Путь к перевалу

— Вот именно! Только инертные газы существуют в виде свободных атомов. И в этом все дело, Петр Ильич. Ведь именно их атомы имеют наиболее устойчивую, наиболее энергетически выгодную структуру электронного облака, в котором полностью замещены так называемые «s» и «р» орбиты. А все остальные атомы лишь стремятся к достижению такой структуры. Но для того, чтобы получить эту устойчивую, восьмиэлектронную оболочку, им необходимо или приобрести недостающие электроны или, наоборот, избавиться от избыточных, лишних. Возьмем, к примеру, натрий. У него в валентном слое один электрон. Ясно, что проще всего отдать этот электрон и остаться с устойчивым предыдущим слоем, в котором как раз восемь электронов. А вот у хлора в последнем слое семь электронов. В этом случае, очевидно, выгоднее захватить недостающий электрон и довести валентный слой до восьмиэлектронного. Но становясь таким образом энергетически устойчивыми, атомы в то же время получают положительный или отрицательный заряд, то есть теряют свою нейтральность и превращаются в заряженные ионы. А это также лишает их стабильности. И для того, чтобы восстановить ее, разноименные ионы соединяются друг с другом, давая нейтральные химические соединения, в данном случае — поваренную соль. Вот откуда стремление элементов соединяться друг с другом.

— Но ведь не всегда элементы могут оказаться в таком удачном сочетании.

— Конечно. Я взял наиболее благоприятную обстановку. Атомы металла обычно теряют электроны, а атомы неметалла, как правило, приобретают их. Ну, а если мы будем иметь дело с атомами только одного сорта, скажем, какого-нибудь одного неметалла. Чтобы достичь устойчивого состояния, каждому атому потребуются дополнительные электроны. А где их взять? И тогда происходит вот что. Возьмем для примера тот же хлор. В последнем валентном слое, как мы видели, атом хлора имеет семь электронов, причем седьмой электрон не спарен — «холостой». Для достижения устойчивого энергетического состояния, следовательно, каждому атому необходим еще один электрон. Но ведь их нет. И тогда каждые два атома хлора соединяются попарно, спаривая свои «холостые» электроны в одну общую ячейку. Но которому из атомов принадлежит эта ячейка? И тому и другому. То есть, каждый атом «вправе считать», что он получил один дополнительный электрон и создал, таким образом, у себя устойчивую восьмиэлектронную оболочку. Вот почему в природе хлор всегда встречается в виде молекул, состоящих из двух атомов. Или возьмем алмаз. Он состоит только из атомов углерода. Что их заставляет связываться здесь друг с другом?

— Видимо, то же стремление к устойчивому состоянию?

— Да, конечно. Только, смотрите, что получается. Валентный слой углерода содержит всего четыре электрона, два из которых спаренные и два «холостые». Значит, если при соединении атомов углерода оба «холостые» электрона спарятся друг с другом, то и в этом случае каждый из атомов как бы получает только два дополнительных электрона. Но ведь этого мало для устойчивого состояния. И тогда происходит следующее. Спаренные электроны валентного слоя распариваются. В результате в нем оказываются «холостыми» все четыре электрона. И все эти электроны одного атома спариваются с четырьмя такими же «холостыми» электронами другого атома. Теперь каждый атом как бы получает по четыре дополнительных электрона и, таким образом, создает вокруг себя устойчивую восьмиэлектронную оболочку. А конечный результат — необычайно прочное соединение, которое мы привыкли называть алмазом… Ну, а если у нас будут атомы только одного сорта какого-нибудь металла? В таком случае все они, очевидно, будут стремиться к освобождению от лишних электронов. Но забирать их теперь некому. И все эти электроны остаются свободными, образуя так называемый электронный газ, который и нейтрализует кристаллическую решетку самородных металлов, состоящую, как известно, из положительно заряженных ионов. Следовательно, сама кристаллическая структура твердого тела, на которую мы смотрим, как на нечто само собой разумеющееся, является лишь следствием перестройки электронного облака атомов в направлении большей энергетической целесообразности. Вот вам и ответ на вопрос Кравцова.

— Спасибо, Юрий Дмитриевич, я вижу, мне, действительно, нужно заняться физикой.

— Не только вам, Петр Ильич, а всем геологам. Всем без исключения. И я буду настойчиво добиваться от Ученого совета усиления физико-математической подготовки для всех специальностей геофака. Иначе геология никогда не встанет в один ряд с точными науками. А за это надо бороться!

Воронов с минуту помолчал.

— Так народ в одиннадцатой группе, говорите, любознательный? А как занимается Степанов?

— Это хороший студент. Во всех отношениях. Он был со мной еще на Вае. Помните, я рассказывал…

— Тот самый паренек, с которым искали вы злых духов? Прекрасно. Был он у меня. И я думаю привлечь его к научной работе кафедры.

— Но это же первый курс!