Процессами превращения молекул, при их взаимодействиях друг с другом и при воздействии на них тепла, света или электричества, занимается химия. Это известно. С давних пор химики неутомимо создают новые вещества, разрушают одни молекулы и строят из их обломков другие.
До рождения новой атомной физики никто особенно не задумывался, почему такое конструирование возможно. Слишком многое могли сделать химики, слишком много интересных реакций существовало на свете, чтобы задумываться еще и над причинами, позволяющими этим реакциям происходить.
Такой вопрос мог показаться даже проникнутым неким алхимическим душком…
Впрочем, то время миновало. В конце концов главными вопросами науки химии стали: что объединяет атомы в молекулы и почему молекулы вступают в реакции друг с другом? И эти вопросы требовали своего решения.
Однако прежде чем начать распутывать этот клубок проблем, давайте вспомним несколько определений, которые могут нам в дальнейшем понадобиться. Первое — что такое валентность?
Помните, в школе на уроках химии учитель не раз говорил, что валентность атома какого-либо химического элемента определяется количеством атомов водорода, которые он способен присоединить к себе или заменить в другом соединении.
Как для атомного веса, так и для валентности атом водорода принимался за единицу.
Было и другое определение валентности, как способности элементов к насыщению.
Остановимся немного на этих определениях. Если один атом способен присоединить к себе другой, значит, он обладает силой притяжения. Но какие же это силы, если они обладают насыщением?
Произведем мысленный эксперимент. Солнце притягивает к себе планеты. Сейчас их девять. Есть предположение, что раньше где-то между Марсом и Юпитером существовала десятая, взорвавшаяся по каким-то причинам. Так вот: стала ли сила солнечного притяжения после исчезновения одной планеты для остальных больше или меньше?
Конечно нет! Не изменится она и в том случае, если в будущем космостроители соорудят на орбите Земли и еще одну планету… Сила солнечного притяжения не зависит от того, сколько планет оно притягивает.
Точно так же не меняется и сила магнита, если притянуть к одному из полюсов железный гвоздь, а к гвоздю — утюг…
Ни силы тяготения, ни магнитные не обладают насыщенностью. А химические силы — обладают. Что же это за особенность такая?
В 1916 году американский химик Джильберт Ньютон Льюис (1875—1946) выдвинул идею кубического атома. Он предположил, что система из двух или восьми электронов должна обладать максимальной устойчивостью. Потому, дескать, гелий, атом которого имеет два электрона, химически инертен и находится в нулевой группе периодической системы. В атоме неона два внутренних электрона окружены устойчивым кубом, образованным системой из восьми электронов. У аргона этот куб окружен еще одним. Все перечисленные элементы инертны.
Если же в атоме для замыкания кубической системы недостает электронов, то такой атом стремится либо дополнить свою структуру, либо отдать лишнее. Лишь бы стать похожим на гелий или неон.
В молекулы, по идее Льюиса, атомы объединялись тоже по такому же принципу, дополняя общую внешнюю оболочку до замкнутого двух- или восьмиэлектронного состояния.
В общем, идея была любопытной. И результаты она давала неплохие. Вот только объяснения не находилось, почему именно два и восемь электронов образуют устойчивую систему…
Однако законченная теория устойчивости электронных орбит могла быть построена лишь после завершения теории строения атома. Именно это был узловой вопрос, на котором встретились дороги и химии и физики.