Що таке валентні електрони та як вони пов’язані з поведінкою зв’язку атомів?

Усі атоми складаються з позитивно зарядженого ядра, оточеного негативно зарядженими електронами. Найбільш зовнішні електрони – валентні електрони – здатні взаємодіяти з іншими атомами, і залежно від того, як ці електрони взаємодіють з іншими атомами, утворюється або іонний, або ковалентний зв’язок, і атоми зливаються разом, утворюючи молекулу.

Електронні оболонки

Кожен елемент оточений певною кількістю електронів, які заселяють орбіталі електронів. Кожна орбіталь потребує стабільності двох електронів, а орбіталі організовані в оболонки, при цьому кожна наступна оболонка має вищий енергетичний рівень, ніж попередня. Найнижча оболонка містить лише одну електронну орбіталу, 1S, і, таким чином, для стабільності потрібні лише два електрони. Друга оболонка (і всі ті, що слідують за нею) містить чотири орбіталі – 2S, 2Px, 2Py і 2Pz (по одному P на кожну вісь: x, y, z) – і потрібно, щоб вісім електронів були стабільними.

Спускаючись рядами Періодичної таблиці елементів, навколо кожного елемента існує нова оболонка з 4 електронних орбіталей з такою ж установкою, як і друга оболонка. Наприклад, Водень у першому ряду має лише першу оболонку з однією орбіталлю (1S), тоді як хлор у третьому ряду має першу оболонку (орбіталь 1S), другу оболонку (2S, 2Px, 2Py, 2Pz орбіталі) і третю оболонки (3S, 3Px, 3Py, 3Px орбіталі).

Примітка: Число перед кожною орбіталею S і P – це вказівка ​​оболонки, в якій знаходиться ця орбіталь, а не кількість.

Валентні електрони

Електрони у зовнішній оболонці будь-якого елемента є його валентними електронами. Оскільки всі елементи хочуть мати повну зовнішню оболонку (вісім електронів), це електрони, які вони готові або поділитися з іншими елементами, щоб утворити молекули, або повністю відмовитись, щоб стати іоном. Коли елементи ділять електрони, утворюється міцний ковалентний зв’язок. Коли елемент видає зовнішній електрон, він призводить до протилежних заряджених іонів, які утримуються разом слабшим іонним зв’язком.

Іонні облігації

Всі елементи починаються з врівноваженого заряду. Тобто кількість позитивно заряджених протонів дорівнює кількості негативно заряджених електронів, внаслідок чого виникає загальний нейтральний заряд. Однак іноді елемент, що містить лише один електрон в оболонці електронів, передасть цей електрон іншому елементу, якому потрібен лише один електрон для завершення оболонки.

Коли це трапляється, вихідний елемент опускається до повної оболонки, а другий електрон завершує свою верхню оболонку; обидва елементи тепер стабільні. Однак, оскільки кількість електронів і протонів у кожному елементі більше не дорівнює, елемент, який отримав електрон, тепер має чистий негативний заряд, а елемент, який віддав електрон, має чистий позитивний заряд. Протилежні заряди викликають електростатичне тяжіння, яке щільно тягне іони разом у кристалічну формацію. Це називається іонним зв’язком.

Прикладом цього є те, коли атом натрію віддає свій єдиний 3S-електрон, щоб заповнити останню оболонку атома хлору, для стабільності якої потрібен лише ще один електрон. Це створює іони Na- і Cl +, які з’єднуються між собою, утворюючи NaCl, або звичайну кухонну сіль.

Ковалентні облігації

Замість того, щоб віддавати або приймати електрони, два (або більше) атомів можуть також ділити пари електронів, щоб заповнити їх зовнішні оболонки. Це утворює ковалентний зв’язок, і атоми зливаються разом у молекулу.

Прикладом цього є те, коли два атоми кисню (шість валентних електронів) стикаються з вуглецем (чотири валентних електрона). Оскільки кожен атом хоче мати вісім електронів у своїй зовнішній оболонці, атом вуглецю ділиться двома своїми валентними електронами з кожним атомом кисню, заповнюючи їх оболонки, тоді як кожен атом кисню ділиться двома електронами з атомом вуглецю, щоб завершити свою оболонку. Отримана молекула – це вуглекислий газ, або СО2.

Як валентні електрони елемента відносяться до його групи в періодичній таблиці?

У 1869 р. Дмитро Менделєєв опублікував доповідь «Про співвідношення властивостей елементів до їх атомних ваг. У цьому документі він створив упорядковане розташування елементів, перерахувавши їх у порядку збільшення ваги та упорядкувавши їх у групи на основі схожих хімічних властивостей.

Чи втрачають атоми металу валентні електрони при утворенні іонних сполук?

Атоми металів втрачають частину своїх валентних електронів через процес, що називається окисленням, внаслідок чого утворюється велика різноманітність іонних сполук, включаючи солі, сульфіди та оксиди. Властивості металів у поєднанні з хімічною дією інших елементів призводять до перенесення електронів від одного атома до іншого. .

Чому валентні електрони впливають на атомний радіус елемента?

Атомний радіус елемента – це відстань між центром ядра атома та його зовнішнім, або валентним електроном. Значення атомного радіуса змінюється передбачуваними способами під час переміщення по періодичній таблиці. Ці зміни викликані взаємодією між позитивним зарядом протонів .

Визначення валентного електрона в хімії

Валентний електрон — це електрон , який найімовірніше бере участь у хімічній реакції. Зазвичай це електрони з найбільшим значенням головного квантового числа n . Інший спосіб уявлення про валентні електрони полягає в тому, що вони є найдальшими електронами в атомі, тому вони найбільш чутливі до участі в утворенні хімічних зв’язків або іонізації. Найпростіший спосіб ідентифікації валентних електронів — знайти найбільше число в електронній конфігурації атома (головне квантове число).

Варто зазначити, що визначення валентності IUPAC стосується єдиного найвищого значення валентності, яке відображається атомом елемента. Однак на практиці елементи основної групи періодичної таблиці можуть мати будь-яку валентність від 1 до 7 (оскільки 8 є повним октетом). Більшість елементів мають переважні значення валентних електронів. Наприклад, валентність лужних металів майже завжди дорівнює 1. Валентність лужноземельних металів зазвичай дорівнює 2. Галогени зазвичай мають валентність 1, але іноді можуть мати валентність 7. Перехідні метали можуть відображати валентність діапазон значень валентності, оскільки найвища енергетична електронна підоболонка заповнена лише частково. Ці атоми стають більш стабільними, коли спустошують оболонку, заповнюють її наполовину або повністю.

Приклади

• Електронна конфігурація магнію в основному стані дорівнює 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 , валентні електрони будуть електронами 3s, оскільки 3 є найбільшим головним квантовим числом.
• Електронна конфігурація основного стану брому дорівнює 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 d 10 4s 2 p 5 , валентними електронами будуть електрони 4s і 4p.