Как там у вас, на Бета-Лире?

Наутро, когда я хотел продолжить разговор с ребятами о необычной периодической системе, выяснилось, что они уже отбыли теплоходом в Барнаул, и я, ожидая «Ракету» на Новосибирск, вспоминал, что известно химикам о необычной системе элементов.

Все помнят, что в периодической системе Менделеева пока[8] имеется семь периодов. В первом периоде находятся 2 элемента, во втором и третьем — по 8, в четвертом и пятом — по 18 элементов, в шестом — 32 элемента, столько же элементов войдет и в седьмой период, когда будут синтезированы элементы по 118-й. Известно и то, что в соответствии с законами строения атома количество элементов в каждом периоде определяется наибольшим числом электронов, которое может находиться на наружном электронном слое. Так, у элемента третьего периода на внешнем электронном слое может быть не больше восьми электронов (у аргона, завершающего элемента этого периода на третьем, последнем, слое именно 8 электронов).

Да, все это известно. Но не все знают, что в таком размещении электронов, в атомах химических элементов, размещении, которое определяет структуру периодической системы, проявляется некоторая причудливость природы. И это, пожалуй, самое удивительное: кому-кому, а природе прихоти несвойственны. Размещая электроны на орбитах, природа пошла на нарушение одного из самых твердых своих принципов, согласно которому из всех путей осуществления какого-либо процесса, явления природа всегда выбирает самый простой.

Всегда? Увы, как мы сейчас увидим, не всегда. Количество элементов в периодах системы изменяется следующим образом: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32 — всего семь периодов. А ведь этих периодов в системе «должно» было бы насчитываться всего пять, и в каждом из них количество элементов «должно» было закономерно увеличиваться: 2, 8, 18, 32, 50. Слово «закономерно» здесь употреблено не случайно, потому что именно такой последовательности отвечал бы простой путь заполнения атомных орбит электронами.

Причины расхождения истинного положения дел с требованиями «простой» теории известны достаточно хорошо. И обусловлено это расхождение неуживчивостью электронов.

Располагаясь на определенной орбите, электрон как бы занимает место в уготованной для него комнате. Но, увы, природа не может предоставить электрону отдельную комнату. В соответствии с законами микромира в каждой комнате-орбите должны проживать несколько жильцов-электронов: в первой комнате 2 обитателя, во второй — 8, в третьей — 18, и так далее, в соответствии с тем перечнем, который был приведен для «простой» таблицы. Да, именно так электроны и размещались бы. Но дело в том, что в этом электронном общежитии приход каждого нового пришельца вызывает явное неудовольствие «старичков», да и «новичок», в общем, не расточает доброжелательность к старым обитателям. Скверный характер обитателей электронных орбит объясняется их одноименным зарядом. Итак, в плохом моральном климате на электронных оболочках следует винить закон старика Кулона!

Когда электронов в атоме немного (у элементов, располагающихся в начале периодической системы), они как-то «притираются» друг к другу, и расположение электронов на орбитах, а следовательно, и количество элементов в первых периодах совпадает с требованиями «простой» теории. Но вот когда число электронов становится уже достаточно заметным, то…

Вот хотя бы, к примеру, третий период периодической системы. «Простая» теория определила: в этом периоде может быть 18 элементов, то есть на «третью комнату» — орбиту электронного общежития оптимистически настроенная «простая» теория выдает 18 ордеров. И вот происходит вселение обитателей третьего электронного слоя.

Первым поселяется в этой комнате электрон натрия; вспомните: на внешнем электронном слое у натрия помещается всего 1-й электрон. Далее к нему подселяется электрон магния. Затем в компанию принимается 3-й электрон, электрон алюминия. И так далее, и тому подобное: 7-й электрон приходит вместе с хлором, 8-й — с аргоном, 9-й… А вот 9-го-то и нет, потому что третий период состоит, как мы помним, из восьми элементов и завершается аргоном. Но позвольте, ведь «простая» теория определила, что в комнате № 3 должно проживать 18 обитателей. Теория определила, а жильцы с этим не посчитались. Девятого пришельца восемь «старичков» в свою комнату попросту не пустили, и он, горемыка, желая того или не желая, вынужден был устроиться в следующей комнате, № 4, то есть начинает заполняться 4-й электронный слой. И следующий за аргоном элемент снова имеет на внешнем электронном слое лишь один электрон, то есть по своим химическим свойствам следующий за аргоном элемент должен походить на 1-й элемент третьего периода — натрий. Так и есть, четвертый период менделеевской системы открывается элементом калием, который, как известно, представляет собой полный аналог натрия.