Gli elementi sono fatti di atomi e la struttura dell'atomo determina come si comporterà quando interagirà con altre sostanze chimiche. La chiave per determinare come si comporterà un atomo in ambienti diversi risiede nella disposizione degli elettroni all'interno dell'atomo.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Quando un atomo reagisce, può guadagnare o perdere elettroni, oppure può condividere elettroni con un atomo vicino per formare un legame chimico. La facilità con cui un atomo può acquisire, perdere o condividere elettroni ne determina la reattività.
Struttura atomica
Gli atomi sono costituiti da tre tipi di particelle subatomiche: protoni, neutroni ed elettroni. L'identità di un atomo è determinata dal suo numero di protoni o numero atomico. Ad esempio, qualsiasi atomo con 6 protoni è classificato come carbonio. Gli atomi sono entità neutre, quindi hanno sempre un numero uguale di protoni con carica positiva ed elettroni con carica negativa. Si dice che gli elettroni orbitino attorno al nucleo centrale, tenuti in posizione dall'attrazione elettrostatica tra il nucleo caricato positivamente e gli elettroni stessi. Gli elettroni sono disposti in livelli energetici o gusci: aree di spazio definite attorno al nucleo. Gli elettroni occupano i livelli energetici più bassi disponibili, cioè i più vicini al nucleo, ma ogni livello energetico può contenere solo un numero limitato di elettroni. La posizione degli elettroni più esterni è fondamentale per determinare il comportamento di un atomo.
Livello di energia esterna completo
Il numero di elettroni in un atomo è determinato dal numero di protoni. Ciò significa che la maggior parte degli atomi ha un livello di energia esterno parzialmente riempito. Quando gli atomi reagiscono, tendono a cercare di raggiungere un livello di energia esterno completo, perdendo elettroni esterni, guadagnando elettroni extra o condividendo elettroni con un altro atomo. Ciò significa che è possibile prevedere il comportamento di un atomo esaminando la sua configurazione elettronica. I gas nobili come il neon e l'argon si distinguono per il loro carattere inerte: non prendono parte reazioni chimiche eccetto in circostanze molto estreme poiché hanno già un'energia esterna piena e stabile livello.
La tavola periodica
La tavola periodica degli elementi è organizzata in modo tale che elementi o atomi con proprietà simili siano raggruppati in colonne. Ogni colonna o gruppo contiene atomi con una disposizione elettronica simile. Ad esempio, elementi come sodio e potassio nella colonna di sinistra della tavola periodica contengono ciascuno 1 elettrone nel loro livello energetico più esterno. Si dice che siano nel gruppo 1 e, poiché l'elettrone esterno è attratto solo debolmente dal nucleo, può essere perso facilmente. Ciò rende gli atomi del gruppo 1 altamente reattivi: perdono facilmente il loro elettrone esterno in reazioni chimiche con altri atomi. Allo stesso modo, gli elementi del Gruppo 7 hanno un singolo posto vacante nel loro livello energetico esterno. Poiché i livelli di piena energia esterna sono i più stabili, questi atomi possono facilmente attrarre un elettrone aggiuntivo quando reagiscono con altre sostanze.
Energia di ionizzazione
L'energia di ionizzazione (I.E.) è una misura della facilità con cui gli elettroni possono essere rimossi da un atomo. Un elemento con una bassa energia di ionizzazione reagirà prontamente perdendo il suo elettrone esterno. L'energia di ionizzazione viene misurata per la successiva rimozione di ciascun elettrone di un atomo. La prima energia di ionizzazione si riferisce all'energia richiesta per rimuovere il primo elettrone; la seconda energia di ionizzazione si riferisce all'energia richiesta per rimuovere il secondo elettrone e così via. Esaminando i valori per le successive energie di ionizzazione di un atomo, è possibile prevederne il probabile comportamento. Ad esempio, l'elemento del gruppo 2 calcio ha un basso 1st I.E. di 590 kilojoule per mole e un secondo I.E. relativamente basso. di 1145 kilojoule per mole. Tuttavia, il 3° I.E. è molto più alto a 4912 kilojoule per mole. Ciò suggerisce che quando il calcio reagisce è molto probabile che perda i primi due elettroni facilmente rimovibili.
Affinità elettronica
L'affinità elettronica (Ea) è una misura della facilità con cui un atomo può acquisire elettroni extra. Gli atomi con bassa affinità elettronica tendono ad essere molto reattivi, ad esempio il fluoro è il più elemento reattivo nella tavola periodica e ha un'affinità elettronica molto bassa a -328 kilojoule per mole. Come per l'energia di ionizzazione, ogni elemento ha una serie di valori che rappresentano l'affinità elettronica dell'aggiunta del primo, secondo e terzo elettrone e così via. Ancora una volta, le successive affinità elettroniche di un elemento danno un'indicazione di come reagirà.