Τι συμβαίνει με τα άτομα των στοιχείων κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων; Ποιες είναι οι ιδιότητες των στοιχείων; Μια απάντηση μπορεί να δοθεί και στα δύο αυτά ερωτήματα: ο λόγος βρίσκεται στη δομή του εξωτερικού ενεργειακού επιπέδου του ατόμου. Στο άρθρο μας, θα εξετάσουμε την ηλεκτρονική δομή των ατόμων μετάλλων και μη μετάλλων και θα ανακαλύψουμε τη σχέση μεταξύ της δομής του εξωτερικού επιπέδου και των ιδιοτήτων των στοιχείων.
Ειδικές ιδιότητες ηλεκτρονίων
Όταν συμβαίνει μια χημική αντίδραση μεταξύ των μορίων δύο ή περισσότερων αντιδραστηρίων, συμβαίνουν αλλαγές στη δομή των ηλεκτρονίων των ατόμων, ενώ οι πυρήνες τους παραμένουν αμετάβλητοι. Αρχικά, ας εξοικειωθούμε με τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρονίων που βρίσκονται στα επίπεδα του ατόμου που είναι πιο απομακρυσμένα από τον πυρήνα. Τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια είναι διατεταγμένα σε στρώματα σε μια ορισμένη απόσταση από τον πυρήνα και το ένα από το άλλο. Ο χώρος γύρω από τον πυρήνα όπου είναι πιο πιθανό να βρεθούν ηλεκτρόνιαπου ονομάζεται τροχιακό ηλεκτρονίων. Περίπου το 90% του αρνητικά φορτισμένου νέφους ηλεκτρονίων συμπυκνώνεται σε αυτό. Το ίδιο το ηλεκτρόνιο στο άτομο εμφανίζει την ιδιότητα της δυαδικότητας, μπορεί ταυτόχρονα να συμπεριφέρεται και ως σωματίδιο και ως κύμα.
Κανόνες για την πλήρωση του κελύφους ηλεκτρονίων ενός ατόμου
Ο αριθμός των ενεργειακών επιπέδων όπου βρίσκονται τα σωματίδια είναι ίσος με τον αριθμό της περιόδου όπου βρίσκεται το στοιχείο. Τι δείχνει η ηλεκτρονική σύνθεση; Αποδείχθηκε ότι ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας για τα στοιχεία s και p των κύριων υποομάδων μικρών και μεγάλων περιόδων αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας. Για παράδειγμα, τα άτομα λιθίου της πρώτης ομάδας, που έχουν δύο στρώματα, έχουν ένα ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό περίβλημα. Τα άτομα θείου περιέχουν έξι ηλεκτρόνια στο τελευταίο ενεργειακό επίπεδο, αφού το στοιχείο βρίσκεται στην κύρια υποομάδα της έκτης ομάδας κ.λπ. Αν μιλάμε για d-στοιχεία, τότε υπάρχει ο ακόλουθος κανόνας για αυτά: ο αριθμός των εξωτερικών αρνητικών σωματιδίων είναι 1 (για χρώμιο και χαλκό) ή 2. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι καθώς αυξάνεται το φορτίο του πυρήνα των ατόμων, το εσωτερικό υποεπίπεδο d γεμίζεται πρώτα και τα εξωτερικά επίπεδα ενέργειας παραμένουν αμετάβλητα.
Γιατί αλλάζουν οι ιδιότητες των στοιχείων μικρών περιόδων;
Στο περιοδικό σύστημα, οι περίοδοι 1, 2, 3 και 7 θεωρούνται μικρές. Μια ομαλή αλλαγή στις ιδιότητες των στοιχείων καθώς αυξάνονται τα πυρηνικά φορτία, ξεκινώντας από ενεργά μέταλλα και τελειώνοντας με αδρανή αέρια, εξηγείται από μια σταδιακή αύξηση του αριθμού των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο. Τα πρώτα στοιχεία σε τέτοιες περιόδους είναι εκείνα των οποίων τα άτομα έχουν μόνο ένα ήδύο ηλεκτρόνια που μπορούν εύκολα να αποσπαστούν από τον πυρήνα. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένα θετικά φορτισμένο μεταλλικό ιόν.
