מה קורה לאטומים במהלך תגובה כימית?

תגובות כימיות מתרחשות כאשר האטומים של שני חומרים או יותר מחליפים או חולקים אלקטרונים. התגובה מייצרת אטומים ומולקולות כאשר האלקטרונים מסודרים אחרת. התצורה המשתנה של האטומים כוללת שינוי באנרגיה, כלומר התגובה הכימית או מפליטה או סופגת אור, חום או חשמל. בתורו, כדי להפריד את האטומים למצבם המקורי, יש להסיר או לספק אנרגיה.

תגובות כימיות שולטות ברבים מתהליכי חיי היומיום ויכולות להיות מורכבות ביותר, הן באטומים והן ב מולקולות הנכנסות לתגובה ומייצרות שילובים שונים לחלוטין של אטומים ומולקולות כתוצרת תְגוּבָה. סוגי התגובות השונים ואופן החלפת האלקטרונים או חלוקתם יכולים לייצר מוצרים שונים כמו פלסטיק, תרופות וחומרי ניקוי.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

במהלך תגובה כימית אטומי החומרים המקוריים צוברים, מאבדים או חולקים את האלקטרונים שלהם עם החומרים איתם הם מגיבים. התגובה יוצרת חומרים חדשים המורכבים משילוב חדש של אטומים ומתצורה שונה של אלקטרונים.

אטומים מורכבים מגרעין ואלקטרונים שמסביב. האלקטרונים מסדרים את עצמם בקונכיות סביב הגרעין, ולכל קליפה יש מקום למספר קבוע של אלקטרונים. לדוגמא, בקליפה הפנימית ביותר של אטום יש מקום לשני אלקטרונים. בקליפה הבאה יש מקום לשמונה. בקליפה השלישית שלוש קליפות משנה שיש בהן מקום לשניים, שישה ו -10 אלקטרונים. רק האלקטרונים בקליפה החיצונית ביותר, או מעטפת הערכיות, לוקחים חלק בתגובות כימיות.

אטום מתחיל תמיד עם מספר קבוע של אלקטרונים, הניתן על ידי המספר האטומי. האלקטרונים של המספר האטומי ממלאים את קליפות האלקטרונים מבפנים החוצה, ומשאירים את האלקטרונים הנותרים בקליפה החיצונית. האלקטרונים בקליפת הערכיות החיצונית קובעים כיצד אטום מתנהג, בין אם לוקח, נותן או שיתוף אלקטרונים כדי לקחת חלק בתגובות כימיות וליצור שני סוגים של קשרים כימיים: יוניים ו- קוולנטית.

האטומים יציבים ביותר כאשר קליפות האלקטרונים הערכיות שלהם מלאות. בהתאם למספר האטומי של האטום, זה יכול להיות שיש שני, שמונה אלקטרונים או יותר במעטפת החיצונית. אחת הדרכים להשלים קליפות היא שאטומים שיש להם אלקטרונים אחד או שניים בקליפת הערכיות שלהם, יתרמו אותם לאטומים שחסרים אחד או שניים בקליפה החיצונית ביותר שלהם. תגובות כימיות כאלה כוללות חילופי אלקטרונים בין שניים אטומים או יותר עם החומר שנוצר המורכב משני יונים או יותר.

לדוגמא, לנתרן יש מספר אטומי של 11, כלומר לקליפה הפנימית יש שני אלקטרונים; לקליפה הבאה שמונה, ולקליפת הערכיות החיצונית יש אחת. לנתרן יכול להיות מעטפת חיצונית שלמה אם היא תתרום את האלקטרון הנוסף שלה. לעומת זאת, לכלור יש מספר אטומי של 17. פירוש הדבר שיש לו שני אלקטרונים בקליפה הפנימית שלו, שמונה בקליפה הבאה, שניים בקונכיית המשנה הבאה, וחמישה בקליפת המשנה החיצונית שבה יש מקום לשישה. כלור יכול להשלים את הקליפה החיצונית ביותר על ידי קבלת אלקטרון נוסף.

למעשה, נתרן וכלור מגיבים בלהבה צהובה בוהקת ויוצרים תרכובת חדשה, נתרן כלורי או מלח שולחן. בתגובה כימית זו, כל אטום נתרן נותן את האלקטרון החיצוני היחיד שלו לאטום כלור. אטום הנתרן הופך ליון טעון חיובי, ואטום הכלור הופך לטעון שלילית. שני היונים הטעונים באופן שונה מושכים ויוצרים את מולקולת הנתרן הכלוריד היציבה עם קשר יוני.

באטומים רבים יש יותר משני אלקטרונים אחד בקליפת הערכיות שלהם, אך ויתור על שלושה או ארבעה אלקטרונים עלול להפוך את האטום הנותר ללא יציב. במקום זאת, אטומים כאלה נכנסים להסדר שיתוף עם אטומים אחרים כדי ליצור קשר קוולנטי.

לדוגמא, לפחמן יש מספר אטומי שש, כלומר יש לו שני אלקטרונים בקליפה הפנימית שלו וארבעה בקליפה השנייה עם מקום לשמונה. בתיאוריה, אטום פחמן יכול לוותר על ארבעת האלקטרונים החיצוניים ביותר או לקבל ארבעה אלקטרונים כדי להשלים את מעטפתו החיצונית ביותר וליצור קשר יוני. בפועל, אטום פחמן יוצר קשר קוולנטי עם אטומים אחרים שיכולים לחלוק אלקטרונים, כמו אטום המימן.

במתאן, אטום פחמן יחיד חולק את ארבעת האלקטרונים שלו עם ארבעה אטומי מימן, שלכל אחד מהם אלקטרון משותף יחיד. שיתוף פירושו ששמונה אלקטרונים מופצים על פני אטומי הפחמן והמימן כך שקליפות שונות מלאות בזמנים שונים. מתאן הוא דוגמה לקשר קוולנטי יציב.

בהתאם לאטומים המעורבים, תגובות כימיות יכולות לגרום לשילובים רבים של קשרים כאשר אלקטרונים מועברים ומשותפים בסידורים יציבים שונים. שתיים מהמאפיינים החשובים ביותר של תגובה כימית הם תצורות האלקטרונים המשתנות ויציבות מוצרי התגובה.