Т-127. Германий и кремний — химические элементы углеродной группы, атомы которых образуют алмазоподобную кристаллическую структуру. Как уже говорилось (Т-18), из всех электронных орбит атома нас прежде всего интересует внешняя, на которой может находиться до восьми электронов. Напомним, что фактически у каждого электрона своя собственная орбита и правильнее говорить не об одной внешней орбите, а о внешнем электронном слое, в котором может быть до восьми орбит. Но в соответствии с Т-8, мы идем на сильное упрощение и считаем, что все электроны того или иного электронного слоя бегают по одной общей дорожке. Этот особый интерес к внешней орбите имеет несколько причин. Во-первых, именно внешние электроны могут уходить из атома, свободно блуждать в межатомном пространстве, при случае включаясь в электрический ток. Во-вторых, именно внешние электронные орбиты участвуют в «сшивании» атомов, в создании молекул. И, наконец, на внешних электронных орбитах происходят некоторые события, в результате которых и появляются полупроводниковые усилительные приборы — транзисторы.
Итак, на внешней орбите атома может быть до восьми электронов. И вот что очень важно: атом всегда стремится к этой «восьмерке», к тому, чтобы его внешняя орбита была заселена, чтобы число электронов в ней было доведено до возможного разрешенного максимума. И если на внешней орбите меньше восьми электронов, то атом при первом же удобном случае стремится притянуть к себе чужой электрон, Причем обязательно вместе с чужим атомом. (Еще раз напоминаем; чтобы правильно понять выражение «сшивание атомов», «атом стремится», «электроны бегают» и другие подобные, необходимо ознакомиться с разделом Т-8.)
Но зачем же, спросите вы, тащить к себе на орбиту электрон вместе с атомом, когда вокруг бегают.свободные электроны? А дело в том, что атом в целом — нейтральная система, суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра. Вся эта система точно подогнана, крепко связана электрическими силами и ни на какие лишние детали не рассчитана. В большинстве случаев просто нет у атома тех сил, которые могли бы удержать на внешней орбите лишний электрон. И, попав на эту орбиту, лишний электрон очень быстро слетает с нее (Р-78; 1), несмотря на все «желание» атома иметь «восьмерку», иметь заполненную внешнюю орбиту (не забывайте о Т-8).
Другое дело, если место на внешней орбите займет электрон, который одновременно вращается по своей собственной орбите в своем собственном атоме. В этом случае возникнет некая объединенная орбита, она проходит через оба атома и крепко стягивает, связывает их друг с другом (Р-78; 2). Появление лишнего электрона на орбите теперь уже не нарушит электрического равновесия, не встретит какого-либо противодействия. Создание объединенных орбит — это основное средство сшивания атомов в молекулы и один из важных способов объединения молекул в сложные химические соединения.
Среди всех известных типов атомов совершенно особое место занимает углерод. Достаточно сказать, что изучением углеродных соединений занимается самый большой раздел химии — органическая химия. И число таких соединений исчисляется сотнями тысяч, составляет большую часть всех известных химических соединений.
Многообразие устойчивых соединений углерода связано с тем, что у него на внешней орбите — четыре электрона и четыре свободных места, которые нужно заполнить для получения «восьмерки» (Р-78; 3). Благодаря такой своеобразной симметрии на основе углерода рождаются изумительные архитектурные шедевры, к числу которых относятся и все молекулы живой природы. Самое прочное, самое устойчивое углеродное сооружение— кристалл алмаза. Здесь каждый атом углерода отдает четыре внешних электрона четырем соседям и четыре электрона получает от них, по одному от каждого соседнего атома. И тот электрон, который получает внешняя орбита, и тот, что она отдает, становятся общими для обоих атомов — отдающего и получающего. Поэтому на внешней орбите каждого атома вращается заветная «восьмерка» — четыре своих электрона и четыре соседних. Для простоты на Р-78; 4 алмазоподобная структура показана на примере некоторого условного атома углеродного семейства, у которого одна только внешняя орбита с четырьмя электронами и соответственно четыре протона в ядре.
Существуют и другие химические элементы с четырьмя электронами на внешней орбите. К их числу относятся полупроводники германий и кремний (Р-78; 3), атомы которых устанавливают такие же связи, как углерод в алмазе (четыре даю, четыре получаю) и образуют алмазоподобную кристаллическую структуру.

Читать следующую теорию
Вернуться на предыдущую
 

значёк