Mi határozza meg az atom kémiai viselkedését?

Az elemek atomokból állnak, és az atom szerkezete meghatározza, hogyan fog viselkedni más vegyi anyagokkal való kölcsönhatásban. A kulcs annak meghatározásában, hogy az atom hogyan fog viselkedni a különböző környezetekben, az elektronok atomon belüli elrendeződésében rejlik.

TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)

Amikor egy atom reagál, elektronokat nyerhet vagy veszíthet, vagy megoszthatja az elektronokat a szomszédos atomokkal, hogy kémiai kötést alkosson. Az a képesség, amellyel egy atom nyerhet, elveszíthet vagy megoszthat elektronokat, meghatározza reaktivitását.

Az atomok háromféle szubatomi részecskéből állnak: protonokból, neutronokból és elektronokból. Az atom azonosságát protonszáma vagy atomszáma határozza meg. Például bármely 6 protont tartalmazó atomot szénnek minősítenek. Az atomok semleges entitások, ezért mindig azonos számban vannak pozitív töltésű protonok és negatív töltésű elektronok. Az elektronok állítólag a központi mag körül keringenek, amelyet a pozitív töltésű mag és maguk az elektronok közötti elektrosztatikus vonzás tart a helyzetükben. Az elektronok energiaszintekben vagy héjakban vannak elrendezve: a mag körül meghatározott térterületek. Az elektronok a legalacsonyabb elérhető energiaszintet foglalják el, vagyis a legközelebb vannak a maghoz, de mindegyik energiaszint csak korlátozott számú elektronot tartalmazhat. A legkülső elektronok helyzete kulcsfontosságú az atom viselkedésének meghatározásában.

Az atomok elektronjának számát a protonok száma határozza meg. Ez azt jelenti, hogy a legtöbb atomnak részben kitöltött külső energiaszintje van. Amikor az atomok reagálnak, hajlamosak teljes külső energiaszintet elérni, vagy a külső elektronok elvesztésével, extra elektronok megszerzésével vagy az elektronok megosztásával egy másik atomdal. Ez azt jelenti, hogy meg lehet jósolni egy atom viselkedését az elektronkonfigurációjának vizsgálatával. A nemesgázok, mint például a neon és az argon, közömbösek inert jellegük miatt: nem vesznek részt kémiai reakciók, kivéve nagyon extrém körülmények között, mivel ezek már stabil teljes külső energiával rendelkeznek szint.

Az elemek periódusos táblázata úgy van elrendezve, hogy a hasonló tulajdonságokkal rendelkező elemek vagy atomok oszlopokba csoportosuljanak. Minden oszlop vagy csoport hasonló elektronelrendezésű atomokat tartalmaz. Például a periódusos rendszer bal oldali oszlopában található olyan elemek, mint a nátrium és a kálium, egy-egy elektront tartalmaznak a legkülső energiaszintjükben. Állítólag az 1. csoportba tartoznak, és mivel a külső elektron csak gyengén vonzódik a maghoz, könnyen elveszhet. Ez az 1. csoport atomjait nagyon reaktívvá teszi: Más atomokkal folytatott kémiai reakciók során könnyen elveszítik külső elektronjukat. Hasonlóképpen, a 7. csoport elemei külső energiaszintjükben egyetlen üresen állnak. Mivel a teljes külső energiaszint a legstabilabb, ezek az atomok könnyen további elektronokat vonzhatnak, amikor más anyagokkal reagálnak.

Az ionizációs energia (I.E.) annak mértéke, hogy az elektronok miként távolíthatók el az atomból. Az alacsony ionizációs energiájú elem könnyen reagál, ha elveszíti külső elektronját. Az ionizációs energiát az atom egyes elektronjainak egymást követő eltávolításához mérjük. Az első ionizációs energia az első elektron eltávolításához szükséges energiára utal; a második ionizációs energia a második elektron eltávolításához szükséges energiára és így tovább. Az atom egymást követő ionizációs energiáinak értékeit megvizsgálva megjósolható annak valószínű viselkedése. Például a 2. csoportba tartozó kalcium alacsony I. I. mólenként 590 kilojoule és viszonylag alacsony I. I. mol / mol 1145 kilojoule. A 3. I.E. sokkal magasabb, 4912 kilojoule / mol. Ez arra utal, hogy amikor a kalcium reagál, akkor valószínűleg elveszíti az első két könnyen eltávolítható elektronot.

Az elektron affinitás (Ea) annak mértéke, hogy az atom milyen könnyen nyerhet extra elektronokat. Az alacsony elektron affinitású atomok általában nagyon reaktívak, például a fluor a leginkább reaktív elem a periódusos rendszerben, és nagyon alacsony elektron-affinitása van -328 kilojoule-on molonként. Az ionizációs energiához hasonlóan minden elemnek van egy sor értéke, amely az első, a második és a harmadik elektron hozzáadásának elektron-affinitását képviseli. Ismét egy elem egymást követő elektron affinitása jelzi, hogyan fog reagálni.