Hvad sker der med atomer under en kemisk reaktion?

Kemiske reaktioner finder sted, når atomer på to eller flere stoffer udveksler eller deler elektroner. Reaktionen producerer atomer og molekyler med elektronerne arrangeret forskelligt. Den ændrede konfiguration af atomerne involverer en ændring i energi, hvilket betyder at den kemiske reaktion enten afgiver eller absorberer lys, varme eller elektricitet. Til gengæld skal energi fjernes eller tilvejebringes for at adskille atomerne i deres oprindelige tilstand.

Kemiske reaktioner styrer mange af dagligdagens processer og kan være ekstremt komplicerede med både atomer og molekyler, der går ind i en reaktion og producerer helt forskellige kombinationer af atomer og molekyler som produkter af reaktion. De forskellige reaktionstyper og måden, hvorpå elektroner udveksles eller deles, kan producere så forskellige produkter som plast, medicin og rengøringsmidler.

TL; DR (for lang; Læste ikke)

Under en kemisk reaktion vinder, mister eller deler atomerne i de originale stoffer deres elektroner med stofferne, som de reagerer med. Reaktionen skaber nye stoffer, der består af en ny kombination af atomer og en anden konfiguration af elektroner.

Atomer består af en kerne og omgivende elektroner. Elektronerne arrangerer sig i skaller omkring kernen, og hver skal har plads til et fast antal elektroner. For eksempel har den inderste skal af et atom plads til to elektroner. Den næste skal har plads til otte. Den tredje skal har tre underskaller, der har plads til to, seks og 10 elektroner. Kun elektronerne i den yderste skal eller valensskallen deltager i kemiske reaktioner.

Et atom starter altid med et fast antal elektroner, givet ved atomnummeret. Atomnummerets elektroner fylder elektronskallerne indefra og ud og efterlader de resterende elektroner i den udvendige skal. Elektronerne i den ydre valensskal bestemmer, hvordan et atom opfører sig, hvad enten det tager, giver eller deling af elektroner til at deltage i kemiske reaktioner og til at danne to typer kemiske bindinger: ioniske og kovalent.

Atomer er mest stabile, når deres valenselektronskaller er fulde. Afhængigt af atomets atomnummer kan det betyde at have to, otte eller flere elektroner i den ydre skal. En måde at fuldføre skaller på er, at atomer, der har en eller to elektroner i deres valensskal, donerer dem til atomer, der mangler en eller to i deres yderste skal. Sådanne kemiske reaktioner involverer udveksling af elektroner mellem to eller flere atomer med det resulterende stof, der består af to eller flere ioner.

For eksempel har natrium et atomnummer på 11, hvilket betyder at den inderste skal har to elektroner; den næste skal har otte, og den yderste valensskal har en. Natrium kunne have en komplet yderste skal, hvis den donerede sin ekstra elektron. Klor har derimod et atomnummer på 17. Dette betyder, at den har to elektroner i sin indre skal, otte i den næste skal, to i den næste subshell og fem i den yderste subshell, hvor der er plads til seks. Klor kan fuldføre sin yderste skal ved at acceptere en ekstra elektron.

Faktisk reagerer natrium og klor med en lysegul flamme for at danne en ny forbindelse, natriumchlorid eller bordsalt. I den kemiske reaktion giver hvert natriumatom sin enkelt udvendige elektron til et kloratom. Natriumatomet bliver en positivt ladet ion, og chloratomet bliver negativt ladet. De to forskelligt ladede ioner tiltrækker for at danne det stabile natriumchloridmolekyle med en ionbinding.

Mange atomer har mere end en eller to elektroner i deres valensskal, men at opgive tre eller fire elektroner kan gøre det resterende atom ustabilt. I stedet indgår sådanne atomer i et delingsarrangement med andre atomer for at danne en kovalent binding.

For eksempel har kulstof atomnummer seks, hvilket betyder at det har to elektroner i sin indre skal og fire i den anden skal med plads til otte. I teorien kunne et kulstofatom opgive sine fire yderste elektroner eller modtage fire elektroner for at fuldføre sin yderste skal og danne en ionbinding. I praksis danner et carbonatom en kovalent binding med andre atomer, der kan dele elektroner, såsom hydrogenatomet.

I metan deler et enkelt carbonatom sine fire elektroner med fire brintatomer, hver med en enkelt delt elektron. Deling betyder, at otte elektroner fordeles over kulstof- og brintatomerne, så forskellige skaller er fulde på forskellige tidspunkter. Methan er et eksempel på en stabil kovalent binding.

Afhængigt af de involverede atomer kan kemiske reaktioner resultere i mange kombinationer af bindinger, da elektroner overføres og deles i forskellige stabile arrangementer. To af de vigtigste træk ved en kemisk reaktion er de ændrede elektronkonfigurationer og stabiliteten af ​​reaktionens produkter.