Большинство атомов не гуляют сами по себе,
а вступают в химические связи с другими атомами.
Связи могут создаваться между атомами
одного химического элемента
или разных элементов.
Легко представить такие связи в виде перетягивания каната.
Если один атом очень сильный,
он перетянет на себя один или несколько электронов
другого атома.
Тогда у вас получатся один отрицательно заряженный ион
и один положительно заряженный ион.
Притяжение между противоположными зарядами
называется ионной связью.
Это как если бы вы
отдали свою игрушку кому-то
и никогда не получили бы её обратно.
Элементы поваренной соли, или хлорида натрия,
удерживаются вместе за счёт ионных связей.
Каждый атом натрия отдаёт один электрон
каждому атому хлора,
образуются ионы,
и эти ионы выстраиваются
в трёхмерную кристаллическую решётку,
в которой каждый ион натрия
связан с шестью ионами хлора,
а каждый ион хлора
связан с шестью ионами натрия.
Атомы хлора никогда не отдают
атомам натрия их электроны назад.
Однако эти сделки не всегда настолько специфичны.
Если один атом не может пересилить другой,
они поделят электроны между собой.
Это как обед в складчину,
когда вы с другом приносите по блюду
и едите их вместе.
Каждый атом притягивается
к поделенным электронам,
и это притяжение называется ковалентной связью.
Белки и ДНК нашего организма,
к примеру, удерживаются вместе
в основном с помощью ковалентных связей.
Некоторые атомы могут вступать в ковалентную связь
только с одним атомом,
другие — со многими.
Количество атомов, с которыми
один атом способен образовать связь,
зависит от расположения электронов.
Как же располагаются электроны?
Каждый атом чистого несвязанного вещества
электрически нейтрален,
поскольку он содержит одинаковое число
протонов в ядре
и электронов вокруг ядра.
И не все электроны готовы вступать в связь.
Только самые далёкие от ядра электроны,
находящиеся на внешней оболочке атома
и обладающие наибольшей энергией,
образуют химические связи.
Кстати, это относится и к ионным связям.
Помните хлорид натрия?
Так вот, электрон, отдаваемый натрием,
находится дальше всего от ядра,
и электронная оболочка, которую он занимает,
когда переходит к хлору, —
самая дальняя от ядра хлора.
Но вернёмся к ковалентным связям.
У углерода четыре электрона,
способных вступать в связь,
у азота три, у кислорода два.
Таким образом, углерод образует четыре связи,
азот — три, а кислород — две.
У водорода есть только один электрон,
поэтому он может вступить в одну связь.
В отдельных случаях атомы могут образовать больше связей,
чем можно было бы ожидать,
но у них на это должна быть очень веская причина,
иначе всё может развалиться.
Группы атомов, связанных ковалентно,
называются молекулами. Они могут быть небольшими.
К примеру, каждая молекула газообразного кислорода
состоит лишь из двух атомов кислорода,
связанных между собой.
Или же они могут быть очень-очень большими.
13-я человеческая хромосома состоит всего лишь из двух молекул,
но каждая из них содержит более 37 миллиардов атомов.
И вся эта конструкция, весь этот «город» атомов,
удерживается вместе простыми и скромными химическими связями.