מה קובע את ההתנהגות הכימית של אטום?

אלמנטים עשויים אטומים, ומבנה האטום קובע כיצד הוא יתנהג בעת אינטראקציה עם כימיקלים אחרים. המפתח בקביעת האופן בו יתנהג אטום בסביבות שונות טמון בסידור האלקטרונים בתוך האטום.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

כאשר אטום מגיב, הוא יכול לצבור או לאבד אלקטרונים, או שהוא יכול לחלוק אלקטרונים עם אטום שכן כדי ליצור קשר כימי. הקלות בה אטום יכול לצבור, לאבד או לחלוק אלקטרונים קובעת את תגובתיותו.

אטומים מורכבים משלושה סוגים של חלקיק תת-אטומי: פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. זהותו של אטום נקבעת על ידי מספר הפרוטון או מספר האטום שלו. לדוגמא, כל אטום בעל 6 פרוטונים מסווג כפחמן. אטומים הם ישויות ניטרליות, ולכן יש להם תמיד מספר שווה של פרוטונים טעונים חיובי ואלקטרונים טעונים שלילית. האלקטרונים אומרים כי הם מקיפים את הגרעין המרכזי, מוחזק על ידי משיכה אלקטרוסטטית בין הגרעין הטעון החיובי לבין האלקטרונים עצמם. האלקטרונים מסודרים ברמות אנרגיה או בקונכיות: אזורי חלל מוגדרים סביב הגרעין. אלקטרונים תופסים את רמות האנרגיה הנמוכות ביותר, כלומר הכי קרוב לגרעין, אך כל רמת אנרגיה יכולה להכיל רק מספר מוגבל של אלקטרונים. מיקומם של האלקטרונים החיצוניים הוא המפתח בקביעת התנהגותו של אטום.

מספר האלקטרונים באטום נקבע על ידי מספר הפרוטונים. המשמעות היא שלרוב האטומים רמת אנרגיה חיצונית מלאה בחלקה. כאשר אטומים מגיבים, הם נוטים לנסות להשיג רמת אנרגיה חיצונית מלאה, על ידי איבוד אלקטרונים חיצוניים, על ידי השגת אלקטרונים נוספים או על ידי שיתוף אלקטרונים עם אטום אחר. משמעות הדבר היא כי ניתן לחזות את התנהגותו של אטום על ידי בחינת תצורת האלקטרונים שלו. גזים אצילים כמו ניאון וארגון בולטים באופיים האינרטיים שלהם: הם לא לוקחים חלק ב תגובות כימיות למעט בנסיבות קיצוניות מאוד מכיוון שכבר יש להן אנרגיה חיצונית מלאה יציבה רָמָה.

הטבלה המחזורית של האלמנטים מסודרת כך שמרכיבים אלמנטים או אטומים בעלי מאפיינים דומים בעמודות. כל עמודה או קבוצה מכילים אטומים עם סידור אלקטרונים דומה. לדוגמא, אלמנטים כמו נתרן ואשלגן בעמודה השמאלית של הטבלה המחזורית מכילים כל אחד אלקטרונים ברמת האנרגיה החיצונית ביותר שלהם. אומרים שהם נמצאים בקבוצה 1 ומכיוון שהאלקטרון החיצוני נמשך רק לגרעין, הוא יכול ללכת לאיבוד בקלות. זה הופך את אטומי קבוצה 1 לתגובה ביותר: הם מאבדים בקלות את האלקטרון החיצוני שלהם בתגובות כימיות עם אטומים אחרים. באופן דומה, לאלמנטים בקבוצה 7 יש מקום פנוי יחיד ברמת האנרגיה החיצונית שלהם. מכיוון שרמות האנרגיה החיצוניות המלאות הן היציבות ביותר, אטומים אלו יכולים למשוך אלקטרון נוסף כאשר הם מגיבים עם חומרים אחרים.

אנרגיית יינון (I.E.) היא מדד לקלות בה ניתן להסיר אלקטרונים מאטום. אלמנט בעל אנרגיית יינון נמוכה יגיב בקלות על ידי איבוד האלקטרון החיצוני שלו. אנרגיית יינון נמדדת להסרה ברציפות של כל אלקטרון אטום. אנרגיית היינון הראשונה מתייחסת לאנרגיה הנדרשת להסרת האלקטרון הראשון; אנרגיית היינון השנייה מתייחסת לאנרגיה הנדרשת להסרת האלקטרון השני וכן הלאה. על ידי בחינת הערכים לאנרגיות יינון עוקבות של אטום, ניתן לחזות את התנהגותו הסבירה. לדוגמא, סידן יסודות קבוצה 2 הוא בעל I.E. של 590 קילו-ג'ול לשומה ו- I.E. 2 יחסית נמוך. של 1145 קילוגרמים לשומה. עם זאת, ה- I.E. הוא הרבה יותר גבוה ב 4912 קילו-ג'וליות לשומה. זה מצביע על כך שכאשר הסידן מגיב סביר להניח שהוא יאבד את שני האלקטרונים הראשונים הניתנים להסרה בקלות.

זיקה אלקטרונית (Ea) היא מדד כמה קל אטום יכול להשיג אלקטרונים נוספים. אטומים בעלי זיקה נמוכה של אלקטרונים נוטים להיות תגובתי מאוד, למשל פלואור הוא הכי הרבה אלמנט תגובתי בטבלה המחזורית ויש לו זיקה אלקטרונית נמוכה מאוד ב -328 קילו-ג'ול לשומה. כמו באנרגיית יינון, לכל יסוד יש סדרת ערכים המייצגת את זיקת האלקטרונים של הוספת האלקטרונים הראשונים, השנייה והשלישית וכן הלאה. שוב, זיקות האלקטרונים העוקבות של אלמנט נותנות אינדיקציה כיצד הוא יגיב.