Wat gebeurt er met atomen tijdens een chemische reactie?

Chemische reacties vinden plaats wanneer de atomen van twee of meer stoffen elektronen uitwisselen of delen. De reactie produceert atomen en moleculen waarbij de elektronen anders zijn gerangschikt. De veranderde configuratie van de atomen brengt een verandering in energie met zich mee, wat betekent dat de chemische reactie licht, warmte of elektriciteit afgeeft of absorbeert. Om de atomen in hun oorspronkelijke staat te scheiden, moet er op zijn beurt energie worden verwijderd of geleverd.

Chemische reacties beheersen veel van de processen van het dagelijks leven en kunnen buitengewoon gecompliceerd zijn, met zowel atomen als moleculen die een reactie aangaan en totaal verschillende combinaties van atomen en moleculen produceren als producten van de reactie. De verschillende soorten reacties en de manier waarop elektronen worden uitgewisseld of gedeeld, kunnen verschillende producten opleveren, zoals kunststoffen, medicijnen en wasmiddelen.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Tijdens een chemische reactie winnen, verliezen of delen de atomen van de oorspronkelijke stoffen hun elektronen met die van de stoffen waarmee ze reageren. De reactie creëert nieuwe stoffen die bestaan ​​uit een nieuwe combinatie van atomen en een andere configuratie van elektronen.

Atomen bestaan ​​uit een kern en omringende elektronen. De elektronen rangschikken zich in schillen rond de kern, en elke schil heeft ruimte voor een vast aantal elektronen. De binnenste schil van een atoom heeft bijvoorbeeld ruimte voor twee elektronen. De volgende schaal heeft ruimte voor acht. De derde schil heeft drie subschillen die plaats bieden aan twee, zes en tien elektronen. Alleen de elektronen in de buitenste schil, of de valentieschil, nemen deel aan chemische reacties.

Een atoom begint altijd met een vast aantal elektronen, gegeven door het atoomnummer. De elektronen van het atoomnummer vullen de elektronenschillen van binnenuit, de overige elektronen blijven in de buitenste schil. De elektronen in de buitenste valentieschil bepalen hoe een atoom zich gedraagt, of het nu gaat om nemen, geven of elektronen delen om deel te nemen aan chemische reacties en om twee soorten chemische bindingen te vormen: ionisch en covalent.

Atomen zijn het meest stabiel wanneer hun valentie-elektronenschillen vol zijn. Afhankelijk van het atoomnummer van het atoom kan dat betekenen dat er twee, acht of meer elektronen in de buitenste schil zitten. Een manier om schillen te voltooien, is door atomen met een of twee elektronen in hun valentieschil te doneren aan atomen die er een of twee missen in hun buitenste schil. Dergelijke chemische reacties omvatten de uitwisseling van elektronen tussen twee of meer atomen, waarbij de resulterende stof bestaat uit twee of meer ionen.

Natrium heeft bijvoorbeeld een atoomnummer van 11, wat betekent dat de binnenste schil twee elektronen heeft; de volgende schaal heeft er acht en de buitenste valentieschaal heeft er één. Natrium zou een volledige buitenste schil kunnen hebben als het zijn extra elektron zou doneren. Chloor daarentegen heeft atoomnummer 17. Dit betekent dat het twee elektronen in zijn binnenste schil heeft, acht in de volgende schil, twee in de volgende subschil en vijf in de buitenste subschil waar plaats is voor zes. Chloor kan zijn buitenste schil voltooien door een extra elektron op te nemen.

In feite reageren natrium en chloor met een felgele vlam om een ​​nieuwe verbinding te vormen, natriumchloride of keukenzout. In die chemische reactie geeft elk natriumatoom zijn enkele externe elektron aan een chlooratoom. Het natriumatoom wordt een positief geladen ion en het chlooratoom wordt negatief geladen. De twee verschillend geladen ionen trekken elkaar aan en vormen het stabiele natriumchloridemolecuul met een ionische binding.

Veel atomen hebben meer dan één of twee elektronen in hun valentieschil, maar het opgeven van drie of vier elektronen kan het resterende atoom onstabiel maken. In plaats daarvan gaan dergelijke atomen een overeenkomst aan met andere atomen om een ​​covalente binding te vormen.

Koolstof heeft bijvoorbeeld atoomnummer zes, wat betekent dat het twee elektronen heeft in de binnenste schil en vier in de tweede schil met ruimte voor acht. In theorie zou een koolstofatoom zijn vier buitenste elektronen kunnen opgeven of vier elektronen kunnen ontvangen om zijn buitenste schil te voltooien en een ionische binding te vormen. In de praktijk vormt een koolstofatoom een ​​covalente binding met andere atomen die elektronen kunnen delen, zoals het waterstofatoom.

In methaan deelt een enkel koolstofatoom zijn vier elektronen met vier waterstofatomen, elk met een enkel gedeeld elektron. Delen betekent dat acht elektronen zo verdeeld zijn over de koolstof- en waterstofatomen dat verschillende schillen op verschillende tijdstippen vol zijn. Methaan is een voorbeeld van een stabiele covalente binding.

Afhankelijk van de betrokken atomen, kunnen chemische reacties resulteren in vele combinaties van bindingen, aangezien elektronen worden overgedragen en gedeeld in verschillende stabiele opstellingen. Twee van de belangrijkste kenmerken van een chemische reactie zijn de veranderde elektronenconfiguraties en de stabiliteit van de reactieproducten.