เกิดอะไรขึ้นกับอะตอมระหว่างปฏิกิริยาเคมี?

ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นเมื่ออะตอมของสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปแลกเปลี่ยนหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน ปฏิกิริยาจะสร้างอะตอมและโมเลกุลโดยที่อิเล็กตรอนถูกจัดเรียงต่างกัน การกำหนดค่าที่เปลี่ยนแปลงของอะตอมเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาเคมีจะปล่อยหรือดูดซับแสง ความร้อน หรือไฟฟ้า ในทางกลับกัน ในการแยกอะตอมออกจากสภาพเดิม จะต้องนำพลังงานออกหรือให้พลังงาน

ปฏิกิริยาเคมีควบคุมกระบวนการต่างๆ ในชีวิตประจำวันและอาจมีความซับซ้อนมาก ทั้งกับอะตอมและ โมเลกุลเข้าสู่ปฏิกิริยาและทำให้เกิดอะตอมและโมเลกุลที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิงในฐานะผลิตภัณฑ์ของ ปฏิกิริยา. ปฏิกิริยาประเภทต่างๆ และวิธีการแลกเปลี่ยนหรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น พลาสติก ยารักษาโรค และผงซักฟอก

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี อะตอมของสารเดิมจะได้รับ สูญเสีย หรือแบ่งอิเล็กตรอนกับสารที่ทำปฏิกิริยา ปฏิกิริยาดังกล่าวจะสร้างสารใหม่ซึ่งประกอบด้วยอะตอมและอิเล็กตรอนในรูปแบบต่างๆ

อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนโดยรอบ อิเล็กตรอนจัดเรียงตัวเองในเปลือกรอบนิวเคลียส และแต่ละเปลือกมีที่ว่างสำหรับอิเล็กตรอนจำนวนคงที่ ตัวอย่างเช่น เปลือกชั้นในสุดของอะตอมมีที่ว่างสำหรับอิเล็กตรอนสองตัว เปลือกถัดไปมีที่ว่างสำหรับแปด เปลือกที่สามมีสาม subshells ที่มีห้องสำหรับสอง หก และ 10 อิเล็กตรอน เฉพาะอิเล็กตรอนในเปลือกนอกสุดหรือเปลือกเวเลนซ์เท่านั้นที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมี

อะตอมเริ่มต้นด้วยจำนวนอิเล็กตรอนคงที่เสมอ โดยกำหนดจากเลขอะตอม อิเล็กตรอนของเลขอะตอมจะเติมเปลือกอิเล็กตรอนจากภายในสู่ภายนอก ปล่อยให้อิเล็กตรอนที่เหลืออยู่ในเปลือกนอก อิเล็กตรอนในเปลือกเวเลนซ์ภายนอกกำหนดว่าอะตอมมีพฤติกรรมอย่างไร ไม่ว่าจะรับ ให้ หรือ ใช้อิเล็กตรอนร่วมกันเพื่อมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีและสร้างพันธะเคมีสองประเภท: ไอออนิกและ โควาเลนต์

อะตอมจะเสถียรที่สุดเมื่อเปลือกอิเล็กตรอนของวาเลนซ์เต็ม ขึ้นอยู่กับเลขอะตอมของอะตอม นั่นอาจหมายถึงการมีอิเล็กตรอนสอง แปดตัวหรือมากกว่าในเปลือกนอก วิธีหนึ่งในการสร้างเปลือกให้สมบูรณ์คือให้อะตอมที่มีอิเล็กตรอนหนึ่งหรือสองตัวในเปลือกเวเลนซ์ของพวกมันเพื่อบริจาคให้กับอะตอมที่ขาดหนึ่งหรือสองอิเล็กตรอนในเปลือกนอกสุด ปฏิกิริยาเคมีดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมตั้งแต่สองอะตอมขึ้นไปกับสารที่เป็นผลลัพธ์ซึ่งประกอบด้วยไอออนตั้งแต่สองตัวขึ้นไป

