Kas nutinka elementų atomams vykstant cheminėms reakcijoms? Kokios yra elementų savybės? Į abu šiuos klausimus galima atsakyti vieną: priežastis slypi atomo išorinio energijos lygio struktūroje. Savo straipsnyje apžvelgsime metalų ir nemetalų atomų elektroninę struktūrą ir išsiaiškinsime ryšį tarp išorinio lygmens sandaros ir elementų savybių.
Ypatingos elektronų savybės
Kai vyksta cheminė reakcija tarp dviejų ar daugiau reagentų molekulių, pakinta atomų elektronų apvalkalų struktūra, o jų branduoliai lieka nepakitę. Pirmiausia susipažinkime su elektronų, esančių labiausiai nuo branduolio nutolusio atomo lygiuose, charakteristikomis. Neigiamą krūvį turinčios dalelės yra išsidėsčiusios sluoksniais tam tikru atstumu nuo branduolio ir viena nuo kitos. Erdvė aplink branduolį, kurioje greičiausiai yra elektronųvadinama elektronų orbitale. Jame kondensuojasi apie 90 % neigiamo krūvio elektronų debesies. Pats elektronas atome turi dvilypumo savybę, jis vienu metu gali elgtis ir kaip dalelė, ir kaip banga.
Atomo elektroninio apvalkalo užpildymo taisyklės
Energijos lygių, kuriuose yra dalelės, skaičius yra lygus periodo, kuriame yra elementas, skaičiui. Ką rodo elektroninė kompozicija? Paaiškėjo, kad elektronų skaičius išoriniame energijos lygyje mažojo ir didelio periodų pagrindinių pogrupių s- ir p-elementams atitinka grupės skaičių. Pavyzdžiui, pirmosios grupės ličio atomai, turintys du sluoksnius, turi vieną elektroną išoriniame apvalkale. Sieros atomai turi šešis elektronus paskutiniame energijos lygyje, nes elementas yra pagrindiniame šeštosios grupės pogrupyje ir tt Jei mes kalbame apie d-elementus, tada jiems galioja tokia taisyklė: išorinių neigiamų dalelių skaičius. yra 1 (chromui ir variui) arba 2. Tai paaiškinama tuo, kad didėjant atomų branduolio krūviui, pirmiausia užpildomas vidinis d polygis ir išoriniai energijos lygiai lieka nepakitę.
Kodėl keičiasi mažų laikotarpių elementų savybės?
Periodinėje sistemoje 1, 2, 3 ir 7 periodai laikomi mažais. Sklandus elementų savybių pasikeitimas didėjant branduoliniams krūviams, pradedant nuo aktyvių metalų ir baigiant inertinėmis dujomis, paaiškinamas laipsnišku elektronų skaičiaus padidėjimu išoriniame lygmenyje. Pirmieji elementai tokiais laikotarpiais yra tie, kurių atomai turi tik vieną arbadu elektronai, kurie gali lengvai atitrūkti nuo branduolio. Tokiu atveju susidaro teigiamai įkrautas metalo jonas.
Amfoteriniai elementai, tokie kaip aliuminis arba cinkas, užpildo savo išorinės energijos lygius nedideliu kiekiu elektronų (1 – cinkui, 3 – aliuminiui). Priklausomai nuo cheminės reakcijos sąlygų, jie gali turėti ir metalų, ir nemetalų savybių. Nemetaliniai mažų periodų elementai turi nuo 4 iki 7 neigiamų dalelių ant išorinių jų atomų apvalkalų ir užbaigia jį iki okteto, pritraukdami elektronus iš kitų atomų. Pavyzdžiui, nemetalas, turintis didžiausią elektronegatyvumo indeksą – fluoras, paskutiniame sluoksnyje turi 7 elektronus ir visada paima vieną elektroną ne tik iš metalų, bet ir iš aktyvių nemetalinių elementų: deguonies, chloro, azoto. Maži periodai, kaip ir dideli, baigiasi inertinėmis dujomis, kurių monoatominės molekulės turi išorinį energijos lygį iki 8 elektronų.
Didelių laikotarpių atomų struktūros ypatumai
Netgi 4, 5 ir 6 periodų eilutės susideda iš elementų, kurių išoriniuose apvalkaluose gali būti tik vienas ar du elektronai. Kaip minėjome anksčiau, jie užpildo priešpaskutinio sluoksnio d arba f polygius elektronais. Paprastai tai yra tipiški metalai. Jų fizinės ir cheminės savybės kinta labai lėtai. Nelyginėse eilutėse yra tokie elementai, kuriuose išoriniai energijos lygiai užpildomi elektronais pagal tokią schemą: metalai - amfoterinis elementas - nemetalai - inertinės dujos. Mes jau stebėjome jo pasireiškimą visais mažais laikotarpiais. Pavyzdžiui, nelyginėje 4 periodų serijoje varis yra metalas, cinkas yra amfoterenas, tada nuo galio iki bromo sustiprėja nemetalinės savybės. Laikotarpis baigiasi kriptonu, kurio atomai turi visiškai užbaigtą elektronų apvalkalą.
Kaip paaiškinti elementų skirstymą į grupes?
Kiekviena grupė – ir jų yra aštuonios trumpoje lentelės formoje, taip pat yra suskirstyta į pogrupius, vadinamus pagrindine ir antrine. Ši klasifikacija atspindi skirtingas elektronų padėtis elementų atomų išoriniame energijos lygyje. Paaiškėjo, kad pagrindinių pogrupių elementai, pavyzdžiui, ličio, natrio, kalio, rubidžio ir cezio, paskutinis elektronas yra s polygyje. Pagrindinio pogrupio 7 grupės elementai (halogenai) užpildo savo p polygį neigiamomis dalelėmis.
Antrinių pogrupių, tokių kaip chromas, molibdenas, volframas, atstovams d-polygio užpildymas elektronais bus būdingas. O elementams, įtrauktiems į lantanidų ir aktinidų šeimas, neigiami krūviai kaupiasi priešpaskutinio energijos lygio f polygyje. Be to, grupės numeris, kaip taisyklė, sutampa su elektronų, galinčių sudaryti cheminius ryšius, skaičiumi.
Mūsų straipsnyje išsiaiškinome, kokią struktūrą turi cheminių elementų atomų išoriniai energijos lygiai, ir nustatėme jų vaidmenį tarpatominėje sąveikoje.
