Co určuje chemické chování atomu?

Prvky jsou tvořeny atomy a struktura atomu určuje, jak se bude chovat při interakci s jinými chemikáliemi. Klíč při určování toho, jak se bude atom chovat v různých prostředích, spočívá v uspořádání elektronů v atomu.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Když atom reaguje, může získat nebo ztratit elektrony nebo může sdílet elektrony se sousedním atomem a vytvořit chemickou vazbu. Snadnost, s jakou může atom získat, ztratit nebo sdílet elektrony, určuje jeho reaktivitu.

Atomy se skládají ze tří typů subatomárních částic: protony, neutrony a elektrony. Identita atomu je určena jeho protonovým číslem nebo atomovým číslem. Například jakýkoli atom mající 6 protonů je klasifikován jako uhlík. Atomy jsou neutrální entity, takže mají vždy stejný počet kladně nabitých protonů a záporně nabitých elektronů. O elektronech se říká, že obíhají kolem centrálního jádra, které drží elektrostatická přitažlivost mezi kladně nabitým jádrem a samotnými elektrony. Elektrony jsou uspořádány v energetických úrovních nebo skořápkách: definované oblasti vesmíru kolem jádra. Elektrony zaujímají nejnižší dostupné energetické úrovně, tj. Nejblíže jádru, ale každá energetická úroveň může obsahovat pouze omezený počet elektronů. Poloha nejvzdálenějších elektronů je klíčová při určování chování atomu.

Počet elektronů v atomu je určen počtem protonů. To znamená, že většina atomů má částečně naplněnou hladinu vnější energie. Když atomy reagují, mají tendenci se snažit dosáhnout úplné úrovně vnější energie, a to buď ztrátou vnějších elektronů, získáním dalších elektronů nebo sdílením elektronů s jiným atomem. To znamená, že je možné předpovědět chování atomu zkoumáním jeho elektronové konfigurace. Ušlechtilé plyny, jako je neon a argon, se vyznačují svou inertní povahou: Nezúčastňují se chemické reakce s výjimkou velmi extrémních okolností, protože již mají stabilní plnou vnější energii úroveň.

Periodická tabulka prvků je uspořádána tak, že prvky nebo atomy s podobnými vlastnostmi jsou seskupeny do sloupců. Každý sloupec nebo skupina obsahuje atomy s podobným elektronovým uspořádáním. Například prvky jako sodík a draslík v levém sloupci periodické tabulky obsahují každý 1 elektron ve své nejvzdálenější energetické úrovni. Říká se o nich, že jsou ve skupině 1, a protože vnější elektron je k jádru přitahován jen slabě, lze jej snadno ztratit. Díky tomu jsou atomy skupiny 1 vysoce reaktivní: Při chemických reakcích s jinými atomy snadno ztrácejí vnější elektron. Podobně mají prvky ve skupině 7 jediné volné místo ve své vnější energetické úrovni. Jelikož jsou hladiny vnější energie nejstabilnější, mohou tyto atomy snadno přilákat další elektron, když reagují s jinými látkami.

Ionizační energie (I.E.) je míra snadnosti, s jakou lze elektrony odstranit z atomu. Prvek s nízkou ionizační energií bude snadno reagovat ztrátou vnějšího elektronu. Ionizační energie se měří pro postupné odstraňování každého elektronu atomu. První ionizační energie označuje energii potřebnou k odstranění prvního elektronu; druhá ionizační energie označuje energii potřebnou k odstranění druhého elektronu atd. Zkoumáním hodnot pro následné ionizační energie atomu lze předpovědět jeho pravděpodobné chování. Například prvek skupiny 2 vápník má nízkou 1. I.E. 590 kilojoulů na mol a relativně nízké 2. I.E. 1145 kilojoulů na mol. 3. I.E. je mnohem vyšší při 4912 kilojoulech na mol. To naznačuje, že když vápník reaguje, je velmi pravděpodobné, že ztratí první dva snadno odstranitelné elektrony.

Elektronová afinita (Ea) je měřítkem toho, jak snadno může atom získat další elektrony. Atomy s nízkou elektronovou afinitou bývají velmi reaktivní, například fluor je nejvíce reaktivní prvek v periodické tabulce a má velmi nízkou afinitu k elektronům při -328 kilojoulech na mol. Stejně jako u ionizační energie má každý prvek řadu hodnot představujících elektronovou afinitu přidání prvního, druhého a třetího elektronu atd. Postupné elektronové afinity prvku znovu naznačují, jak bude reagovat.