ตัวอย่างเช่น โซเดียมมีเลขอะตอมเท่ากับ 11 หมายความว่าเปลือกชั้นในสุดมีอิเล็กตรอนสองตัว เปลือกถัดไปมีแปดและเปลือกความจุนอกสุดมีหนึ่งอัน โซเดียมอาจมีเปลือกนอกสุดที่สมบูรณ์หากให้อิเล็กตรอนส่วนเกิน คลอรีนมีเลขอะตอม 17 ซึ่งหมายความว่ามีอิเล็กตรอนสองตัวในเปลือกชั้นใน แปดในเปลือกถัดไป สองอิเล็กตรอนในเปลือกย่อยถัดไป และห้าในเปลือกย่อยนอกสุดที่มีที่ว่างสำหรับหก คลอรีนสามารถทำให้เปลือกนอกสุดสมบูรณ์ได้โดยการรับอิเล็กตรอนพิเศษ

ในความเป็นจริง โซเดียมและคลอรีนทำปฏิกิริยากับเปลวไฟสีเหลืองสดใสเพื่อสร้างสารประกอบใหม่ โซเดียมคลอไรด์หรือเกลือแกง ในปฏิกิริยาเคมีนั้น โซเดียมแต่ละอะตอมให้อิเล็กตรอนภายนอกตัวเดียวแก่อะตอมของคลอรีน อะตอมโซเดียมจะกลายเป็นไอออนที่มีประจุบวก และอะตอมของคลอรีนจะมีประจุลบ ไอออนที่มีประจุต่างกันทั้งสองจะดึงดูดเพื่อสร้างโมเลกุลโซเดียมคลอไรด์ที่เสถียรด้วยพันธะไอออนิก

อะตอมจำนวนมากมีอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งหรือสองตัวในเปลือกเวเลนซ์ แต่การละทิ้งอิเล็กตรอนสามหรือสี่ตัวอาจทำให้อะตอมที่เหลืออยู่ไม่เสถียร อะตอมดังกล่าวเข้าสู่ข้อตกลงร่วมกันกับอะตอมอื่นเพื่อสร้างพันธะโควาเลนต์

ตัวอย่างเช่น คาร์บอนมีเลขอะตอมหก ซึ่งหมายความว่ามีอิเล็กตรอนสองตัวในเปลือกชั้นในและสี่ตัวในเปลือกที่สองซึ่งมีที่ว่างสำหรับแปด ตามทฤษฎีแล้ว อะตอมของคาร์บอนสามารถปล่อยอิเล็กตรอนที่อยู่นอกสุดสี่ตัวหรือรับอิเล็กตรอนสี่ตัวเพื่อทำให้เปลือกนอกสุดสมบูรณ์และสร้างพันธะไอออนิก ในทางปฏิบัติ อะตอมของคาร์บอนจะสร้างพันธะโควาเลนต์กับอะตอมอื่นๆ ที่สามารถแบ่งอิเล็กตรอนได้ เช่น อะตอมไฮโดรเจน

ในมีเธน อะตอมของคาร์บอนเดี่ยวแบ่งอิเล็กตรอนสี่ตัวกับไฮโดรเจนสี่อะตอม แต่ละอะตอมมีอิเล็กตรอนร่วมกันเพียงตัวเดียว การแบ่งปันหมายความว่าอิเล็กตรอนแปดตัวถูกกระจายไปทั่วอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจนเพื่อให้เปลือกต่าง ๆ เต็มในเวลาที่ต่างกัน มีเทนเป็นตัวอย่างของพันธะโควาเลนต์ที่เสถียร

ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอะตอมที่เกี่ยวข้อง ปฏิกิริยาเคมีอาจส่งผลให้เกิดพันธะหลายอย่างร่วมกัน เนื่องจากอิเล็กตรอนถูกถ่ายเทและแบ่งปันในรูปแบบต่างๆ ที่เสถียร ลักษณะสำคัญสองประการของปฏิกิริยาเคมีคือการกำหนดค่าอิเล็กตรอนที่เปลี่ยนแปลงและความเสถียรของผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา