Какво се случва с атомите на елементите по време на химични реакции? Какви са свойствата на елементите? И на двата въпроса може да се даде един отговор: причината се крие в структурата на външното енергийно ниво на атома. В нашата статия ще разгледаме електронната структура на атомите на метали и неметали и ще разберем връзката между структурата на външното ниво и свойствата на елементите.
Специални свойства на електроните
Когато между молекулите на два или повече реагента протича химическа реакция, настъпват промени в структурата на електронните обвивки на атомите, докато техните ядра остават непроменени. Първо, нека се запознаем с характеристиките на електроните, разположени на нивата на атома, най-отдалечен от ядрото. Отрицателно заредените частици са подредени на слоеве на определено разстояние от ядрото и една от друга. Пространството около ядрото, където е най-вероятно да бъдат открити електронинаречена електронна орбитала. В него се кондензира около 90% от отрицателно заредения електронен облак. Самият електрон в атома проявява свойството на двойственост, той може едновременно да се държи и като частица, и като вълна.
Правила за запълване на електронната обвивка на атом
Броят на енергийните нива, където се намират частиците, е равен на броя на периода, в който се намира елементът. Какво показва електронният състав? Оказа се, че броят на електроните във външното енергийно ниво за s- и p-елементи от основните подгрупи на малки и големи периоди съответства на номера на групата. Например, литиевите атоми от първата група, които имат два слоя, имат един електрон във външната обвивка. Серните атоми съдържат шест електрона на последното енергийно ниво, тъй като елементът се намира в основната подгрупа на шестата група и т.н. Ако говорим за d-елементи, тогава за тях съществува следното правило: броят на външните отрицателни частици е 1 (за хром и мед) или 2. Това се обяснява с факта, че с увеличаване на заряда на ядрото на атомите първо се запълва вътрешното d-подниво и външните енергийни нива остават непроменени.
Защо се променят свойствата на елементите от малки периоди?
В периодичната система периодите 1, 2, 3 и 7 се считат за малки. Плавната промяна в свойствата на елементите с увеличаване на ядрените заряди, започвайки от активни метали и завършвайки с инертни газове, се обяснява с постепенно увеличаване на броя на електроните на външно ниво. Първите елементи в такива периоди са тези, чиито атоми имат само един илидва електрона, които лесно могат да се откъснат от ядрото. В този случай се образува положително зареден метален йон.
Амфотерните елементи, като алуминий или цинк, запълват външните си енергийни нива с малко количество електрони (1 за цинк, 3 за алуминий). В зависимост от условията на химичната реакция, те могат да проявяват свойства както на метали, така и на неметали. Неметалните елементи с малки периоди съдържат от 4 до 7 отрицателни частици върху външните обвивки на своите атоми и го допълват до октет, привличайки електрони от други атоми. Например, неметал с най-висок индекс на електроотрицателност - флуор, има 7 електрона на последния слой и винаги взема един електрон не само от метали, но и от активни неметални елементи: кислород, хлор, азот. Малките периоди завършват, както и големите, с инертни газове, чиито едноатомни молекули имат външни енергийни нива напълно завършени до 8 електрона.
Характеристики на структурата на атомите с големи периоди
Четните редове от 4, 5 и 6 периода се състоят от елементи, чиито външни обвивки могат да задържат само един или два електрона. Както казахме по-рано, те запълват d- или f- поднивата на предпоследния слой с електрони. Обикновено това са типични метали. Техните физични и химични свойства се променят много бавно. Нечетните редове съдържат такива елементи, в които външните енергийни нива са запълнени с електрони по следната схема: метали - амфотерен елемент - неметали - инертен газ. Вече наблюдавахме проявата му във всички малки периоди. Например, в нечетна серия от 4 периода, медта е метал, цинкът е амфотерен, след това от галий до бром неметалните свойства се подобряват. Периодът завършва с криптон, атомите на който имат напълно завършена електронна обвивка.
Как да обясня разделянето на елементите в групи?
Всяка група - и има осем от тях в кратката форма на таблицата, също е разделена на подгрупи, наречени основна и вторична. Тази класификация отразява различните позиции на електроните на външното енергийно ниво на атомите на елементите. Оказа се, че елементите от основните подгрупи, например литий, натрий, калий, рубидий и цезий, последният електрон се намира на s-подниво. Елементи от група 7 на основната подгрупа (халогени) запълват своето p-подниво с отрицателни частици.
За представители на вторични подгрупи, като хром, молибден, волфрам, запълването на d-поднивото с електрони ще бъде типично. А за елементите, включени в семействата лантаниди и актиниди, натрупването на отрицателни заряди се случва на f-подниво на предпоследното енергийно ниво. Освен това, номерът на групата, като правило, съвпада с броя на електроните, способни да образуват химически връзки.
В нашата статия разбрахме каква структура имат външните енергийни нива на атомите на химичните елементи и определихме ролята им в междуатомните взаимодействия.
