Hvad bestemmer et atoms kemiske adfærd?

Elementer er dannet af atomer, og atomets struktur bestemmer, hvordan det vil opføre sig, når det interagerer med andre kemikalier. Nøglen til at bestemme, hvordan et atom vil opføre sig i forskellige miljøer ligger i arrangementet af elektroner inden for atomet.

TL; DR (for længe, ​​ikke læst)

Når et atom reagerer , det kan vinde eller tabe elektroner, eller det kan dele elektroner med et nærliggende atom for at danne en kemisk binding. Den lethed, som et atom kan vinde, tabe eller dele elektroner, bestemmer dets reaktivitet.

Atomstruktur Atomer består af tre typer af subatomare partikler: protoner, neutroner og elektroner. Identiteten af ​​et atom bestemmes af dets protonnummer eller atomnummer. For eksempel klassificeres ethvert atom med 6 protoner som carbon. Atomer er neutrale enheder, så de har altid lige mange positive ladede protoner og negativt ladede elektroner. Elektronerne siges at bane centralkernen, der holdes i position ved den elektrostatiske attraktion mellem den positivt ladede kerne og elektronerne selv. Elektronerne er anbragt i energiniveauer eller skaller: definerede områder af rummet omkring kernen. Elektroner optager de lavest tilgængelige energiniveauer, det vil sige tættest på kernen, men hvert energiniveau kan kun indeholde et begrænset antal elektroner. Positionen af ​​de yderste elektroner er nøglen til at bestemme et atoms adfærd.

Fuld ydre energiniveau

Antallet af elektroner i et atom bestemmes af antallet af protoner. Dette betyder, at de fleste atomer har et delvis fyldt ydre energiniveau. Når atomer reagerer, har de en tendens til at forsøge at opnå et fuldstændigt ydre energiniveau, enten ved at miste ydre elektroner, ved at få ekstra elektroner eller ved at dele elektroner med et andet atom. Det betyder, at det er muligt at forudsige et atoms adfærd ved at undersøge dets elektronkonfiguration. Ædle gasser som neon og argon er synlige for deres inerte karakter: De deltager ikke i kemiske reaktioner undtagen under meget ekstreme omstændigheder, da de allerede har et stabilt fuldt ydre energiniveau.

Den periodiske tabel

Elementernes periodiske tabel er indrettet således, at elementer eller atomer med lignende egenskaber grupperes i kolonner. Hver kolonne eller gruppe indeholder atomer med et lignende elektronarrangement. For eksempel indeholder elementer som natrium og kalium i den venstre kolonne i det periodiske system hver 1 elektron i deres yderste energiniveau. De siges at være i gruppe 1, og fordi den ydre elektron kun er svagt tiltrukket af kernen, kan den gå tabt let. Dette gør gruppe 1-atomer meget reaktive: De mister deres ydre elektron hurtigt i kemiske reaktioner med andre atomer. På samme måde har elementer i gruppe 7 en ledig stilling i deres ydre energiniveau. Da de fulde ydre energiniveauer er de mest stabile, kan disse atomer let tiltrække en ekstra elektron, når de reagerer med andre stoffer.

Ionisering Energi

​​Ioniseringsenergi (IE) er et mål for lethed med hvilke elektroner kan fjernes fra et atom. Et element med en lav ioniseringsenergi vil reagere let ved at miste sin ydre elektron. Ioniseringsenergi måles til den efterfølgende fjernelse af hver elektron af et atom. Den første ioniseringsenergi refererer til den energi, der kræves for at fjerne den første elektron; den anden ioniseringsenergi refererer til den energi, der kræves for at fjerne den anden elektron og så videre. Ved at undersøge værdierne for successive ioniseringsenergier af et atom, kan dens sandsynlige adfærd forudsiges. For eksempel har gruppe 2-elementet calcium en lav 1. I.E. på 590 kilojoules pr. mol og en relativt lav 2. I.E. på 1145 kilojoules pr. mol. Men den 3. I.E. er meget højere ved 4912 kilojoules pr. mol. Dette antyder, at når calcium reagerer, er det højst sandsynligt at miste de to første let flytbare elektroner.

Elektronaffinitet

Elektronaffinitet (Ea) er et mål for, hvor nemt et atom kan få ekstra elektroner . Atomer med lave elektronaffekter har en tendens til at være meget reaktive, for eksempel er fluor det mest reaktive element i det periodiske system, og det har en meget lav elektronaffinitet ved -328 kilojoules pr. Mol. Som med ioniseringsenergi har hvert element en række værdier, som repræsenterer elektronaffiniteten ved at tilføje første, anden og tredje elektroner og så videre. Endnu en gang giver de efterfølgende elektronaffekter af et element en indikation af, hvordan det vil reagere.