Hvad bestemmer et atoms kemiske opførsel?

Elementer er lavet 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 i atomet.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Når et atom reagerer , kan det vinde eller miste elektroner, eller det kan dele elektroner med et nabolande atom for at danne en kemisk binding. Den lethed, hvormed et atom kan vinde, miste eller dele elektroner, bestemmer dets reaktivitet.
Atomstruktur

Atomer består af tre typer subatomisk partikel: protoner, neutroner og elektroner. Et atomers identitet 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 positivt ladede protoner og negativt ladede elektroner. Det siges, at elektronerne kredser om den centrale kerne, der holdes på plads af den elektrostatiske tiltrækning mellem den positivt ladede kerne og selve elektronerne. Elektronerne er arrangeret i energiniveauer eller -skaller: definerede rumområder omkring kernen. Elektroner optager det lavest tilgængelige energiniveau, det vil sige det tættest på kernen, men hvert energiniveau kan kun indeholde et begrænset antal elektroner. Positionen for de yderste elektroner er nøglen til at bestemme atoms adfærd.
Fuldt ydre energiniveau

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

Elementets periodiske tabel er arrangeret således, at elementer eller atomer med lignende egenskaber er grupperet i kolonner. Hver søjle 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. Det siges, at de er i gruppe 1, og fordi den ydre elektron kun er svagt tiltrukket af kernen, kan det let gå tabt. Dette gør gruppe 1-atomer meget reaktive: De mister let deres ydre elektron i kemiske reaktioner med andre atomer. Tilsvarende har elementer i gruppe 7 en enkelt ledighed i deres ydre energiniveau. Da fulde ydre energiniveauer er de mest stabile, kan disse atomer let tiltrække et ekstra elektron, når de reagerer med andre stoffer. kan fjernes fra et atom. Et element med en lav ioniseringsenergi reagerer let ved at miste sin ydre elektron. Ioniseringsenergi måles til successiv fjernelse af hvert elektron i et atom. Den første ioniseringsenergi henviser til den energi, der kræves til at fjerne det første elektron; den anden ioniseringsenergi refererer til den energi, der kræves til at fjerne den anden elektron og så videre. Ved at undersøge værdierne for et atomers på hinanden følgende ioniseringsenergi kan det forventes opførsel. F.eks. Har gruppe 2-elementskalsium en lav 1.E. på 590 kilojoules pr. mol og en relativt lav 2.E.E. på 1145 kilojoules pr. mol. Den 3. I.E. er meget højere ved 4912 kilojoules pr. mol. Dette antyder, at når calcium reagerer, er det mest sandsynligt at miste de to første let aftagelige elektroner.
Elektronaffinitet

Elektronaffinitet (Ea) er et mål for, hvor let et atom kan få ekstra elektroner. Atomer med lave elektronaffiniteter 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 kilojoule pr. Mol. Som med ioniseringsenergi har hvert element en række værdier, der repræsenterer elektronaffiniteten til at tilføje de første, anden og tredje elektroner og så videre. Endnu en gang giver de successive elektronaffiniteter af et element en indikation af, hvordan det vil reagere.