რა განსაზღვრავს ატომის ქიმიურ ქცევას?

ელემენტები მზადდება ატომებისაგან და ატომის სტრუქტურა განსაზღვრავს, თუ როგორ მოიქცევა იგი სხვა ქიმიკატებთან ურთიერთქმედებისას. იმის განსაზღვრის გასაღები, თუ როგორ მოიქცევა ატომი სხვადასხვა გარემოში, მდგომარეობს ელექტრონებში ატომში.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

როდესაც ატომი რეაგირებს, მას შეუძლია შეიძინოს ან დაკარგოს ელექტრონები, ან მას შეუძლია ელექტრონებს გაუნაწილოს მეზობელ ატომთან და შექმნას ქიმიური ბმა. მარტივია, რომლითაც ატომს შეუძლია ელექტრონების მიღება, დაკარგვა ან გაზიარება, განსაზღვრავს მის რეაქტიულობას.

ატომები შედგება სამი ტიპის სუბატომური ნაწილაკისგან: პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები. ატომის იდენტურობა განისაზღვრება მისი პროტონის ან ატომური რიცხვის მიხედვით. მაგალითად, ნებისმიერი ატომი, რომელსაც აქვს 6 პროტონი, კლასიფიცირდება როგორც ნახშირბადი. ატომები ნეიტრალური ერთეულებია, ამიტომ მათ ყოველთვის აქვთ თანაბარი რაოდენობით დადებითად დამუხტული პროტონები და უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები. როგორც ამბობენ, ელექტრონები ორბიტაზე ახდენენ ცენტრალურ ბირთვს, რომელიც პოზიტიურად დამუხტულ ბირთვს და თვით ელექტრონებს შორის ელექტროსტატიკური მიზიდულობით იკავებს. ელექტრონები განლაგებულია ენერგიის დონეზე ან გარსებში: ბირთვის გარშემო მდებარე სივრცის განსაზღვრული ადგილები. ელექტრონებს იკავებენ ყველაზე დაბალი ხელმისაწვდომი ენერგიის დონეს, ეს არის ყველაზე ახლო ბირთვთან, მაგრამ თითოეული ენერგეტიკული დონე შეიძლება შეიცავდეს მხოლოდ ელექტრონების შეზღუდულ რაოდენობას. ატომური ქცევის განსაზღვრისას მთავარია ყველაზე შორეული ელექტრონების პოზიცია.

ელექტრონების რაოდენობა ატომში განისაზღვრება პროტონების რაოდენობით. ეს ნიშნავს, რომ უმეტეს ატომებს აქვთ ნაწილობრივ შევსებული გარე ენერგიის დონე. როდესაც ატომები რეაგირებენ, ისინი ცდილობენ მიაღწიონ სრულ ენერგეტიკულ დონეს, ან გარე ელექტრონების დაკარგვით, დამატებითი ელექტრონების მიღებით ან ელექტრონების სხვა ატომთან გაზიარებით. ეს ნიშნავს, რომ შესაძლებელია ატომის ქცევის პროგნოზირება მისი ელექტრონის კონფიგურაციის შესწავლით. ისეთი კეთილშობილი გაზები, როგორიცაა ნეონი და არგონი, გამოირჩევიან ინერტული ხასიათით: ისინი არ მონაწილეობენ მასში ქიმიური რეაქციები, გარდა ძალიან ექსტრემალური გარემოებებისა, რადგან მათ უკვე აქვთ სტაბილური სრული გარე ენერგია დონის

ელემენტების პერიოდული ცხრილი ისეა განლაგებული, რომ მსგავსი თვისებების მქონე ელემენტები ან ატომები დაჯგუფდეს სვეტებში. თითოეული სვეტი ან ჯგუფი შეიცავს მსგავსი ელექტრონული წყობის ატომებს. მაგალითად, პერიოდული ცხრილის მარცხენა სვეტში ისეთი ელემენტები, როგორიცაა ნატრიუმი და კალიუმი, შეიცავს გარედან ყველაზე მეტ ენერგეტიკულ დონის 1 ელექტრონს. ამბობენ, რომ ისინი 1 ჯგუფში არიან და რადგან გარე ელექტრონი მხოლოდ სუსტად იზიდავს ბირთვს, მისი დაკარგვა მარტივად შეიძლება. ეს 1 ჯგუფის ატომებს ძლიერ რეაქციულს ხდის: ისინი სხვა ატომებთან ქიმიური რეაქციების დროს ადვილად კარგავენ გარე ელექტრონს. ანალოგიურად, მე –7 ჯგუფის ელემენტებს აქვთ გარე ვაკანსიის ერთი ვაკანსია. მას შემდეგ, რაც გარე ენერგიის სრული დონე ყველაზე სტაბილურია, ამ ატომებს შეუძლიათ ადვილად მოიზიდონ დამატებითი ელექტრონი, როდესაც ისინი სხვა ნივთიერებებთან რეაგირებენ.

იონიზაციის ენერგია (I.E.) არის ატომიდან ელექტრონების ამოღების სიმარტივის საზომი. დაბალი იონიზაციის ენერგიის მქონე ელემენტი ადვილად რეაგირებს გარე ელექტრონის დაკარგვით. იონიზაციის ენერგია იზომება ატომის თითოეული ელექტრონის თანმიმდევრული ამოღებისათვის. პირველი იონიზაციის ენერგია ეხება ენერგიას, რომელიც საჭიროა პირველი ელექტრონის ამოსაღებად; მეორე იონიზაციის ენერგია ეხება ენერგიას, რომელიც საჭიროა მეორე ელექტრონის ამოსაღებად და ა.შ. ატომის თანმიმდევრული იონიზაციის ენერგიების მნიშვნელობების შესწავლით შესაძლებელია მისი სავარაუდო ქცევის პროგნოზირება. მაგალითად, ჯგუფის 2 ელემენტის კალციუმს აქვს დაბალი IE. მოლზე 590 კილოჯოლიდან და შედარებით დაბალი მე -2 ე.წ. მოლზე 1145 კილოჯოლიდან. ამასთან, მე -3 ი.ე. გაცილებით მაღალია მოლზე 4912 კილოჯული. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ როდესაც კალციუმი რეაგირებს, სავარაუდოდ დაიკარგება პირველი ორი ადვილად ამოსაღები ელექტრონი.

ელექტრონების მიჯაჭვულობა (Ea) არის გაზომვა იმისა, თუ რამდენად ადვილად შეუძლია ატომს დამატებითი ელექტრონების მოპოვება. ატომები, რომლებსაც აქვთ დაბალი ელექტრონული აფინირება, ძალიან რეაქტიული აქვთ, მაგალითად, ფტორი ყველაზე მეტია რეაქტიული ელემენტი პერიოდულ სისტემაში და მას აქვს ძალიან დაბალი ელექტრონული დამოკიდებულება -328 კილოჯოლური თითო მოლი. იონიზაციის ენერგიის მსგავსად, თითოეულ ელემენტს აქვს მთელი რიგი მნიშვნელობებისა, რომლებიც წარმოადგენს ელექტრონულ მიჯაჭვულობას პირველი, მეორე და მესამე ელექტრონების დამატებისას და ა.შ. კიდევ ერთხელ ვიმეორებ, ელემენტის თანმიმდევრული ელექტრონული სიახლოვე მიუთითებს იმაზე, თუ რა რეაქცია ექნება მას.