Powtórka z fizyki - na luzie

Nie bójcie się, bez zaliczeń i egzaminów. Nie ma z czego! Małe zastrzeżenie - będziemy się tu posługiwać daleko idącymi uproszczeniami. Dobrych uczniów prosimy o wybaczenie uproszczeń... a tym gorszym sugerujemy, by skonfrontowali wyniesioną z tego materiału wiedzę z podręcznikami fizyki. Dlaczego? Bo będziemy się tu posługiwać modelem atomu Rutherforda-Bohra, który we współczesnym nauczaniu fizyki jest w niełasce. Ale ten model, jako najbardziej przejrzysty, jest dla nas najlepszy. Jak wygląda?

Atom, według Rutherforda i Bohra, składa się z jądra i krążących wokół niego elektronów. Ich orbity nie są przypadkowe, odpowiadają kwantowym poziomom energetycznym. Nie wnikając w kwantowe uwarunkowania, powiedzmy jedynie tyle, że praktycznie orbity tworzą warstwy, stąd określenia powłoki czy warstwy elektronowej. W każdej z nich może się znaleźć co najwyżej określona liczba elektronów - licząc od strony jądra odpowiednio 2, 8 i 8. Popatrzmy, jak wygląda atom naszego ulubionego pierwiastka - krzemu. I nie zwracając uwagi na kłębiące się wokół jądra elektrony bliższych warstw, zwróćmy jedynie uwagę na fakt, że w zewnętrznej warstwie, zwanej warstwą walencyjną, jest ich cztery. A tymczasem... Matka Natura chciałaby, by ich było osiem. Osiem elektronów to pojemność tej warstwy w atomach wszystkich pierwiastków obdarzonych większą liczbą warstw, a jeśli warstwa ta jest równocześnie warstwą zewnętrzną, czyli walencyjną, mamy do czynienia z pierwiastkiem szlachetnym (gazem szlachetnym). Atom krzemu jest więc "w pół drogi" do szlachectwa, ze swoimi czterema elektronami walencyjnymi. Jak sobie radzi? Łącząc się z czterema sąsiednimi atomami podczas procesu krystalizacji, atom krzemu niweluje lukę w swojej powłoce walencyjnej, to samo czynią sąsiednie, powstaje twór zwany monokryształem.