Що визначає хімічну поведінку атома?

Елементи складаються з атомів, а будова атома визначає, як він буде поводитися при взаємодії з іншими хімічними речовинами. Ключ у визначенні поведінки атома в різних середовищах полягає в розташуванні електронів в атомі.

TL; ДР (занадто довгий; Не читав)

Коли атом реагує, він може отримувати або втрачати електрони, або може ділитися електронами з сусіднім атомом, утворюючи хімічний зв’язок. Легкість, з якою атом може отримувати, втрачати або ділити електрони, визначає його реакційну здатність.

Атоми складаються з трьох типів субатомних частинок: протонів, нейтронів та електронів. Ідентичність атома визначається його протонним числом або атомним номером. Наприклад, будь-який атом, що має 6 протонів, класифікується як вуглець. Атоми є нейтральними сутностями, тому вони завжди мають однакову кількість позитивно заряджених протонів та негативно заряджених електронів. Кажуть, що електрони обертаються навколо центрального ядра, утримуючись в положенні електростатичним притяганням між позитивно зарядженим ядром і самими електронами. Електрони розташовані в енергетичних рівнях або оболонках: визначені ділянки простору навколо ядра. Електрони займають найнижчі доступні енергетичні рівні, тобто найближчі до ядра, але кожен енергетичний рівень може містити лише обмежену кількість електронів. Положення найвіддаленіших електронів є ключовим у визначенні поведінки атома.

Кількість електронів в атомі визначається кількістю протонів. Це означає, що більшість атомів мають частково заповнений зовнішній енергетичний рівень. Коли атоми реагують, вони намагаються досягти повного зовнішнього енергетичного рівня, або втрачаючи зовнішні електрони, отримуючи зайві електрони, або ділячись електронами з іншим атомом. Це означає, що можна передбачити поведінку атома, досліджуючи його електронну конфігурацію. Благородні гази, такі як неон та аргон, відрізняються своїм інертним характером: вони не беруть участі хімічні реакції, за винятком дуже екстремальних обставин, оскільки вони вже мають стабільну повну зовнішню енергію рівень.

Періодична система елементів розташована так, що елементи або атоми з подібними властивостями згруповані в стовпці. Кожен стовпець або група містить атоми з подібним розташуванням електронів. Наприклад, такі елементи, як натрій і калій, у лівій колонці Періодичної системи містять по 1 електрону у своєму зовнішньому енергетичному рівні. Кажуть, що вони входять до групи 1, і оскільки зовнішній електрон лише слабо притягується до ядра, його легко втратити. Це робить атоми групи 1 високореактивними: вони легко втрачають свій зовнішній електрон в хімічних реакціях з іншими атомами. Подібним чином елементи в групі 7 мають єдину вакансію за своїм зовнішнім енергетичним рівнем. Оскільки повні зовнішні енергетичні рівні найбільш стабільні, ці атоми можуть легко залучити додатковий електрон, коли вони вступають в реакцію з іншими речовинами.

Енергія іонізації (I.E.) - міра легкості, з якою електрони можуть бути вилучені з атома. Елемент з низькою енергією іонізації буде швидко реагувати, втрачаючи зовнішній електрон. Енергія іонізації вимірюється для послідовного видалення кожного електрона атома. Перша енергія іонізації відноситься до енергії, необхідної для видалення першого електрона; друга енергія іонізації відноситься до енергії, необхідної для видалення другого електрона тощо. Вивчаючи значення енергій послідовної іонізації атома, можна передбачити його ймовірну поведінку. Наприклад, кальцій групи 2 має низький рівень 1-го введення. 590 кілоджоулів на моль і відносно низький рівень 2-го в.е. 1145 кілоджоулів на моль. Однак 3-й І.Є. набагато вище - 4912 кілоджоулів на моль. Це свідчить про те, що коли кальцій реагує, найімовірніше втратить перші два легко виймаються електрони.

Спорідненість до електронів (Еа) - це міра того, наскільки легко атом може отримати додаткові електрони. Атоми з низьким спорідненістю до електронів, як правило, є дуже реакційноздатними, наприклад, фтору найбільше реактивний елемент у Періодичній системі, і він має дуже низьку спорідненість до електронів при -328 кілоджоулях на моль. Як і при енергії іонізації, кожен елемент має ряд значень, що представляють спорідненість до електронів додавання першого, другого та третього електронів тощо. Ще раз, послідовність електронних спорідненостей елемента вказує на те, як він буде реагувати.