Čo určuje chemické správanie sa atómu?

Prvky sú tvorené z atómov a štruktúra atómu určuje, ako sa bude správať pri interakcii s inými chemikáliami. Kľúč pri určovaní toho, ako sa atóm bude správať v rôznych prostrediach, spočíva v usporiadaní elektrónov v atóme.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Keď atóm reaguje, môže získať alebo stratiť elektróny alebo môže zdieľať elektróny so susedným atómom a vytvoriť tak chemickú väzbu. Ľahkosť, s akou môže atóm získavať, strácať alebo zdieľať elektróny, určuje jeho reaktivitu.

Atómy pozostávajú z troch typov subatomárnych častíc: protóny, neutróny a elektróny. Identita atómu je určená jeho protónovým číslom alebo atómovým číslom. Napríklad akýkoľvek atóm so 6 protónmi je klasifikovaný ako uhlík. Atómy sú neutrálne entity, takže majú vždy rovnaký počet kladne nabitých protónov a záporne nabitých elektrónov. O elektrónoch sa hovorí, že obiehajú okolo centrálneho jadra, ktoré drží elektrostatická príťažlivosť medzi kladne nabitým jadrom a samotnými elektrónmi. Elektróny sú usporiadané v energetických úrovniach alebo škrupinách: definované oblasti vesmíru okolo jadra. Elektróny obsadzujú najnižšie dostupné energetické úrovne, to znamená najbližšie k jadru, ale každá energetická úroveň môže obsahovať iba obmedzený počet elektrónov. Poloha najvzdialenejších elektrónov je kľúčová pri určovaní správania atómu.

Počet elektrónov v atóme je určený počtom protónov. To znamená, že väčšina atómov má čiastočne naplnenú hladinu vonkajšej energie. Keď atómy reagujú, majú tendenciu pokúšať sa dosiahnuť úplnú hladinu vonkajšej energie buď stratou vonkajších elektrónov, získaním ďalších elektrónov alebo zdieľaním elektrónov s iným atómom. To znamená, že je možné predpovedať správanie atómu skúmaním jeho elektrónovej konfigurácie. Ušľachtilé plyny, ako napríklad neón a argón, sa vyznačujú svojou inertnosťou: Nezúčastňujú sa chemické reakcie, s výnimkou veľmi extrémnych okolností, pretože tie už majú stabilnú celú vonkajšiu energiu úrovni.

Periodická tabuľka prvkov je usporiadaná tak, že prvky alebo atómy s podobnými vlastnosťami sú zoskupené do stĺpcov. Každý stĺpec alebo skupina obsahuje atómy s podobným elektrónovým usporiadaním. Napríklad prvky ako sodík a draslík v ľavom stĺpci periodickej tabuľky obsahujú každý vo svojej najvzdialenejšej energetickej úrovni 1 elektrón. Hovorí sa o nich, že sú v skupine 1, a pretože vonkajší elektrón je k jadru priťahovaný iba slabo, môže sa ľahko stratiť. Vďaka tomu sú atómy skupiny 1 vysoko reaktívne: Pri chemických reakciách s inými atómami ľahko strácajú vonkajší elektrón. Podobne majú prvky v skupine 7 jedno voľné miesto vo svojej vonkajšej energetickej úrovni. Pretože hladiny vonkajšej energie sú najstabilnejšie, môžu tieto atómy pri reakcii s inými látkami ľahko priťahovať ďalší elektrón.

Ionizačná energia (I.E.) je mierou ľahkosti, s akou je možné elektróny odstrániť z atómu. Prvok s nízkou ionizačnou energiou bude ľahko reagovať stratou vonkajšieho elektrónu. Ionizačná energia sa meria na postupné odstránenie každého elektrónu atómu. Prvá ionizačná energia sa týka energie potrebnej na odstránenie prvého elektrónu; druhá ionizačná energia sa vzťahuje na energiu potrebnú na odstránenie druhého elektrónu atď. Skúmaním hodnôt pre postupné ionizačné energie atómu možno predpovedať jeho pravdepodobné správanie. Napríklad vápnik v skupine 2 má nízku 1. I.E. 590 kilojoulov na mol a relatívne nízke 2. I.E. 1145 kilojoulov na mol. Avšak 3. I.E. je oveľa vyššia pri 4912 kilojouloch na mol. To naznačuje, že keď vápnik reaguje, je najpravdepodobnejšie, že stratí prvé dva ľahko odstrániteľné elektróny.

Elektrónová afinita (Ea) je mierou toho, ako ľahko môže atóm získať ďalšie elektróny. Atómy s nízkou afinitou k elektrónom bývajú veľmi reaktívne, napríklad najviac je to fluór reaktívny prvok v periodickej tabuľke a má veľmi nízku afinitu k elektrónom pri -328 kilojouloch na mol. Rovnako ako v prípade ionizačnej energie má každý prvok sériu hodnôt predstavujúcich elektrónovú afinitu sčítania prvého, druhého a tretieho elektrónu atď. Postupné elektrónové afinity prvku opäť naznačujú, ako bude reagovať.