שכנים בעלי אופי הפוך
כלור הוא גז צהוב־ירוק שמלבין בדים, הורג חיידקים בבריכות שחייה ושימש כנשק במלחמת העולם הראשונה. לארגון, היסוד הבא אחריו בטבלה המחזורית, יש פרוטון אחד ואלקטרון אחד יותר. הוא לא פעיל עד כדי כך שמזרימים אותו לנורות ולמבערי ריתוך בדיוק משום שלא קורה לו כלום. פלואור וניאון, ברום וקריפטון, יוד וקסנון הם אותו סיפור, שורה אחת למעלה או למטה.
שתי המשפחות האלה יושבות בשני הטורים האחרונים של הטבלה המחזורית. בטור 17 נמצאים ההלוגנים, שם שפירושו “יוצרי מלח”. בטור 18 נמצאים הגזים האצילים, שקיבלו את שמם מכך שהם מתבדלים מכל השאר. מה שמפריד ביניהן הוא אלקטרון יחיד בקליפה החיצונית ביותר.
שבעה ושמונה
האלקטרונים ממלאים את האטום בקליפות, כל אחת רחוקה יותר מהגרעין מקודמתה. הקליפה החיצונית ביותר קובעת איך האטום מתנהג עם אטומים אחרים. אצל היסודות האלה יש בה מקום לשמונה אלקטרונים.
להלוגן יש שבעה אלקטרונים חיצוניים: מקום אחד בקליפה החיצונית פנוי. לגז אציל יש שמונה: הקליפה החיצונית שלו מלאה. ספרו אותם בסצנה; המקום הפנוי בקליפה של הלוגן מסומן בטבעת קטנה.
נסו: בחרו הלוגן (קבוצה 17) והזיזו את הכנסת נתרן אל פוגש נתרן. אחר כך העבירו את משפחה לגז אציל (קבוצה 18) והזיזו אותו שוב.
למה מקום פנוי אחד גורם לאטום לחטוף
בגרעין של אטום כלור יש 17 פרוטונים. הקליפות הפנימיות שלו מחזיקות 10 אלקטרונים, שממסכים את רוב המטען החיובי הזה, אבל אלקטרון בקליפה החיצונית עדיין מרגיש משיכה חזקה. אלקטרון נוסף שמגיע למקום הפנוי מרגיש אותה משיכה, והנפילה שלו לתוכו משחררת אנרגיה: 349 קילוג’ול על כל מול של אטומי כלור. המספר הזה, הזיקה האלקטרונית, מופיע בנתונים שליד הניסוי.
לנתרן יש הבעיה ההפוכה. האלקטרון האחד־עשר שלו יושב לבדו בקליפה שלישית, רחוק וממוסך על ידי עשרת האלקטרונים שמתחתיו, ולכן צריך רק 496 kJ/mol כדי לתלוש אותו. כששניהם נפגשים, האלקטרון עובר מאחד לשני. הנתרן הופך ליון חיובי, Na⁺, והכלור הופך ליון כלוריד שלילי, Cl⁻. ספרו את הקליפות: לשניהם יש עכשיו קליפות חיצוניות מלאות, כמו לגזים האצילים שמשני צדיהם. מטענים הפוכים נמשכים זה לזה, והשניים נצמדים יחד כמלח, ומכאן קיבלו ההלוגנים את שמם. יצירת מול של נתרן כלורי ממתכת נתרן ומגז כלור משחררת 411 kJ, ההבזק שבסצנה.
קליפה מלאה דוחה את כולם
לגז אציל אין איפה לשים אלקטרון נוסף. הוא היה צריך לפתוח קליפה חדשה שלמה, רחוקה יותר, שבה שמונת האלקטרונים שמתחתיה ממסכים את הגרעין כמעט לגמרי. הטבעת המקווקוות מראה איפה הייתה הקליפה החדשה הזאת. אלקטרון שם לא מוחזק בכלל, ולכן אף גז אציל לא יוצר יון שלילי יציב.
וגז אציל גם לא מוותר בקלות על אלקטרון. האלקטרונים החיצוניים של ניאון מרגישים משיכה חזקה ממרחק קטן, ולכן צריך 2081 kJ/mol כדי להסיר אחד מהם, הערך השני בגובהו מכל היסודות אחרי הליום. כשאין מה להרוויח לא ממסירה ולא מקבלה, הנתרן פשוט נהדף לאחור.
במורד הקבוצה
ירידה לאורך טור מוסיפה קליפה בכל שורה, ולכן האטומים גדלים: רדיוס האטום שבנתונים עולה מ־57 פיקומטר בפלואור ל־139 ביוד. הקליפה החיצונית יושבת רחוק יותר מהגרעין ומאחורי יותר אלקטרונים, ולכן המשיכה של הגרעין בשוליים נחלשת.
אצל ההלוגנים זה אומר תגובות פחות עזות. העבירו את מחזור (שורה) ל־2 ומשם עד 5, כשהכנסת נתרן על פוגש נתרן: ההבזק הגדול ביותר הוא של פלואור, היסוד הפעיל ביותר שיש, והקטן ביותר הוא של יוד, שעדין מספיק כדי למרוח אותו על חתך כחומר חיטוי. הזיקה האלקטרונית של פלואור קטנה מעט מזו של כלור, כי הקליפה הזעירה שלו כבר צפופה, אבל הקשרים שלו לאטומים אחרים חזקים כל כך שהוא עדיין מגיב בעוצמה הרבה ביותר.
אצל הגזים האצילים, משיכה חלשה יותר הופכת את האלקטרונים החיצוניים לקלים יותר להסרה: 2081 kJ/mol בניאון, 1170 בקסנון. זה נמוך מספיק כדי שהיסוד הרעב ביותר לאלקטרונים מכולם יוכל לקבל בהם חלק. בשנת 1962 יצרו כימאים את התרכובת הראשונה של גז אציל, וכיום ידוע שקסנון וקריפטון יוצרים פלואורידים כמו XeF₂. ניאון והליום עדיין לא יוצרים שום תרכובת יציבה.
מה המודל הזה משאיר בחוץ
אלקטרונים אינם חרוזים שמסתובבים על טבעות. כל אחד מהם פרוש בענן סביב הגרעין, והקליפות הן שכבות של העננים האלה; הסצנה של אטומים מראה אותם. רק הקליפה החיצונית כאן מצוירת בקנה מידה, לפי רדיוסים אטומיים ויוניים מדודים; הקליפות הפנימיות מרווחות כדי שאפשר יהיה לספור אותן, והגרעין, שבמציאות קטן בערך פי מאה אלף מהאטום, מצויר גדול מספיק כדי לראות אותו.
בתגובה אמיתית האלקטרון לא מחכה שהאטומים ייגעו זה בזה. הוא יכול לקפוץ מרחק של כמה רוחבי אטום, ולכן אדי נתרן וכלור מגיבים כל כך מהר. כלור ושאר ההלוגנים גם מופיעים כמולקולות של שני אטומים, Cl₂, שצריך קודם לפרק, וערכי החום המצוטטים הם ליצירה של מול שלם של מלח מוצק מהיסודות, ולא לזוג אטומים אחד. דגימת הפלואור מצוירת בזכוכית לשם השוואה; פלואור אמיתי תוקף זכוכית, ושומרים אותו במתכת.