Kaj določa kemijsko vedenje atoma?

Elementi so narejeni iz atomov, struktura atoma pa določa, kako se bo obnašal pri interakciji z drugimi kemikalijami. Ključ pri določanju, kako se bo atom obnašal v različnih okoljih, je razporeditev elektronov znotraj atoma.

TL; DR (predolgo; Nisem prebral)

Ko atom reagira, lahko pridobi ali izgubi elektrone ali pa si deli elektrone s sosednjim atomom, da tvori kemično vez. Enostavnost, s katero lahko atom pridobi, izgubi ali deli elektrone, določa njegovo reaktivnost.

Atomi so sestavljeni iz treh vrst subatomskih delcev: protonov, nevtronov in elektronov. Identiteta atoma je določena s protonskim številom ali atomskim številom. Na primer, vsak atom s 6 protoni je klasificiran kot ogljik. Atomi so nevtralne entitete, zato imajo vedno enako število pozitivno nabitih protonov in negativno nabitih elektronov. Elektroni naj bi krožili okoli osrednjega jedra, ki ga drži elektrostatična privlačnost med pozitivno nabitim jedrom in samimi elektroni. Elektroni so razporejeni po nivojih energije ali lupinah: določena območja prostora okoli jedra. Elektroni zasedajo najnižje razpoložljive ravni energije, torej najbližje jedru, vendar lahko vsaka raven energije vsebuje le omejeno število elektronov. Položaj najbolj oddaljenih elektronov je ključen pri določanju vedenja atoma.

Število elektronov v atomu je določeno s številom protonov. To pomeni, da ima večina atomov delno napolnjen zunanji nivo energije. Ko atomi reagirajo, ponavadi poskušajo doseči polno zunanjo energijsko raven bodisi z izgubo zunanjih elektronov, s pridobivanjem dodatnih elektronov bodisi z izmenjavo elektronov z drugim atomom. To pomeni, da je mogoče predvideti vedenje atoma s preučevanjem njegove elektronske konfiguracije. Plemeniti plini, kot sta neon in argon, so opazni po svojem inertnem značaju: pri njih ne sodelujejo kemične reakcije, razen v zelo skrajnih okoliščinah, saj že imajo stabilno polno zunanjo energijo ravni.

Periodni sistem elementov je razporejen tako, da so elementi ali atomi s podobnimi lastnostmi združeni v stolpce. Vsak stolpec ali skupina vsebuje atome s podobno elektronsko razporeditvijo. Na primer, elementi, kot sta natrij in kalij v levem stolpcu periodnega sistema, vsebujejo po en elektron v svoji najbolj oddaljeni energijski ravni. Pravijo, da so v skupini 1 in ker zunanji elektron jedro le šibko privlači, ga lahko zlahka izgubimo. Zaradi tega so atomi skupine 1 zelo reaktivni: v kemijskih reakcijah z drugimi atomi zlahka izgubijo zunanji elektron. Podobno imajo elementi v skupini 7 eno prosto mesto na zunanji ravni energije. Ker so ravni zunanje energije najbolj stabilne, lahko ti atomi takoj reagirajo z dodatnim elektronom, ko reagirajo z drugimi snovmi.

Ionizacijska energija (IE) je merilo enostavnosti odstranjevanja elektronov iz atoma. Element z nizko ionizacijsko energijo bo takoj reagiral tako, da bo izgubil zunanji elektron. Ionizacijska energija se meri za zaporedno odstranjevanje vsakega elektrona atoma. Prva ionizacijska energija se nanaša na energijo, potrebno za odstranitev prvega elektrona; druga ionizacijska energija se nanaša na energijo, potrebno za odstranitev drugega elektrona itd. S preučevanjem vrednosti zaporednih energij ionizacije atoma lahko napovemo njegovo verjetno vedenje. Na primer, kalcij v skupini 2 ima nizko vrednost I.E. 590 kilojoulov na mol in sorazmerno nizka 2. I.E. 1145 kilojoulov na mol. Vendar je 3. I.E. je veliko višja pri 4912 kilojoulih na mol. To kaže na to, da je pri reakciji kalcija najverjetneje izgubljena prva dva elektrona, ki ju je mogoče enostavno odstraniti.

Afiniteta elektronov (Ea) je merilo, kako enostavno lahko atom pridobi dodatne elektrone. Atomi z nizko afiniteto elektronov so ponavadi zelo reaktivni, na primer največ je fluora reaktivni element v periodnem sistemu in ima zelo nizko afiniteto do elektronov pri -328 kilodžulov na mol. Tako kot pri ionizacijski energiji ima vsak element vrsto vrednosti, ki predstavljajo afiniteto elektronov pri dodajanju prvega, drugega in tretjega elektrona itd. Znova zaporedne elektronske afinitete elementa kažejo, kako se bo odzval.