоят из одного атома. Тут понятия молекулы и атома, молекулярного и атомного веса равнозначны.
 
Известно, что молекулы любых простых газов — водорода, азота, кислорода, фтора, хлора — состоят из двух атомов. Еще сложнее построены молекулы паров фосфора, углерода и других простых веществ. В специальных условиях удается получить эти газы в атомарном состоянии, но оно очень неустойчиво. При малейшей возможности атомы, высвобождая энергию, соединяются в молекулы, так как последние, располагая меньшим запасом энергии, всегда устойчивее атомов.
 
Как происходит слияние в молекулу одинаковых атомов с равноправными валентными электронами? В данном случае электроны не переходят от одного атома к другому, а образуют пару — по одному от каждого атома, — которая обращается с одинаковой скоростью и на одинаковом расстоянии вокруг каждого из ядер молекулы. В результате получается более плотное электронное облако, стягивающее атомы в молекулу. Общая для двух атомов электронная пара устойчивее неспаренного электрона, так как ее конструкция повторяет электронный дублет гелия.
 
Такого типа связь называют атомной, или ковалентной, с ее участием образовано множество соединений, в частности органических.
Ковалентный и ионный типы химической связи являются предельными случаями и в чистом виде встречаются не часто. Между ними существуют различные промежуточные формы. Такую переходную связь называют полярной атомной. Соединения с полярной связью образуются из атомов с различной электроотрицательностью. Иными словами, активность их валентных электронов неодинакова. Электронное облако совместного дублета здесь уже не симметрично относительно ядер, как при чистой атомной связи, а отклонено ближе к одному из них и деформировано. Оба атома-партнера владеют электронной парой, но в различной степени; пара. тяготеет к более электроотрицательному атому.
 
Независимо от типа связи, преобладающего в соединении, атомы всех элементов, вступая в химическую связь, стремятся обзавестись электронной оболочкой, повторяющей структуру ближайшего инертного газа. Элементы, достигшие такой конфигурации, образуют устойчивые соединения и проявляют при этом наиболее характерную для них валентность.
Сказанное выше служит иллюстрацией к общему принципу образования химических связей, выраженному npaвилом октета. В начальной форме это правило было сформулировано в 1916 г. в ковалентной модели Г. Льюиса и в ионной модели В. Косселя. В дальнейшем правило углублялось в свете квантовомеханических представлений о валентности, в основном сохранив свое значение.
 
Правило октета гласит, что валентная зона атома — иными словами, электронная плотность,  совокупность перекрывающихся   электронных    облаков — достигает своей завершенности, полного насыщения при двух или восьми (четыре пары) электронах. Октетная конфигурация,   имитирующая   оболочку   ближайшего   инертного газа, максимально устойчива, в ней нет неспаренных электронов. При этом у каждой пары электронов спины антипараллельны, т. е. параллельны и направлены в противоположные стороны. Благодаря этому в паре отсутствуют силы отталкивания, создаются условия для сближения атомов и соединения их в молекулу. На одной орбитали могут находиться не более двух электронов, при-том обязательно ориентированных противоположно. Перекрывают друг друга лишь два электронных облака. Это вытекает из принципа исключения В. Паули, играющего важную роль в квантовой механике.
 
Ну а как обстоит дело со связью у инертных газов? Химической, т. е. ионной или атомной, связи у них в обычных, господствующих на нашей планете условиях нет, поскольку их атомы лишены неспаренных валентных электронов, стало быть нет и способности к образованию молекул с атомной, ионной или промежуточной связью. К тому же выводу мы придем, подсчитав энергию возможных процессов. В самом деле, чтобы сделать такой атом реакционноспособным, требуется перевести один из его внешних электронов  на   s-подуровень вышележащего слоя. Но для этого пришлось бы затратить энергии намного больше, чем ее выделится в результате последующей реакции. Если такое соединение и удается получить, то, имея большой запал энергии, оно будет непрочно и при обычных условиях быстро распадается.
 
Как удалось установить, что все инертные газы одноатомны? Химические пути не могли дать ответа, поэтому прибегли к кинетической теории газов. Она учит, что у одноатомных газов отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме (сp : cυ=γ) близко к 1,7, у двухатомных газов равно 1,4 и еще меньше у многоатомных газов. Измерения же показали, что у инертных газов эта величина варьируется в пределах 1,66—1,70. Следовательно, они одноатомны.
 
Инертные газы лишены цвета, запаха и вкуса, так как такого рода качества  свойственны в  основном лишь полярным молекулам, имеющим деформированные электронные облака, и сложным молекулярным образованиям. Имеет значение и малая растворимость инертных газов в воде и жирах, так как на пути к нервным окончаниям слизистой оболочки носа молекулы пахучих   веществ должны преодолеть два барьера: водную пленку на нервной клетке и мембрану  клетки, содержащую жировые вещества. Быть может, исключение в отношении цвета представляет  твердый радон:   некоторые  исследователи наблюдали у него оранжево-красную окраску. Впрочем, здесь остается невыясненным, принадлежит ли окраска самому радону или она обусловлена присутствием примеси продуктов распада.
У инертных газов более высокая электропроводность в сравнении с другими газами, они ярко светятся различными цветами при прохождении через них тока. Далее мы увидим, что эти свойства широко используются в электронике и светотехнике.
Статья на тему Атомы благородных газов