Što određuje kemijsko ponašanje atoma?

Elementi su izrađeni od atoma, a struktura atoma određuje kako će se ponašati u interakciji s drugim kemikalijama. Ključ u određivanju ponašanja atoma u različitim okruženjima leži u rasporedu elektrona unutar atoma.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Kad atom reagira, može dobiti ili izgubiti elektrone ili dijeliti elektrone sa susjednim atomom kako bi stvorio kemijsku vezu. Lakoća s kojom atom može dobiti, izgubiti ili dijeliti elektrone određuje njegovu reaktivnost.

Atomi se sastoje od tri vrste subatomskih čestica: protona, neutrona i elektrona. Identitet atoma određuje se njegovim protonskim brojem ili atomskim brojem. Na primjer, bilo koji atom koji ima 6 protona klasificiran je kao ugljik. Atomi su neutralni entiteti, pa uvijek imaju jednak broj pozitivno nabijenih protona i negativno nabijenih elektrona. Kaže se da elektroni kruže oko središnje jezgre, koju drži elektrostatička privlačnost između pozitivno nabijene jezgre i samih elektrona. Elektroni su raspoređeni u energetske razine ili ljuske: definirana područja prostora oko jezgre. Elektroni zauzimaju najnižu dostupnu razinu energije, odnosno najbližu jezgri, ali svaka razina energije može sadržavati samo ograničeni broj elektrona. Položaj najudaljenijih elektrona ključan je u određivanju ponašanja atoma.

Broj elektrona u atomu određuje se brojem protona. To znači da većina atoma ima djelomično ispunjenu vanjsku razinu energije. Kada atomi reagiraju, oni nastoje postići potpunu razinu vanjske energije, bilo gubitkom vanjskih elektrona, dobivanjem dodatnih elektrona ili dijeljenjem elektrona s drugim atomom. To znači da je moguće predvidjeti ponašanje atoma ispitivanjem njegove elektronske konfiguracije. Plemeniti plinovi poput neona i argona značajni su po svom inertnom karakteru: oni ne sudjeluju u kemijske reakcije, osim u vrlo ekstremnim okolnostima, jer već imaju stabilnu punu vanjsku energiju nivo.

Periodni sustav elemenata raspoređen je tako da se elementi ili atomi sličnih svojstava grupiraju u stupce. Svaki stupac ili skupina sadrži atome sa sličnim elektronskim rasporedom. Na primjer, elementi poput natrija i kalija u lijevom stupcu Periodnog sustava sadrže po jedan elektron u svojoj najudaljenijoj razini energije. Kaže se da su u skupini 1, a budući da vanjski elektron jezgru slabo privlači, može se lako izgubiti. To atome Grupe 1 čini vrlo reaktivnim: Oni lako gube svoj vanjski elektron u kemijskim reakcijama s drugim atomima. Slično tome, elementi u skupini 7 imaju jedno slobodno mjesto na svojoj vanjskoj razini energije. Budući da su pune vanjske razine energije najstabilnije, ti atomi mogu lako privući dodatni elektron kada reagiraju s drugim tvarima.

Energija jonizacije (I.E.) mjera je lakoće kojom se elektroni mogu ukloniti iz atoma. Element s niskom energijom ionizacije reagirat će gubitkom svog vanjskog elektrona. Energija jonizacije mjeri se za uzastopno uklanjanje svakog elektrona atoma. Prva energija ionizacije odnosi se na energiju potrebnu za uklanjanje prvog elektrona; druga energija ionizacije odnosi se na energiju potrebnu za uklanjanje drugog elektrona i tako dalje. Ispitivanjem vrijednosti za uzastopne ionizacijske energije atoma može se predvidjeti njegovo vjerovatno ponašanje. Na primjer, kalcij u skupini 2 ima niski 1.E. od 590 kilodžula po molu i relativno nizak 2. I.E. od 1145 kilodžula po molu. Međutim, 3. I.E. je mnogo veća pri 4912 kilojoula po molu. To sugerira da će, kad kalcij reagira, najvjerojatnije izgubiti prva dva elektrona koja se lako mogu ukloniti.

Afinitet prema elektronu (Ea) mjera je koliko lako atom može dobiti dodatne elektrone. Atomi s niskim afinitetima elektrona imaju tendenciju biti vrlo reaktivni, na primjer najviše je fluora reaktivni element u Periodnom sustavu i ima vrlo nizak afinitet za elektrone na -328 kilodžula po krtici. Kao i kod energije ionizacije, svaki element ima niz vrijednosti koje predstavljaju afinitet prema elektronu dodavanja prvog, drugog i trećeg elektrona i tako dalje. Još jednom, uzastopni elektronski afiniteti elementa daju naznaku kako će reagirati.