Почему наружный электронный слой обязательно должен быть заполнен?

Пусть мы наблюдаем за образованием молекул из отдельных атомов, сталкивающихся друг с другом и с частицами, получившимися при предыдущих столкновениях. Будем считать, что в данном конкретном случае образующиеся связи - ионные. В таком случае заданный вопрос сводится к трем более конкретным:

1. Может ли появиться молекула, в которой какой-то атом отдал атомам другого элемента не все электроны наружного слоя, и какова ее дальнейшая судьба?

2. Может ли какой-то атом, отдав атомам другого элемента при нескольких первых столкновениях все электроны наружного слоя, при очередном столкновении отдать хотя бы один электрон из следующего слоя?

3. Может ли какой-то атом, полностью заполнив наружный слой, присоединить еще хотя бы один электрон?

Давайте возьмем в качестве примера какой-нибудь атом, например, хлор, и посмотрим, как меняется его электроотрицательность по мере отнимания у него одного электрона за другим. Электронная формула:

Cl (№17): 1s² 2s² 2p_x² 2p_y² 2p_z² 3s² 3p_x² 3p_y² 3p_z¹

Заряд атомного остова +7, наружный электронный слой - третий. Используя нашу модель для сравнения электроотрицательности (см. стр. 24), видим, что:

1. По мере отнимания семи наружных электронов заряд атомного остова и радиус атома не меняются, поэтому его электроотрицательность тоже не меняется. Ответ на первый вопрос: да, такая молекула может появиться, но при последующих соударениях оставшиеся электроны наружного слоя этого атома будут отбираться так же легко, как и предыдущие.

2. Когда семь наружных электронов отобраны, наружным слоем становится второй, а заряд атомного остова становится равным +15. В природе нет элемента, атомы которого обладали бы электроотрицательностью, позволяющей отнять электрон у такой частицы. Поэтому ответ на второй вопрос: безусловно нет.

3. Пусть хлор теперь принимает электроны. Если бы он принял 4s- электрон, его наружным слоем стал бы 4s -, а заряд атомного остова стал бы равным -2! Но в таком случае этот 4s -электрон должен немедленно оттолкнуться от атома, ведь одноименные заряды отталкиваются! Поэтому ответ на третий вопрос - тоже нет.

Теперь попробуем предсказать строение молекул, состоящих из атомов азота и кислорода.

N (№7): 1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹ 2p_z¹ O (№8): 1s² 2s² 2p_x² 2p_y¹ 2p_z¹

Электроотрицательность кислорода больше электроотрицательности азота, поэтому в рамках метода ионных связей можно считать, что атомы азота отдают электроны атомам кислорода

Азот в данном случае может отдать все пять электронов наружного слоя (при этом наружным становится заполненный первый слой, его степень окисления в этом случае +5). Кислород же принимает два электрона на 2р- орбитали, его степень окисления -2:

N⁺⁵ O^-2

Попробуйте сами придумать, как определить количество атомов каждого элемента в молекуле, если известны степени их окисления.

Надо заметить, что мы предсказали далеко не все существующие в природе варианты строения молекул, состоящих из азота и кислорода. Известны, например, молекулы состава NO, N₂O, NO₂, N₂O₃. Их строение можно предсказать с помощью метода молекулярных орбиталей.