Ce determină comportamentul chimic al unui atom?

Elementele sunt formate din atomi, iar structura atomului determină modul în care se va comporta atunci când interacționează cu alte substanțe chimice. Cheia în determinarea modului în care un atom se va comporta în diferite medii stă în dispunerea electronilor în interiorul atomului.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

Când un atom reacționează, poate câștiga sau pierde electroni sau poate împărți electroni cu un atom învecinat pentru a forma o legătură chimică. Ușurința cu care un atom poate câștiga, pierde sau împărți electroni determină reactivitatea acestuia.

Atomii constau din trei tipuri de particule subatomice: protoni, neutroni și electroni. Identitatea unui atom este determinată de numărul său de protoni sau numărul atomic. De exemplu, orice atom având 6 protoni este clasificat drept carbon. Atomii sunt entități neutre, deci au întotdeauna un număr egal de protoni încărcați pozitiv și electroni încărcați negativ. Se spune că electronii orbitează nucleul central, ținut în poziție de atracția electrostatică dintre nucleul încărcat pozitiv și electronii înșiși. Electronii sunt dispuși în niveluri de energie sau cochilii: zone definite de spațiu în jurul nucleului. Electronii ocupă cele mai scăzute niveluri de energie disponibile, adică cele mai apropiate de nucleu, dar fiecare nivel de energie poate conține doar un număr limitat de electroni. Poziția electronilor cei mai exteriori este esențială în determinarea comportamentului unui atom.

Numărul de electroni dintr-un atom este determinat de numărul de protoni. Aceasta înseamnă că majoritatea atomilor au un nivel de energie exterior parțial umplut. Când atomii reacționează, aceștia tind să încerce să atingă un nivel de energie exterior complet, fie prin pierderea electronilor externi, prin câștigarea de electroni suplimentari, fie prin împărțirea electronilor cu un alt atom. Aceasta înseamnă că este posibil să se prezică comportamentul unui atom prin examinarea configurației electronice a acestuia. Gazele nobile, cum ar fi neonul și argonul, se remarcă prin caracterul lor inert: nu participă reacții chimice, cu excepția cazurilor extrem de extreme, deoarece au deja o energie exterioară completă stabilă nivel.

Tabelul periodic al elementelor este aranjat astfel încât elementele sau atomii cu proprietăți similare să fie grupate în coloane. Fiecare coloană sau grup conține atomi cu un aranjament similar de electroni. De exemplu, elemente precum sodiul și potasiul din coloana din stânga a tabelului periodic conțin fiecare 1 electron în nivelul lor de energie exterior. Se spune că se află în grupa 1 și, deoarece electronul exterior este atras doar slab de nucleu, poate fi pierdut cu ușurință. Acest lucru face ca atomii grupului 1 să fie foarte reactivi: își pierd cu ușurință electronul exterior în reacții chimice cu alți atomi. În mod similar, elementele din grupa 7 au un singur loc vacant în nivelul lor de energie externă. Deoarece nivelurile energiei externe complete sunt cele mai stabile, acești atomi pot atrage cu ușurință un electron suplimentar atunci când reacționează cu alte substanțe.

Energia de ionizare (IE) este o măsură a ușurinței cu care electronii pot fi îndepărtați dintr-un atom. Un element cu o energie de ionizare scăzută va reacționa cu ușurință pierzându-și electronul exterior. Energia de ionizare este măsurată pentru îndepărtarea succesivă a fiecărui electron al unui atom. Prima energie de ionizare se referă la energia necesară pentru îndepărtarea primului electron; a doua energie de ionizare se referă la energia necesară pentru îndepărtarea celui de-al doilea electron și așa mai departe. Prin examinarea valorilor pentru energiile de ionizare succesive ale unui atom, comportamentul său probabil poate fi prezis. De exemplu, elementul de calciu din grupa 2 are un I.E. de 590 kilojoule pe mol și un IIE relativ scăzut. de 1145 kilojoule pe mol. Cu toate acestea, al treilea I.E. este mult mai mare la 4912 kilojoule pe mol. Acest lucru sugerează că atunci când calciul reacționează este cel mai probabil să piardă primii doi electroni ușor de îndepărtat.

Afinitatea electronică (Ea) este o măsură a cât de ușor un atom poate câștiga electroni suplimentari. Atomii cu afinități electronice scăzute tind să fie foarte reactivi, de exemplu fluorul este cel mai mult element reactiv din tabelul periodic și are o afinitate electronică foarte mică la -328 kilojoule pe mol. Ca și în cazul energiei de ionizare, fiecare element are o serie de valori care reprezintă afinitatea electronică a adăugării primului, celui de-al doilea și al treilea electron și așa mai departe. Încă o dată, afinitățile electronice succesive ale unui element oferă o indicație a modului în care va reacționa.