Mi történik az elemek atomjaival a kémiai reakciók során? Milyen tulajdonságai vannak az elemeknek? Mindkét kérdésre egy válasz adható: az ok az atom külső energiaszintjének szerkezetében rejlik. Cikkünkben megvizsgáljuk a fémek és nemfémek atomjainak elektronszerkezetét, és megtudjuk a kapcsolatot a külső szint szerkezete és az elemek tulajdonságai között.
Az elektronok különleges tulajdonságai
Amikor kémiai reakció megy végbe két vagy több reagens molekulái között, az atomok elektronhéjának szerkezete megváltozik, miközben az atommagok változatlanok maradnak. Először is ismerkedjünk meg az atommagtól legtávolabbi atom szintjein elhelyezkedő elektronok jellemzőivel. A negatív töltésű részecskék az atommagtól és egymástól bizonyos távolságra rétegekbe rendeződnek. Az a tér az atommag körül, ahol a legnagyobb valószínűséggel elektronok találhatókelektronpályának nevezzük. A negatív töltésű elektronfelhő körülbelül 90%-a kondenzálódik benne. Maga az elektron az atomban a dualitás tulajdonságát mutatja, egyszerre tud részecskeként és hullámként is viselkedni.
Az atom elektronhéjának kitöltésének szabályai
Az energiaszintek száma, ahol a részecskék elhelyezkednek, megegyezik annak az időszaknak a számával, amelyben az elem található. Mit jelez az elektronikus összetétel? Kiderült, hogy a kis és nagy periódusok fő alcsoportjainak s- és p-elemeinél a külső energiaszinten lévő elektronok száma megfelel a csoportszámnak. Például az első csoportba tartozó lítiumatomok, amelyek kétrétegűek, egy elektront tartalmaznak a külső héjban. A kénatomok hat elektront tartalmaznak az utolsó energiaszinten, mivel az elem a hatodik csoport fő alcsoportjában található stb. Ha d-elemekről beszélünk, akkor a következő szabály vonatkozik rájuk: a külső negatív részecskék száma 1 (krómnál és réznél) vagy 2. Ez azzal magyarázható, hogy az atommag töltésének növekedésével először a belső d-alszint töltődik fel, és a külső energiaszintek változatlanok maradnak.
Miért változnak a kis periódusú elemek tulajdonságai?
A periódusos rendszerben az 1., 2., 3. és 7. periódusok kicsinek számítanak. Az elemek tulajdonságainak zökkenőmentes változása a nukleáris töltések növekedésével, kezdve az aktív fémektől és az inert gázokig, az elektronok számának fokozatos növekedésével magyarázható a külső szinten. Az ilyen periódusokban az első elemek azok, amelyek atomjainak csak egy illkét elektron, amely könnyen elszakadhat az atommagtól. Ebben az esetben pozitív töltésű fémion képződik.
Az amfoter elemek, mint például az alumínium vagy a cink, kis mennyiségű elektronnal töltik fel külső energiaszintjüket (1 a cinkhez, 3 az alumíniumhoz). A kémiai reakció körülményeitől függően fémek és nemfémek tulajdonságait egyaránt felmutathatják. A kis periódusú nemfémes elemek 4-7 negatív részecskét tartalmaznak atomjaik külső héján, és oktettre egészítik ki, és vonzzák az elektronokat más atomoktól. Például a legmagasabb elektronegativitási indexű nemfém - fluor - az utolsó rétegen 7 elektront tartalmaz, és mindig egy elektront vesz fel nemcsak fémekből, hanem aktív nemfémes elemekből is: oxigén, klór, nitrogén. A kis periódusok, csakúgy, mint a nagyok, inert gázokkal végződnek, amelyek egyatomos molekuláinak külső energiaszintje 8 elektronig teljesen kitöltött.
A nagy periódusú atomok szerkezetének jellemzői
Még a 4, 5 és 6 periódusos sorok is olyan elemekből állnak, amelyek külső héja csak egy vagy két elektront tud tartani. Mint korábban említettük, az utolsó előtti réteg d- vagy f- alszintjeit töltik ki elektronokkal. Általában ezek tipikus fémek. Fizikai és kémiai tulajdonságaik nagyon lassan változnak. A páratlan sorok olyan elemeket tartalmaznak, amelyekben a külső energiaszintek elektronokkal vannak feltöltve a következő séma szerint: fémek - amfoter elem - nemfémek - inert gáz. Megnyilvánulását már minden kis periódusban megfigyeltük. Például egy 4 periódusból álló páratlan sorozatban a réz fém, a cink amfoterén, majd a galliumtól a brómig a nemfémes tulajdonságok javulnak. A periódus a kriptonnal végződik, amelynek atomjai teljesen kész elektronhéjjal rendelkeznek.
Hogyan magyarázható az elemek csoportokra osztása?
Minden csoport - és nyolc van belőlük a táblázat rövid alakjában - szintén alcsoportokra oszlik, amelyeket főnek és másodlagosnak neveznek. Ez az osztályozás tükrözi az elektronok különböző pozícióit az elemek atomjainak külső energiaszintjén. Kiderült, hogy a fő alcsoportok elemei, például a lítium, a nátrium, a kálium, a rubídium és a cézium, az utolsó elektron az s-alszinten található. A fő alcsoport 7. csoportjának elemei (halogének) negatív részecskékkel töltik fel p-alszintjüket.
A másodlagos alcsoportok képviselői számára, mint például a króm, molibdén, volfrám, jellemző lesz a d-alszint elektronokkal való feltöltése. A lantanidok és aktinidák családjába tartozó elemeknél pedig a negatív töltések felhalmozódása az utolsó előtti energiaszint f-alszintjén történik. Ezenkívül a csoportszám általában egybeesik a kémiai kötések kialakítására képes elektronok számával.
Cikkünkben megtudtuk, milyen szerkezetűek a kémiai elemek atomjainak külső energiaszintjei, és meghatároztuk szerepüket az atomok közötti kölcsönhatásokban.
