Что определяет химическое поведение атома?

Элементы состоят из атомов, и структура атома определяет, как он будет вести себя при взаимодействии с другими химическими веществами. Ключ к определению того, как атом будет вести себя в различных средах, заключается в расположении электронов внутри атома.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Когда атом реагирует, он может приобретать или терять электроны, или он может делиться электронами с соседним атомом, образуя химическую связь. Легкость, с которой атом может получать, терять или делиться электронами, определяет его реакционную способность.

Атомы состоят из трех типов субатомных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Идентичность атома определяется его протонным числом или атомным номером. Например, любой атом, имеющий 6 протонов, классифицируется как углерод. Атомы - нейтральные сущности, поэтому они всегда имеют равное количество положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов. Считается, что электроны вращаются вокруг центрального ядра, удерживаясь на месте за счет электростатического притяжения между положительно заряженным ядром и самими электронами. Электроны расположены на энергетических уровнях или оболочках: определенных областях пространства вокруг ядра. Электроны занимают самые низкие доступные энергетические уровни, то есть самые близкие к ядру, но каждый энергетический уровень может содержать только ограниченное количество электронов. Положение крайних электронов является ключевым в определении поведения атома.

Число электронов в атоме определяется числом протонов. Это означает, что у большинства атомов есть частично заполненный внешний энергетический уровень. Когда атомы реагируют, они стремятся достичь полного внешнего энергетического уровня, либо теряя внешние электроны, либо получая дополнительные электроны, либо разделяя электроны с другим атомом. Это означает, что можно предсказать поведение атома, исследуя его электронную конфигурацию. Благородные газы, такие как неон и аргон, отличаются инертным характером: они не участвуют в химические реакции, за исключением очень экстремальных обстоятельств, поскольку они уже имеют стабильную полную внешнюю энергию уровень.

Периодическая таблица элементов устроена так, что элементы или атомы с аналогичными свойствами сгруппированы в столбцы. Каждый столбец или группа содержит атомы с аналогичным расположением электронов. Например, такие элементы, как натрий и калий в левом столбце Периодической таблицы, содержат по 1 электрону на внешнем энергетическом уровне. Говорят, что они принадлежат к группе 1, и поскольку внешний электрон слабо притягивается к ядру, его можно легко потерять. Это делает атомы группы 1 очень реактивными: они легко теряют свой внешний электрон в химических реакциях с другими атомами. Точно так же элементы в группе 7 имеют одну вакансию на внешнем уровне энергии. Поскольку полные внешние энергетические уровни являются наиболее стабильными, эти атомы могут легко притягивать дополнительный электрон, когда они вступают в реакцию с другими веществами.

Энергия ионизации (I.E.) - это мера легкости, с которой электроны могут быть удалены из атома. Элемент с низкой энергией ионизации легко отреагирует, потеряв внешний электрон. Энергия ионизации измеряется для последовательного удаления каждого электрона атома. Первая энергия ионизации относится к энергии, необходимой для удаления первого электрона; вторая энергия ионизации относится к энергии, необходимой для удаления второго электрона и так далее. Изучая значения последовательных энергий ионизации атома, можно предсказать его вероятное поведение. Например, элемент кальция группы 2 имеет низкое значение 1-го ИЭ. 590 килоджоулей на моль и относительно низкий 2-й I.E. 1145 килоджоулей на моль. Однако 3-й И. намного выше - 4912 килоджоулей на моль. Это говорит о том, что когда кальций вступает в реакцию, он, скорее всего, теряет первые два легко удаляемых электрона.

Сродство к электрону (Ea) - это мера того, насколько легко атом может получить дополнительные электроны. Атомы с низким сродством к электрону, как правило, очень реакционноспособны, например фтор является наиболее активным. реактивный элемент в Периодической таблице, и он имеет очень низкое сродство к электрону при -328 килоджоулей. на моль. Как и в случае с энергией ионизации, каждый элемент имеет ряд значений, представляющих сродство к электрону при добавлении первого, второго и третьего электронов и так далее. И снова последовательное сродство элемента к электрону указывает на то, как он будет реагировать.