Τι είναι τα ηλεκτρόνια Valence και πώς σχετίζονται με τη δεσμευτική συμπεριφορά των ατόμων;

Όλα τα άτομα αποτελούνται από έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα που περιβάλλεται από αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια. Τα εξώτατα ηλεκτρόνια - τα ηλεκτρόνια σθένους - είναι σε θέση να αλληλεπιδράσουν με άλλα άτομα και, ανάλογα με το πώς αυτά τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με άλλα άτομα, σχηματίζεται είτε ένας ιονικός είτε ομοιοπολικός δεσμός και τα άτομα συντήκονται μαζί για να σχηματίσουν ένα μόριο.

Κάθε στοιχείο περιβάλλεται από έναν ορισμένο αριθμό ηλεκτρονίων που συσσωρεύουν τροχιακά ηλεκτρονίων. Κάθε τροχιακό απαιτεί δύο ηλεκτρόνια να είναι σταθερά και τα τροχιακά είναι οργανωμένα σε κελύφη, με κάθε διαδοχικό κέλυφος να έχει υψηλότερο επίπεδο ενέργειας από το προηγούμενο. Το χαμηλότερο κέλυφος περιέχει μόνο ένα ηλεκτρονικό τροχιακό, 1S και, συνεπώς, απαιτεί μόνο δύο ηλεκτρόνια να είναι σταθερά. Το δεύτερο κέλυφος (και όλα αυτά που ακολουθούν) περιέχει τέσσερα τροχιακά - 2S, 2Px, 2Py και 2Pz (ένα P για κάθε άξονα: x, y, z) - και απαιτεί οκτώ ηλεκτρόνια να είναι σταθερά.

Κατεβαίνοντας τις σειρές του Περιοδικού Πίνακα των Στοιχείων, υπάρχει ένα νέο κέλυφος 4 τροχιακών ηλεκτρονίων, με την ίδια ρύθμιση με το δεύτερο κέλυφος, γύρω από κάθε στοιχείο. Για παράδειγμα, το υδρογόνο στην πρώτη σειρά έχει μόνο το πρώτο κέλυφος με ένα τροχιακό (1S), ενώ το χλώριο στην τρίτη σειρά έχει το πρώτο κέλυφος (1S τροχιακό), το δεύτερο κέλυφος (2S, 2Px, 2Py, 2Pz τροχιακά) και ένα τρίτο κέλυφος (3S, 3Px, 3Py, 3Px τροχιακά).

Σημείωση: Ο αριθμός μπροστά από κάθε τροχιακό S και P είναι μια ένδειξη του κελύφους στο οποίο βρίσκεται το τροχιακό, όχι της ποσότητας.

Τα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό κέλυφος κάθε δεδομένου στοιχείου είναι τα ηλεκτρόνια σθένους. Δεδομένου ότι όλα τα στοιχεία θέλουν να έχουν ένα πλήρες εξωτερικό κέλυφος (οκτώ ηλεκτρόνια), αυτά είναι τα ηλεκτρόνια που αυτό είναι πρόθυμος είτε να μοιραστεί με άλλα στοιχεία για να σχηματίσει μόρια είτε να εγκαταλείψει εντελώς για να γίνει ιόν. Όταν τα στοιχεία μοιράζονται ηλεκτρόνια, σχηματίζεται ένας ισχυρός ομοιοπολικός δεσμός. Όταν ένα στοιχείο εκπέμπει ένα εξωτερικό ηλεκτρόνιο, οδηγεί σε αντίθετα φορτισμένα ιόντα που συγκρατούνται μαζί από έναν ασθενέστερο ιοντικό δεσμό.

Όλα τα στοιχεία ξεκινούν με μια ισορροπημένη φόρτιση. Δηλαδή, ο αριθμός των θετικά φορτισμένων πρωτονίων ισούται με τον αριθμό των αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων, με αποτέλεσμα ένα συνολικό ουδέτερο φορτίο. Ωστόσο, μερικές φορές ένα στοιχείο με μόνο ένα ηλεκτρόνιο σε ένα κέλυφος ηλεκτρονίων θα παραδώσει αυτό το ηλεκτρόνιο σε ένα άλλο στοιχείο που χρειάζεται μόνο ένα ηλεκτρόνιο για να ολοκληρώσει ένα κέλυφος.

Όταν συμβεί αυτό, το αρχικό στοιχείο πέφτει κάτω σε ένα πλήρες κέλυφος και το δεύτερο ηλεκτρόνιο ολοκληρώνει το άνω κέλυφος του. και τα δύο στοιχεία είναι τώρα σταθερά. Ωστόσο, επειδή ο αριθμός ηλεκτρονίων και πρωτονίων σε κάθε στοιχείο δεν είναι πλέον ίσος, το στοιχείο αυτό έλαβε το ηλεκτρόνιο έχει τώρα καθαρό αρνητικό φορτίο και το στοιχείο που εγκατέλειψε το ηλεκτρόνιο έχει καθαρό θετικό χρέωση. Τα αντίθετα φορτία προκαλούν μια ηλεκτροστατική έλξη που τραβά τα ιόντα μαζί σφιχτά σε ένα σχηματισμό κρυστάλλου. Αυτό ονομάζεται ιοντικός δεσμός.

Ένα παράδειγμα αυτού είναι όταν ένα άτομο νατρίου εγκαταλείπει το μόνο ηλεκτρόνιο 3S για να γεμίσει το τελευταίο κέλυφος ενός ατόμου χλωρίου, το οποίο χρειάζεται μόνο ένα ακόμη ηλεκτρόνιο για να γίνει σταθερό. Αυτό δημιουργεί τα ιόντα Na- και Cl +, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν NaCl ή κοινό επιτραπέζιο αλάτι.

Αντί να δίνουν ή να λαμβάνουν ηλεκτρόνια, δύο (ή περισσότερα) άτομα μπορούν επίσης να μοιράζονται ζεύγη ηλεκτρονίων για να γεμίσουν τα εξωτερικά τους κελύφη. Αυτό σχηματίζει έναν ομοιοπολικό δεσμό και τα άτομα συντήκονται μαζί σε ένα μόριο.

Ένα παράδειγμα αυτού είναι όταν δύο άτομα οξυγόνου (έξι ηλεκτρόνια σθένους) συναντούν άνθρακα (τέσσερα ηλεκτρόνια σθένους). Επειδή κάθε άτομο θέλει να έχει οκτώ ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του κέλυφος, το άτομο άνθρακα μοιράζεται δύο από τα ηλεκτρόνια σθένους του κάθε άτομο οξυγόνου, συμπληρώνοντας τα κελύφη τους, ενώ κάθε άτομο οξυγόνου μοιράζεται δύο ηλεκτρόνια με το άτομο άνθρακα για να ολοκληρώσει το κέλυφος. Το προκύπτον μόριο είναι διοξείδιο του άνθρακα ή CO2.