Αμφοτερικά στοιχεία, όπως το αλουμίνιο ή ο ψευδάργυρος, γεμίζουν τα εξωτερικά ενεργειακά τους επίπεδα με μικρή ποσότητα ηλεκτρονίων (1 για τον ψευδάργυρο, 3 για το αλουμίνιο). Ανάλογα με τις συνθήκες της χημικής αντίδρασης, μπορούν να εμφανίσουν τόσο τις ιδιότητες των μετάλλων όσο και των μη μετάλλων. Τα μη μεταλλικά στοιχεία μικρών περιόδων περιέχουν από 4 έως 7 αρνητικά σωματίδια στο εξωτερικό περίβλημα των ατόμων τους και το συμπληρώνουν σε μια οκτάδα, προσελκύοντας ηλεκτρόνια από άλλα άτομα. Για παράδειγμα, ένα μη μέταλλο με τον υψηλότερο δείκτη ηλεκτραρνητικότητας - φθόριο, έχει 7 ηλεκτρόνια στην τελευταία στιβάδα και παίρνει πάντα ένα ηλεκτρόνιο όχι μόνο από μέταλλα, αλλά και από ενεργά μη μεταλλικά στοιχεία: οξυγόνο, χλώριο, άζωτο. Οι μικρές περίοδοι τελειώνουν, όπως και οι μεγάλες, με αδρανή αέρια, των οποίων τα μονοατομικά μόρια έχουν εξωτερικά επίπεδα ενέργειας πλήρως συμπληρωμένα έως και 8 ηλεκτρόνια.
Χαρακτηριστικά της δομής των ατόμων μεγάλων περιόδων
Ακόμη και οι σειρές των 4, 5 και 6 περιόδων αποτελούνται από στοιχεία των οποίων το εξωτερικό περίβλημα μπορεί να χωρέσει μόνο ένα ή δύο ηλεκτρόνια. Όπως είπαμε νωρίτερα, γεμίζουν τα d- ή f- υποεπίπεδα της προτελευταίας στιβάδας με ηλεκτρόνια. Συνήθως πρόκειται για τυπικά μέταλλα. Οι φυσικές και χημικές τους ιδιότητες αλλάζουν πολύ αργά. Οι περιττές σειρές περιέχουν τέτοια στοιχεία, στα οποία τα εξωτερικά επίπεδα ενέργειας γεμίζουν με ηλεκτρόνια σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα: μέταλλα - αμφοτερικό στοιχείο - μη μέταλλα - αδρανές αέριο. Έχουμε ήδη παρατηρήσει την εκδήλωσή του σε όλες τις μικρές περιόδους. Για παράδειγμα, σε μια περιττή σειρά 4 περιόδων, ο χαλκός είναι ένα μέταλλο, ο ψευδάργυρος είναι ένα αμφοτερένιο, μετά από το γάλλιο στο βρώμιο, οι μη μεταλλικές ιδιότητες ενισχύονται. Η περίοδος τελειώνει με το κρυπτό, τα άτομα του οποίου έχουν ένα εντελώς ολοκληρωμένο κέλυφος ηλεκτρονίων.
Πώς εξηγείται η διαίρεση των στοιχείων σε ομάδες;
Κάθε ομάδα - και υπάρχουν οκτώ από αυτές στη σύντομη μορφή του πίνακα, χωρίζεται επίσης σε υποομάδες, που ονομάζονται κύρια και δευτερεύουσα. Αυτή η ταξινόμηση αντανακλά τις διαφορετικές θέσεις των ηλεκτρονίων στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο των ατόμων των στοιχείων. Αποδείχθηκε ότι τα στοιχεία των κύριων υποομάδων, για παράδειγμα, λίθιο, νάτριο, κάλιο, ρουβίδιο και καίσιο, το τελευταίο ηλεκτρόνιο βρίσκεται στο s-υποεπίπεδο. Τα στοιχεία της ομάδας 7 της κύριας υποομάδας (αλογόνα) γεμίζουν το p-υποεπίπεδό τους με αρνητικά σωματίδια.
Για εκπροσώπους δευτερευουσών υποομάδων, όπως το χρώμιο, το μολυβδαίνιο, το βολφράμιο, η πλήρωση του υποεπίπεδου d με ηλεκτρόνια θα είναι τυπική. Και για τα στοιχεία που περιλαμβάνονται στις οικογένειες των λανθανιδών και των ακτινιδών, η συσσώρευση αρνητικών φορτίων συμβαίνει στο υποεπίπεδο f του προτελευταίου ενεργειακού επιπέδου. Επιπλέον, ο αριθμός της ομάδας, κατά κανόνα, συμπίπτει με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που είναι ικανά να σχηματίσουν χημικούς δεσμούς.
Στο άρθρο μας, ανακαλύψαμε ποια δομή έχουν τα εξωτερικά επίπεδα ενέργειας των ατόμων των χημικών στοιχείων και προσδιορίσαμε τον ρόλο τους στις διατομικές αλληλεπιδράσεις.
