"Мякоть" состоит из электронов. В окружающем нас мире нет ничего, что мы могли бы сравнить с электроном, потому что он двулик. Иногда электрон ведет себя как маленькая частица, которая быстро движется через весь атом-плод, проходя через определенные места чаще, чем через другие. А иногда, как показал французский физик де Бройль, электрон ведет себя — и именно так мы будем его здесь представлять — как волна, но волна очень своеобразная, в некоторой степени застывшая. Возьмем веревку и будем встряхивать ее за один конец. Если в какой-то момент сделать фотографию веревки, то на ней можно будет увидеть волну, распространяющуюся в одном направлении — вдоль веревки. Волна состоит из гребня (на рисунке синий) и впадины (голубая). Морские волны образуются и распространяются по поверхности в двух горизонтальных направлениях. Амплитуда волны в данный момент-гребень, впадина или зона покоя — измеряется по вертикали. А вот "застывшая электронная волна" имеет три измерения, и ее описывают, изображая объем, в котором находится волна. Мы увидим, что эти объемы могут принимать самые разнообразные формы. А для того чтобы различать гребни и впадины, потребовалось бы четвертое измерение. Гораздо проще окрасить волну: гребень синим, а впадину — голубым.
Плоская одномерная волна (например, веревка), колебание распространяется по горизонтали. По вертикали измеряется амплитуда волны
И еще одна особенность: в противоположность морским волнам, волна электрона никуда не бежит. Это — застывшая волна, окаменевшее колебание. Форма волны, которая является результатом тонкого равновесия естественных сил внутри атома, остается неизменной, стационарной.
Двумерная волна (морская волна), колебания распространяются в двух направлениях по горизонтали. И в этом случае амплитуда волны измеряется по вертикали
Эти застывшие электронные волны хранят ключ к индивидуальности атомов: форма волн определяет возможные связи с другими атомами, и своими гребнями и впадинами они дают как бы инструкции атомам во время реакции.
3.2. Волны в форме шара
Самые простые волны имеют форму шара. На определенном расстоянии от центрального ядра амплитуда такой волны одинакова в любом направлении. Шарообразная волна может состоять только из гребня или из серии гребней и впадин, сменяющих друг друга по ходу образования волны от центра к периферии.
Шарообразные волны в разрезе. Эти застывшие волны различаются числом застывших гребней и впадин (А — для единственного электрона атома водорода; Б — для третьего электрона атома лития; В — для одиннадцатого электрона атома натрия)
У атома водорода один электрон, и этот единственный электрон занимает одну шарообразную волну, состоящую только из гребня. Третий электрон в атоме лития — внешний — представляет собой как бы кожуру атома — плода и тоже находится в шарообразной волне. Но у этой волны кроме гребня есть и впадина. У атома натрия внешний одиннадцатый электрон также образует волну — шар, только уже двойную, в которой гребни и впадины чередуются с зонами покоя.
Часто атомы, у которых внешняя оболочка-кожура устроена одинаково, имеют похожие химические свойства. В особенности это касается числа связей, которые могут образовываться, и их направления. В приведенных выше примерах все три атома могут "не задумываться" о направлении сближения с другими атомами: благодаря шаровой форме их волн для них все направления хороши.
3.3. Волны в виде восьмерок и четырехлистников
Волна-восьмерка дает возможность образования связей по оси гребень-впадина. Атомы углерода, азота и кислорода используют три волны такого типа
По мере увеличения числа электронов в атоме им становится все теснее. К счастью, избежать "пробок" в движении электронов позволяют другие типы застывших волн. Первую возможность предоставляют волны в виде объемных восьмерок, составленных из двух пузырей: с одной стороны такой волны пузырь наполнен, с другой — пуст. А между ними располагается зона покоя, где как раз помещается ядро. Волна-восьмерка — ценное изобретение атомного мира — не имеет аналогий в морях нашей планеты. Электроны в атоме могут образовывать одновременно до трех восьмерок: восток-запад, север-юг, верх-низ.
Таким образом, каждая волна-восьмерка имеет свое излюбленное направление, в котором ориентированы ее гребень и впадина. И именно в этом направлении с помощью такой волны могут образовываться связи с другими атомами. Следует отметить, что атомы углерода, азота и кислорода кроме шарообразных волн используют три волны-восьмерки.