Vad händer med atomer under en kemisk reaktion?

Kemiska reaktioner äger rum när atomerna i två eller flera ämnen byter eller delar elektroner. Reaktionen producerar atomer och molekyler med elektronerna ordnade olika. Den ändrade konfigurationen av atomerna innebär en förändring i energi, vilket innebär att den kemiska reaktionen antingen avger eller absorberar ljus, värme eller elektricitet. I sin tur måste energi tas bort eller tillhandahållas för att separera atomerna i sitt ursprungliga tillstånd.

Kemiska reaktioner styr många av processerna i det dagliga livet och kan vara extremt komplicerade, med både atomer och molekyler som går in i en reaktion och producerar helt olika kombinationer av atomer och molekyler som produkter av reaktion. De olika reaktionstyperna och hur elektroner byts ut eller delas kan producera olika produkter som plast, läkemedel och tvättmedel.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Under en kemisk reaktion vinner, tappar eller delar atomerna hos de ursprungliga substanserna sina elektroner med de substanser som de reagerar med. Reaktionen skapar nya ämnen som består av en ny kombination av atomer och en annan konfiguration av elektroner.

Atomer består av en kärna och omgivande elektroner. Elektronerna ordnar sig i skal runt kärnan, och varje skal har plats för ett fast antal elektroner. Till exempel har det innersta skalet av en atom plats för två elektroner. Nästa skal har plats för åtta. Det tredje skalet har tre subshells som har plats för två, sex och 10 elektroner. Endast elektronerna i det yttersta skalet, eller valensskalet, deltar i kemiska reaktioner.

En atom börjar alltid med ett fast antal elektroner, givet av atomnumret. Elektronerna med atomnummer fyller elektronskalen inifrån och ut och lämnar de återstående elektronerna i det yttre skalet. Elektronerna i det yttre valensskalet bestämmer hur en atom beter sig, oavsett om den tar, ger eller dela elektroner för att delta i kemiska reaktioner och bilda två typer av kemiska bindningar: joniska och kovalent.

Atomer är mest stabila när deras valenselektronskal är fulla. Beroende på atommens atomnummer kan det betyda att man har två, åtta eller fler elektroner i det yttre skalet. Ett sätt att komplettera skal är att atomer som har en eller två elektroner i sitt valensskal donerar dem till atomer som saknar en eller två i sitt yttersta skal. Sådana kemiska reaktioner innefattar utbyte av elektroner mellan två eller flera atomer med den resulterande substansen som består av två eller flera joner.

Till exempel har natrium ett atomnummer på 11, vilket betyder att det innersta skalet har två elektroner; nästa skal har åtta, och det yttersta valensskalet har en. Natrium kan ha ett fullständigt yttersta skal om det donerar sin extra elektron. Klor har å andra sidan ett atomnummer på 17. Det betyder att den har två elektroner i sitt inre skal, åtta i nästa skal, två i nästa underskal och fem i det yttersta underskalet där det finns plats för sex. Klor kan komplettera sitt yttersta skal genom att acceptera en extra elektron.

Faktum är att natrium och klor reagerar med en ljusgul eld och bildar en ny förening, natriumklorid eller bordssalt. I den kemiska reaktionen ger varje natriumatom sin enda yttre elektron till en kloratom. Natriumatomen blir en positivt laddad jon och kloratomen blir negativt laddad. De två olika laddade jonerna attraherar för att bilda den stabila natriumkloridmolekylen med en jonbindning.

Många atomer har mer än en eller två elektroner i sitt valensskal, men att ge upp tre eller fyra elektroner kan göra den återstående atomen instabil. Istället går sådana atomer in i ett delningsarrangemang med andra atomer för att bilda en kovalent bindning.

Till exempel har kol atomnummer sex, vilket betyder att det har två elektroner i sitt inre skal och fyra i det andra skalet med plats för åtta. I teorin kan en kolatom ge upp sina fyra yttersta elektroner eller ta emot fyra elektroner för att komplettera sitt yttersta skal och bilda en jonbindning. I praktiken bildar en kolatom en kovalent bindning med andra atomer som kan dela elektroner, såsom väteatomen.

I metan delar en enda kolatom sina fyra elektroner med fyra väteatomer, var och en med en enda delad elektron. Delning innebär att åtta elektroner fördelas över kol- och väteatomerna så att olika skal är fulla vid olika tidpunkter. Metan är ett exempel på en stabil kovalent bindning.

Beroende på vilka atomer som är inblandade kan kemiska reaktioner resultera i många kombinationer av bindningar när elektroner överförs och delas i olika stabila arrangemang. Två av de viktigaste funktionerna i en kemisk reaktion är de ändrade elektronkonfigurationerna och stabiliteten hos reaktionens produkter.