Чтобы облегчить понимание этого важнейшего современного открытия, предпримем небольшой экскурс в квантовую механику. Развивая теорию строения атома, Резерфорд путем многочисленных экспериментов пришел к выводу, что в центре атома имеется очень маленькое ядро, которое заряжено положительно. Как выяснилось позднее, оно содержит в себе протоны и нейтроны. Во внешних оболочках атома находятся отрицательно заряженные электроны. Окружающие ядро атома электроны в свою очередь подразделяются на определенные группы и образуют так называемые электронные оболочки. Ближайшая к ядру оболочка была названа К-оболочкой, последующие – L-, M-, N-оболочками и т. д. Согласно этой теории, на ближайшей к ядру оболочке могут располагаться только два электрона, на следующей (L-оболочке) – 8, на М – 18, на N – 32 и т. д. На последнем же слое – не более 8.
Итак, разные вещества имеют разное количество электронов вокруг ядра каждого атома и, естественно, разное количество электронных оболочек (энергетических уровней). А на каждом энергетическом уровне может быть строго ограниченное количество электронов. Целиком заполненный внешний слой есть только у инертных газов – потому они и называются инертными, что в результате «полной комплектности» практически не вступают в химические соединения ни с какими другими веществами; ведь во время химических реакций атомы всех элементов «обмениваются» друг с другом электронами, стремясь либо дополнить свой внешний слой, либо и вовсе «освободиться» от него. Например, у фтора на внешней оболочке имеется 7 электронов, поэтому фтор очень активен; он постоянно стремится отнять недостающий электрон у любого другого элемента.
Таким образом, когда два атома сталкиваются и вступают в реакцию, они или соединяются вместе, объединяя свои электроны, или же вновь расходятся после перераспределения электронов. Именно это объединение или перераспределение электронов и вызывает наблюдаемое изменение свойств веществ. Причем обычно все подобные химические изменения затрагивают только электроны – протоны центрального ядра во всех случаях, кроме одного, надежно защищены. Исключение же составляет как раз атом водорода, ядро которого состоит из одного протона. Если атом водорода потеряет единственный свой электрон (ионизируется), то его протон останется незащищенным. Все же остальные элементы, как правило, теряют атомы лишь с внешних оболочек. Что касается металлов, то они, как правило, имеют на внешней орбите сравнительно малое число электронов: 1, 2 или 3. Естественно, для них легче отдать электроны, чем и объясняется их хорошая электропроводность.