Kas notiek ar elementu atomiem ķīmisko reakciju laikā? Kādas ir elementu īpašības? Uz abiem šiem jautājumiem var sniegt vienu atbildi: iemesls slēpjas atoma ārējā enerģijas līmeņa struktūrā. Mūsu rakstā aplūkosim metālu un nemetālu atomu elektronisko uzbūvi un noskaidrosim attiecības starp ārējā līmeņa uzbūvi un elementu īpašībām.
Elektronu īpašās īpašības
Kad notiek ķīmiska reakcija starp divu vai vairāku reaģentu molekulām, notiek izmaiņas atomu elektronu apvalku struktūrā, kamēr to kodoli paliek nemainīgi. Vispirms iepazīsimies ar elektronu īpašībām, kas atrodas atoma līmeņos, kas atrodas vistālāk no kodola. Negatīvi lādētas daļiņas ir sakārtotas slāņos noteiktā attālumā no kodola un viena no otras. Telpa ap kodolu, kurā, visticamāk, atrodas elektronisauc par elektronu orbitāli. Tajā ir kondensēti aptuveni 90% no negatīvi lādētā elektronu mākoņa. Pašam elektronam atomā piemīt dualitātes īpašība, tas vienlaikus var darboties gan kā daļiņa, gan kā vilnis.
Noteikumi atoma elektronu apvalka aizpildīšanai
Enerģijas līmeņu skaits, kur atrodas daļiņas, ir vienāds ar perioda skaitu, kurā atrodas elements. Par ko liecina elektroniskais sastāvs? Izrādījās, ka elektronu skaits ārējā enerģijas līmenī mazo un lielo periodu galveno apakšgrupu s- un p-elementiem atbilst grupas skaitlim. Piemēram, pirmās grupas litija atomiem, kuriem ir divi slāņi, ārējā apvalkā ir viens elektrons. Sēra atomi satur sešus elektronus pēdējā enerģijas līmenī, jo elements atrodas sestās grupas galvenajā apakšgrupā utt. Ja mēs runājam par d-elementiem, tad tiem pastāv šāds noteikums: ārējo negatīvo daļiņu skaits. ir 1 (hromam un vara) vai 2. Tas izskaidrojams ar to, ka, palielinoties atomu kodola lādiņam, vispirms tiek aizpildīts iekšējais d-apakšlīmenis un ārējie enerģijas līmeņi paliek nemainīgi.
Kāpēc mainās mazu periodu elementu īpašības?
Periodiskajā sistēmā 1., 2., 3. un 7. periodi tiek uzskatīti par maziem. Elementu īpašību vienmērīgas izmaiņas, palielinoties kodollādiņiem, sākot no aktīvajiem metāliem un beidzot ar inertajām gāzēm, ir izskaidrojamas ar pakāpenisku elektronu skaita pieaugumu ārējā līmenī. Pirmie elementi šādos periodos ir tie, kuru atomos ir tikai viens vaidivi elektroni, kas var viegli atrauties no kodola. Šajā gadījumā veidojas pozitīvi lādēts metāla jons.
Amfoteriskie elementi, piemēram, alumīnijs vai cinks, aizpilda savus ārējos enerģijas līmeņus ar nelielu daudzumu elektronu (1 cinkam, 3 alumīnijam). Atkarībā no ķīmiskās reakcijas apstākļiem tiem var būt gan metālu, gan nemetālu īpašības. Nelielu periodu nemetāliskie elementi satur no 4 līdz 7 negatīvām daļiņām uz savu atomu ārējiem apvalkiem un noslēdz to līdz oktetam, piesaistot elektronus no citiem atomiem. Piemēram, nemetālam ar augstāko elektronegativitātes indeksu - fluoru, uz pēdējā slāņa ir 7 elektroni un tas vienmēr paņem vienu elektronu ne tikai no metāliem, bet arī no aktīviem nemetāliskiem elementiem: skābekļa, hlora, slāpekļa. Mazie periodi, tāpat kā lieli periodi, beidzas ar inertām gāzēm, kuru monatomiskajām molekulām ārējie enerģijas līmeņi ir pilnībā pabeigti līdz 8 elektroniem.
Lielu periodu atomu struktūras iezīmes
Pat 4, 5 un 6 periodu rindas sastāv no elementiem, kuru ārējie apvalki var saturēt tikai vienu vai divus elektronus. Kā jau teicām iepriekš, tie aizpilda priekšpēdējā slāņa d vai f apakšlīmeņus ar elektroniem. Parasti tie ir tipiski metāli. To fizikālās un ķīmiskās īpašības mainās ļoti lēni. Nepāra rindās ir tādi elementi, kuros ārējie enerģijas līmeņi ir piepildīti ar elektroniem pēc šādas shēmas: metāli - amfoteriskais elements - nemetāli - inertā gāze. Mēs jau esam novērojuši tā izpausmi visos mazajos periodos. Piemēram, nepāra 4 periodu sērijā varš ir metāls, cinks ir amfoterēns, tad no gallija līdz bromam tiek uzlabotas nemetāliskās īpašības. Periods beidzas ar kriptonu, kura atomiem ir pilnībā pabeigts elektronu apvalks.
Kā izskaidrot elementu iedalījumu grupās?
Katra grupa - un tās ir astoņas tabulas īsajā formā, arī ir sadalīta apakšgrupās, ko sauc par galveno un sekundāro. Šī klasifikācija atspoguļo dažādās elektronu pozīcijas elementu atomu ārējā enerģijas līmenī. Izrādījās, ka galveno apakšgrupu elementi, piemēram, litijs, nātrijs, kālijs, rubīdijs un cēzijs, pēdējais elektrons atrodas s-apakšlīmenī. Galvenās apakšgrupas 7. grupas elementi (halogēni) aizpilda savu p-apakšlīmeni ar negatīvām daļiņām.
Sekundāro apakšgrupu pārstāvjiem, piemēram, hromam, molibdēnam, volframam, d-apakšlīmeņa aizpildīšana ar elektroniem būs raksturīga. Un elementiem, kas iekļauti lantanīdu un aktinīdu ģimenēs, negatīvo lādiņu uzkrāšanās notiek priekšpēdējā enerģijas līmeņa f-apakšlīmenī. Turklāt grupas numurs, kā likums, sakrīt ar elektronu skaitu, kas spēj veidot ķīmiskās saites.
Mūsu rakstā mēs noskaidrojām, kāda ir ķīmisko elementu atomu ārējo enerģijas līmeņu struktūra, un noteicām to lomu starpatomiskajā mijiedarbībā.
