Химия неоновых и люминесцентных ламп, благородные газы

Как правило, благородные газы, такие как неон, нереактивны (инертны), потому что у них уже «есть всё необходимое» (полностью заполненная валентная оболочка), но стоит им немного энергии, и они действительно *засияют*! Блог: http://bit.ly/noblegasprize Периодическая таблица — это своего рода «меню» всех известных элементов — от углерода и водорода (которые мы много рассматривали) до таких, как неон и аргон, которые мы встречаем в наших постах, но обычно не встречали. В крайнем правом столбце таблицы, в последнем столбце, вы найдете эти и еще 4 «благородных газа», которые имеют полный набор внешних электронов. Атомы обмениваются электронами, чтобы стать похожими на благородный газ. Но что, если вы — благородный газ? Вы родились «идеальным». Ваш электронный список желаний пуст. И что теперь? Как правило, ничего особенного… Из-за этого благородные газы редко встречаются в биохимии. Но вы постоянно сталкиваетесь с ними, когда находитесь вне дома (хотя большинство новых фонарей используют другую методику). Атомы — это основные единицы элементов, и они состоят из 3 ключевых субатомных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Протоны — это маленькие положительно заряженные частицы. Они находятся вместе с нейтральными нейтронами в плотном центральном атомном ядре, а затем вокруг них в электронном облаке вращаются отрицательно заряженные электроны (которые имеют равный, но противоположный заряд, несмотря на свой крошечный размер). Электроны на краю облака называются валентными электронами, и они «особенные» (хотя по сути все они одинаковы (химический эквивалент всей этой истории про «знаменитости такие же, как мы»). Видите ли, разница между элементами (например, углерод (C) против азота (N) против неона (Ne)) заключается в количестве протонов. Углерод имеет 6 протонов, поэтому мы говорим, что его атомный номер равен 6, или Z=6. Неон имеет 10 протонов, поэтому атомный номер равен 10, Z=10. И так далее. Но мы уделяем больше внимания электронам, потому что, в то время как количество протонов фиксировано, электроны могут перемещаться и взаимодействовать с другими молекулами. Никогда нельзя точно знать, где окажется электрон, но есть места, где они предпочитают находиться, и мы называем их «орбиталями». На уровне физической химии (ФХХ) это на самом деле не так, но может быть очень полезно представлять электронные орбитали как «оболочки» или слои луковицы, и периодическая таблица организована таким образом, что эта оболочечная модель довольно удобна. При просмотре столбца (эти столбцы часто называют группами или семействами) вы добавляете слой, но сохраняете то же количество электронов на самой внешней оболочке в нейтральной форме элемента — и, что удобно, это число совпадает с числом в столбце (например, углерод находится в 4-м столбце (основных групп таблицы) и имеет 4 валентных электрона в нейтральной форме, тогда как азот в 5-м столбце имеет 5, а неон в 8-м столбце — 8). Эти самые внешние электроны называются валентными электронами — они наиболее энергичны и, находясь дальше всего от положительного притяжения ядра, Они «наименее лояльны» к атому, из которого происходят, и более склонны взаимодействовать с электронами соседних атомов и даже вовсе покидать их. Почему им это нужно? По причинам, выходящим за рамки этой статьи, атомы обычно наиболее стабильны (и, следовательно, наиболее счастливы), если у них полная «внешняя оболочка», как у элементов в предыдущем столбце (благородных газов) — для большинства элементов, с которыми мы обычно имеем дело в биохимии, это означает наличие октета — 8 электронов на внешней оболочке. Исключением является водород, которому нужно только 2 электрона, потому что его внешняя оболочка является внутренней для всех остальных (кроме гелия). У водорода всего один протон, поэтому нельзя ожидать, что он будет удерживать много электронов! Вместо этого ему нужно только 2, как благородному газу гелию (He). Атомы могут обмениваться парами электронов, образуя «ковалентные связи» (1 пара для одинарной связи, 2 пары для двойной и 3 пары для тройной). Таким образом, H со своим единственным электроном может соединиться с Ещё один атом H, имеющий единственный электрон, удовлетворяет обоим условиям. А атом N, имеющий 5 валентных электронов, может соединиться с другим атомом N через тройную связь, в результате чего оба атома достигают 8. Таким образом, водород и азот существуют в двухатомной (2 атома) форме — H₂ и N₂ (кислород тоже находится в такой форме). Атомы также могут стремиться к своим «магическим числам», приобретая и теряя электроны. Если нейтральная молекула теряет электрон, количество протонов больше, чем количество электронов, поэтому она становится положительно заряженной (катионной), а если нейтральная молекула приобретает электрон, количество протонов меньше, чем количество нейтронов, поэтому она становится отрицательно заряженной (анионной). «Ионная» просто обозначает заряженное вещество, а вещества обычно не стремятся быть заряженными. Таким образом, атомам приходится идти на...