Mitä tapahtuu alkuaineiden atomeille kemiallisten reaktioiden aikana? Mitkä ovat elementtien ominaisuudet? Näihin molempiin kysymyksiin voidaan antaa yksi vastaus: syy on atomin ulkoisen energiatason rakenteessa. Artikkelissamme tarkastellaan metallien ja ei-metallien atomien elektronista rakennetta ja selvitetään ulkotason rakenteen ja alkuaineiden ominaisuuksien välinen suhde.
Elektronien erikoisominaisuudet
Kun kahden tai useamman reagenssin molekyylien välillä tapahtuu kemiallinen reaktio, atomien elektronikuorten rakenteessa tapahtuu muutoksia, kun taas niiden ytimet pysyvät muuttumattomina. Ensin tutustutaan niiden elektronien ominaisuuksiin, jotka sijaitsevat atomin tasoilla, jotka ovat kauimpana ytimestä. Negatiivisesti varautuneet hiukkaset on järjestetty kerroksiksi tietylle etäisyydelle ytimestä ja toisistaan. Ytimen ympärillä oleva tila, josta elektroneja todennäköisimmin löytyykutsutaan elektroniradalla. Noin 90 % negatiivisesti varautuneesta elektronipilvestä on kondensoitunut siihen. Itse elektronilla atomissa on kaksinaisuuden ominaisuus, se voi samanaikaisesti käyttäytyä sekä hiukkasena että a altona.
Atomin elektronikuoren täyttämistä koskevat säännöt
Niiden energiatasojen lukumäärä, joilla hiukkaset sijaitsevat, on yhtä suuri kuin sen jakson lukumäärä, jossa elementti sijaitsee. Mitä sähköinen kokoonpano kertoo? Kävi ilmi, että pienten ja suurten jaksojen pääalaryhmien s- ja p-elementtien ulkoisen energiatason elektronien lukumäärä vastaa ryhmänumeroa. Esimerkiksi ensimmäisen ryhmän litiumatomeilla, joissa on kaksi kerrosta, on yksi elektroni ulkokuoressa. Rikkiatomit sisältävät kuusi elektronia viimeisellä energiatasolla, koska alkuaine sijaitsee kuudennen ryhmän pääalaryhmässä jne. Jos puhumme d-alkuaineista, niille on olemassa seuraava sääntö: ulkoisten negatiivisten hiukkasten lukumäärä on 1 (kromille ja kuparille) tai 2. Tämä selittyy sillä, että kun atomiytimen varaus kasvaa, sisäinen d-alataso täyttyy ensin ja ulkoiset energiatasot pysyvät ennallaan.
Miksi pienten jaksojen elementtien ominaisuudet muuttuvat?
Jaksottaisessa järjestelmässä jaksoja 1, 2, 3 ja 7 pidetään pieninä. Alkuaineiden ominaisuuksien tasainen muutos ydinvarausten kasvaessa, alkaen aktiivisista metalleista ja päättyen inertteihin kaasuihin, selittyy elektronien lukumäärän asteittaisella kasvulla ulkoisella tasolla. Ensimmäiset alkuaineet tällaisissa jaksoissa ovat ne, joiden atomeissa on vain yksi taikaksi elektronia, jotka voivat helposti irtautua ytimestä. Tässä tapauksessa muodostuu positiivisesti varautunut metalli-ioni.
Amfoteeriset elementit, kuten alumiini tai sinkki, täyttävät ulkoisen energiatasonsa pienellä määrällä elektroneja (1 sinkille, 3 alumiinille). Kemiallisen reaktion olosuhteista riippuen niillä voi olla sekä metallien että ei-metallien ominaisuuksia. Pienen ajanjakson ei-metalliset elementit sisältävät 4–7 negatiivista hiukkasta atomiensa ulkokuorilla ja täydentävät sen okteiksi, joka houkuttelee elektroneja muista atomeista. Esimerkiksi ei-metallissa, jolla on korkein elektronegatiivisuusindeksi - fluori, siinä on 7 elektronia viimeisessä kerroksessa ja se ottaa aina yhden elektronin paitsi metalleista myös aktiivisista ei-metallisista alkuaineista: hapesta, kloorista, typestä. Pienet jaksot, kuten myös suuret, päättyvät inertteihin kaasuihin, joiden monoatomisten molekyylien ulkoiset energiatasot ovat täysin valmiit 8 elektroniin asti.
Suurijaksoisten atomien rakenteen piirteet
Jopa 4, 5 ja 6 jakson rivit koostuvat elementeistä, joiden ulkokuorille mahtuu vain yksi tai kaksi elektronia. Kuten aiemmin sanoimme, ne täyttävät toiseksi viimeisen kerroksen d- tai f-alatasot elektroneilla. Yleensä nämä ovat tyypillisiä metalleja. Niiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet muuttuvat hyvin hitaasti. Parittomat rivit sisältävät sellaisia elementtejä, joissa ulkoiset energiatasot täytetään elektroneilla seuraavan kaavion mukaisesti: metallit - amfoteerinen alkuaine - ei-metallit - inertti kaasu. Olemme jo havainneet sen ilmenemisen kaikissa pienissä jaksoissa. Esimerkiksi parittomassa 4 jakson sarjassa kupari on metalli, sinkki on amfotereeni, sitten galliumista bromiin ei-metalliset ominaisuudet paranevat. Jakso päättyy kryptoniin, jonka atomeilla on täysin valmis elektronikuori.
Kuinka selittää elementtien jakaminen ryhmiin?
Jokainen ryhmä - ja niitä on kahdeksan taulukon lyhyessä muodossa, on myös jaettu alaryhmiin, joita kutsutaan pää- ja toissijaisiksi. Tämä luokittelu heijastaa elektronien eri asentoja alkuaineiden atomien ulkoisella energiatasolla. Kävi ilmi, että pääalaryhmien alkuaineet, esimerkiksi litium, natrium, kalium, rubidium ja cesium, viimeinen elektroni sijaitsee s-alatasolla. Pääalaryhmän ryhmän 7 elementit (halogeenit) täyttävät p-alatasonsa negatiivisilla hiukkasilla.
Toissijaisten alaryhmien, kuten kromin, molybdeenin, volframin, edustajille d-alatason täyttäminen elektroneilla on tyypillistä. Ja lantanidien ja aktinidien perheisiin sisältyvien alkuaineiden os alta negatiivisten varausten kerääntyminen tapahtuu toiseksi viimeisen energiatason f-alatasolla. Lisäksi ryhmänumero on pääsääntöisesti sama kuin niiden elektronien lukumäärä, jotka pystyvät muodostamaan kemiallisia sidoksia.
Artikkelissamme selvitimme, mikä rakenne kemiallisten alkuaineiden atomien ulkoisilla energiatasoilla on, ja määritimme niiden roolin atomien välisessä vuorovaikutuksessa.
