7

и соударялись под определенным углом и с определенной минимальной скоростью. Таких "стыковочных узлов" на поверхности каждого атома может быть несколько, например, у углерода - четыре, у кислорода -два, у азота - три (рис. 1). Причем у разных атомов пространственное расположение "узлов" на поверхности может меняться. Ковалентная связь возникает при сближении атомов, когда образуется пара электронов, которые движутся одновременно в полях обоих атомов, связывая их таким образом. Причем атомы оказываются как бы вдавленными друг в друга, что несколько уменьшает их радиус.

Некоторой разновидностью ориентированной связи является водородная связь, которая проявляется благодаря поляризации двух соседних молекул, что можно наиболее четко видеть на примере молекулы воды - Н2О. В целом эта молекула электронейтральна, т. е. имеет равное число электронов и протонов в ядре, но электроны распределены несимметрично, что придает ей полярный характер. Атомы водорода "состыкованы" с атомами кислорода ковалентными связями с одной половины ее поверхности. Поэтому в целом молекула получается несимметричной. В ней ядро атома кислорода в некоторой степени оттягивает электроны от ядер атомов водорода, оставляя на них небольшой суммарный положительный заряд. Области с небольшим отрицательным зарядом располагаются вблизи атома кислорода в двух других углах воображаемого тетраэдра. Так получается дипольная молекула воды с положительным и отрицательным зарядами на двух противоположных концах, которые и способны притягивать другие атомы.

Неориентированные связи — ионная и металлическая — позволяют атомам соединяться также в определенных точках, распределенных по их поверхности равномерно и в достаточно большом количестве, так что при этом, в отличие от ковалентной связи, все равно, с какой стороны присоединяются атомы. Ионная связь возникает в результате того, что при взаимодействии атомов один из них притягивает в сферу своего ядра один или несколько электронов и становится отрицательно заряженным ионом (анионом), а другой, отдавая электроны, становится положительно заряженным ионом (катионом). Между разнозаряженными ионами появляется электростатическое взаимодействие притяжения.

8

Металлическая связь в наиболее чистом виде наблюдается между атомами одного и того же элемента - металла, рассматриваемого как совокупность положительно заряженных ионов - "атомных остовов", между которыми свободно перемещаются электроны в виде "электронного газа".

Ван-дер-ваальсова связь проявляется в результате взаимодействия нейтральных молекул. При вращении электрона вокруг положительного ядра атома в каждый момент образуется диполь - "ядро-электрон". При достаточном сближении соседних атомов возникает взаимодействие между их мгновенными диполями, так называемое диполь-дипольное взаимодействие, т.е. слабые силы притяжения, называемые остаточными, или ван-дер-ваальсовыми.

Второе важнейшее свойство атомов и образованных из них молекул: они постоянно находятся в движении с огромной скоростью (около 500 м /с). Причем они двигаются, соударяясь и ни на мгновение нигде не останавливаясь, даже находясь в составе твердых тел, растений и живых организмов, не говоря уже о газах и жидкостях. Непосредственным проявлением этого движения в газах или жидкостях является, например, передача в воздухе запаха растворенного газа из одной комнаты в другую или движение растворенного в воде вещества в процессе диффузии; в твердых телах - изменение температуры от более нагретых участков к менее нагретым за счет того, что двигающиеся в составе кристаллической решетки атомы передают энергию движения соседним атомам. Движение или имеет характер хаотического зигзагообразного перемещения с равной вероятностью во все стороны в газах и жидкостях при самодиффузии, или является колебательным около узлов кристаллической решетки в твердых телах, или хаотическим, но двухмерным на какой-либо поверхности, например, в биологических мембранах. Молекулы и атомы также могут вращаться вокруг своей оси - спиновое движение.