Перераспределение электронов при разъединении атомов

Раздел: 
Русская Химия

43. Перераспределение электронов при разъединении атомов

Свободные жёлобы молекул в нормальных условиях заполнены электронами. Их нет только на слипшихся участках жёлобов.

При разъединении атомов (допустим, тепловым способом) слипшиеся жёлобы расходятся и на них возникает недостаток электронов.

Этот недостаток – не одинаковый у разделившихся атомов. Он зависит от соотношения длины слипшегося участка и общей длины жёлоба. Слипшиеся участки у соединённых атомов, разумеется,- одинаковые, но полные длины слипшихся жёлобов – разные.

В качестве примера рассмотрим процесс разделения хлороводорода Cl2Hm на хлор Cl2 и водород Hm, причём это разделение пусть происходит либо при высоком нагреве, либо в результате замещения водорода металлами.

У молекулы водорода Hm жёлоб - контурный. На нём могут располагаться сотни электронов, допустим 200.

У молекулы хлора Cl2 открытый жёлоб – намного короче. На нём могут сосредоточиться в нормальных условиях, допустим, 100 электронов.

На участке слипания молекул хлора и водорода могли бы разместиться, допустим, 40 электронов.

При разделении у обеих молекул в сумме будет недоставать 80 электронов, и по отдельности, казалось бы, - по 40 электронов.

Но на самом деле недостаток электронов у них окажется разным.

При разъединении молекулы Cl2Hm электроны распределятся между Cl2 и Hm таким образом, что плотность электронов на них окажется одинаковой (при любой неодинаковой плотности электроны будут перетекать с одного жёлоба на другой и выравнивать её).

 Одинаковой будет и разреженность электронов. Она определится отношением недостающих электронов к полной длине открытого жёлоба.

Обозначим через n число недостающих электронов у Cl2 после отделения этой молекулы от молекулы хлороводорода. Разреженность электронов у этой молекулы определится как n/100.

У молекулы водорода недостаток электронов составит (80 – n), и разреженность на ней будет равна (80 – n)/200.

Обе разреженности – одинаковы: n/100 = (80 – n)/200.

Отсюда находим, что недостаток электронов у молекулы хлора составит n = 27 электронов, а у молекулы водорода – (80-27) = 53 электрона.

Если будет происходить насыщение электронами обеих молекул, то для электрической нейтрализации молекулы водорода потребуется на (53 – 27) = 26 электронов больше, чем для молекулы хлора.

В общем случае для насыщения электронами разделённых атомов больше всего электронов требуют металлы, а среди них – калий, натрий, кальций. Это и понятно: у атомов металлов открытые жёлобы – контурные, тоесть охватывающие атомы вкруговую, и они – более длинные, чем у неметаллов.

Значительно короче открытые жёлобы – у атомов фтора и  кислорода, а у атомов азота (как и у атома водорода), можно считать,  их совсем нет.

Перераспределение электронов между атомами при их разделении оказывает существенное влияние на ход всех химических процессов.

При слипании атомов и молекул электроны выдавливаются с участков слипания и распределяются в первый момент по оставшимся участкам жёлобов. И в таких случаях наибольшее количество электронов выдавливается на более длинные жёлобы, тоесть на атомы металлов. Впоследствии выдавленные избыточные электроны рассосредотачиваются по округе.

Если рассматривать самые начальные моменты отрыва атомов и молекул, то можно заметить, что процесс изменения электронных потенциалов – обратный.

Допустим, что при разъединении молекулы хлороводорода электроны не перераспределяются между Cl2  и Hm,  и на каждой из них окажутся недостающими по 40 электронов.

Понижение электронных потенциалов в таком случае характеризовалось бы следующими отношениями:

 

у хлора – (40/100) = 0,4;

у водорода – (40/200) = 0,2.

 

Это говорит о том, что в начальный момент отрыва электроны со свободных участков жёлобов устремляются в первую очередь на вскрывающийся участок молекулы хлора и затем только на такой же участок молекулы водорода.

Такую особенность тянуть электроны на себя в начальные моменты разъединения атомов можно назвать потенциалом разъединения.

Все простые вещества можно расположить по степени убывания этого потенциала разъединения в следующий условный ряд: F  O  N  Cl  Br  S  I  C  Se  P  Hm  B  Si  Cu  Fe  Zn  Al  Mg  Li  Ca  Na  K.

Следует учесть, что при испарении атомов и молекул их сильно колеблющиеся участки вихревых шнуров способны чисто механически сбрасывать с себя электроны и изменять таким образом свои электронные потенциалы.

К оглавлению                Назад        обсуждение        Далее                Следующий раздел или книга