Čo sa deje s atómami prvkov počas chemických reakcií? Aké sú vlastnosti prvkov? Na obe tieto otázky možno dať jednu odpoveď: dôvod spočíva v štruktúre vonkajšej energetickej hladiny atómu. V našom článku sa budeme zaoberať elektrónovou štruktúrou atómov kovov a nekovov a zistíme vzťah medzi štruktúrou vonkajšej úrovne a vlastnosťami prvkov.
Špeciálne vlastnosti elektrónov
Keď dôjde k chemickej reakcii medzi molekulami dvoch alebo viacerých činidiel, dôjde k zmenám v štruktúre elektrónových obalov atómov, pričom ich jadrá zostanú nezmenené. Najprv sa zoznámime s charakteristikami elektrónov nachádzajúcich sa na úrovniach atómu najvzdialenejších od jadra. Záporne nabité častice sú usporiadané vo vrstvách v určitej vzdialenosti od jadra a od seba navzájom. Priestor okolo jadra, kde sa s najväčšou pravdepodobnosťou nachádzajú elektrónynazývaný elektrónový orbitál. V ňom je kondenzovaných asi 90 % negatívne nabitého elektrónového oblaku. Samotný elektrón v atóme vykazuje vlastnosť duality, môže sa súčasne správať ako častica aj ako vlna.
Pravidlá vypĺňania elektrónového obalu atómu
Počet energetických úrovní, kde sa častice nachádzajú, sa rovná počtu periód, v ktorých sa prvok nachádza. Čo naznačuje elektronické zloženie? Ukázalo sa, že počet elektrónov vo vonkajšej energetickej hladine pre s- a p-prvky hlavných podskupín malých a veľkých periód zodpovedá číslu skupiny. Napríklad atómy lítia prvej skupiny, ktoré majú dve vrstvy, majú vo vonkajšom obale jeden elektrón. Atómy síry obsahujú na poslednej energetickej úrovni šesť elektrónov, keďže prvok sa nachádza v hlavnej podskupine šiestej skupiny atď. Ak hovoríme o d-prvkoch, potom pre ne platí nasledovné pravidlo: počet vonkajších negatívnych častíc je 1 (pre chróm a meď) alebo 2. Vysvetľuje sa to tým, že so zvyšujúcim sa nábojom jadra atómov sa najskôr naplní vnútorná d-podúroveň a vonkajšie energetické hladiny zostanú nezmenené.
Prečo sa menia vlastnosti prvkov malých období?
V periodickom systéme sa periódy 1, 2, 3 a 7 považujú za malé. Hladká zmena vlastností prvkov pri zvyšovaní jadrových nábojov, počnúc aktívnymi kovmi a končiac inertnými plynmi, sa vysvetľuje postupným zvyšovaním počtu elektrónov na vonkajšej úrovni. Prvými prvkami v takýchto obdobiach sú tie, ktorých atómy majú len jeden respdva elektróny, ktoré sa môžu ľahko odtrhnúť od jadra. V tomto prípade sa vytvorí kladne nabitý kovový ión.
Amfotérne prvky, ako je hliník alebo zinok, napĺňajú svoje vonkajšie energetické hladiny malým množstvom elektrónov (1 pre zinok, 3 pre hliník). V závislosti od podmienok chemickej reakcie môžu vykazovať vlastnosti kovov aj nekovov. Nekovové prvky malých periód obsahujú 4 až 7 negatívnych častíc na vonkajších obaloch svojich atómov a dopĺňajú ich do oktetu, pričom priťahujú elektróny z iných atómov. Napríklad nekov s najvyšším indexom elektronegativity - fluór, má na poslednej vrstve 7 elektrónov a vždy si jeden elektrón odoberie nielen z kovov, ale aj z aktívnych nekovových prvkov: kyslík, chlór, dusík. Malé periódy sa končia rovnako ako veľké periódy inertnými plynmi, ktorých monatomické molekuly majú vonkajšiu energetickú hladinu úplne dotvorenú až do 8 elektrónov.
Vlastnosti štruktúry atómov veľkých periód
Dokonca aj rady so 4, 5 a 6 periódami pozostávajú z prvkov, ktorých vonkajšie obaly môžu obsahovať iba jeden alebo dva elektróny. Ako sme už povedali, plnia d- alebo f- podúrovne predposlednej vrstvy elektrónmi. Zvyčajne ide o typické kovy. Ich fyzikálne a chemické vlastnosti sa menia veľmi pomaly. Nepárne rady obsahujú také prvky, v ktorých sú vonkajšie energetické hladiny naplnené elektrónmi podľa nasledujúcej schémy: kovy - amfotérny prvok - nekovy - inertný plyn. Jeho prejav sme už pozorovali vo všetkých malých obdobiach. Napríklad v nepárnej sérii 4 periód je meď kov, zinok je amfoterén, potom od gália po bróm sa zlepšujú nekovové vlastnosti. Obdobie končí kryptónom, ktorého atómy majú úplne dokončený elektrónový obal.
Ako vysvetliť rozdelenie prvkov do skupín?
Každá skupina – a v skrátenej forme tabuľky ich je osem, sa tiež delí na podskupiny, nazývané hlavná a vedľajšia. Táto klasifikácia odráža rôzne polohy elektrónov na vonkajšej energetickej úrovni atómov prvkov. Ukázalo sa, že prvky hlavných podskupín, napríklad lítium, sodík, draslík, rubídium a cézium, posledný elektrón sa nachádza na s-podúrovni. Prvky skupiny 7 hlavnej podskupiny (halogény) zapĺňajú svoju p-podúroveň negatívnymi časticami.
Pre zástupcov sekundárnych podskupín, akými sú chróm, molybdén, volfrám, bude typické naplnenie d-podúrovne elektrónmi. A pre prvky zahrnuté v rodinách lantanoidov a aktinoidov sa akumulácia negatívnych nábojov vyskytuje na f-podúrovni predposlednej energetickej hladiny. Okrem toho sa číslo skupiny spravidla zhoduje s počtom elektrónov schopných tvoriť chemické väzby.
V našom článku sme zistili, akú štruktúru majú vonkajšie energetické hladiny atómov chemických prvkov a určili sme ich úlohu v medziatómových interakciách.
