Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Atomirakenne
- Täysi ulkoenergian taso
- Jaksollinen taulukko
- Ionisointienergia
- Elektronien affiniteetti
Elementit on valmistettu atomeista, ja atomin rakenne määrää sen, kuinka se käyttäytyy vuorovaikutuksessa muiden kemikaalien kanssa. Avain sen määrittämisessä, kuinka atomi käyttäytyy erilaisissa ympäristöissä, on elektronien järjestely atomissa.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Kun atomi reagoi, se voi saada tai menettää elektroneja tai se voi jakaa elektroneja naapuriatomin kanssa kemiallisen sidoksen muodostamiseksi. Se, kuinka helposti atomi voi saada, menettää tai jakaa elektroneja, määrää sen reaktiivisuuden.
Atomirakenne
Atomit koostuvat kolmen tyyppisistä subatomisista hiukkasista: protoneista, neutroneista ja elektronista. Atomin identiteetti määräytyy sen protonimäärän tai atominumeron perusteella. Esimerkiksi mikä tahansa atomi, jossa on 6 protonia, luokitellaan hiileksi. Atomit ovat neutraaleja kokonaisuuksia, joten heillä on aina yhtä suuri määrä positiivisesti varautuneita protoneja ja negatiivisesti varautuneita elektroneja. Elektronien sanotaan kiertävän ydinkeskittymää, jota pitää paikkansa positiivisesti varautuneen ytimen ja itse elektronien välissä olevalla sähköstaattisella vetovoimalla. Elektronit on järjestetty energiatasoihin tai kuoreihin: määritellyt avaruusalueet ytimen ympärillä. Elektronit miehittävät pienimmät käytettävissä olevat energiatasot, ts. Lähinnä ydintä, mutta kukin energiataso voi sisältää vain rajoitetun määrän elektroneja. Syrjäisimpien elektronien sijainti on avain atomin käyttäytymistä määritettäessä.
Täysi ulkoenergian taso
Elektronien lukumäärä atomissa määrätään protonien lukumäärällä. Tämä tarkoittaa, että useimmilla atomeilla on osittain täytetty ulkoinen energiataso. Kun atomit reagoivat, niillä on taipumus yrittää saavuttaa täydellinen ulkoinen energiataso joko menettämällä ulkoiset elektronit, hankkimalla ylimääräisiä elektroneja tai jakamalla elektroneja toisen atomin kanssa. Tämä tarkoittaa, että on mahdollista ennustaa atomin käyttäytyminen tutkimalla sen elektronikonfiguraatiota. Jalokaasut, kuten neoni ja argon, ovat merkittäviä inertin luonteensa vuoksi: Ne eivät osallistu kemiallisiin reaktioihin paitsi erittäin äärimmäisissä olosuhteissa, koska niillä on jo vakaa täyden ulkoisen energian taso.
Jaksollinen taulukko
Elementtien jaksollinen taulukko on järjestetty siten, että elementit tai atomit, joilla on samanlaiset ominaisuudet, on ryhmitelty sarakkeisiin. Jokainen pylväs tai ryhmä sisältää atomeja, joilla on samanlainen elektronijärjestely. Esimerkiksi periodisen taulukon vasemmanpuoleisessa sarakkeessa, kuten natriumissa ja kaliumissa, on kukin 1 elektroni uloimmalla energiatasollaan. Niiden sanotaan kuuluvan ryhmään 1, ja koska ulkoinen elektroni on vain heikosti kiinnittynyt ytimeen, se voi kadota helposti. Tämä tekee ryhmän 1 atomit erittäin reaktiivisiksi: Ne menettävät helposti ulkoisen elektroninsa kemiallisissa reaktioissa muiden atomien kanssa. Samoin ryhmän 7 elementeillä on yksi avoin avoimen energian taso. Koska täydet ulkoiset energiatasot ovat vakaimpia, nämä atomit voivat helposti houkutella ylimääräisen elektronin reagoidessaan muiden aineiden kanssa.
Ionisointienergia
Ionisointienergia (I.E.) on mittari siitä, kuinka helposti elektronit voidaan poistaa atomista. Alkuaine, jolla on alhainen ionisaatioenergia, reagoi helposti menettämällä ulkoelektronin. Ionisaatioenergia mitataan atomin kunkin elektronin peräkkäiselle poistamiselle. Ensimmäinen ionisaatioenergia tarkoittaa energiaa, joka tarvitaan ensimmäisen elektronin poistamiseen; toinen ionisaatioenergia tarkoittaa energiaa, joka tarvitaan toisen elektronin poistamiseen ja niin edelleen. Tutkimalla atomin peräkkäisten ionisaatioenergioiden arvoja, sen todennäköinen käyttäytyminen voidaan ennustaa. Esimerkiksi ryhmän 2 elementin kalsiumilla on alhainen 1. I.E. 590 kilojoulea moolia kohti ja suhteellisen alhainen 2. I.E. 1145 kilojoulea moolia kohti. Kuitenkin kolmas I.E. on paljon korkeampi 4912 kilodžaulissa moolia kohti. Tämä viittaa siihen, että kun kalsium reagoi, se todennäköisimmin menettää kaksi ensimmäistä helposti irrotettavaa elektronia.
Elektronien affiniteetti
Elektroniaffiniteetti (Ea) on mitta siitä, kuinka helposti atomi voi saada ylimääräisiä elektroneja. Atomeilla, joilla on alhainen elektroni-affiniteetti, on taipumus olla hyvin reaktiivisia, esimerkiksi fluori on kaikkein reaktiivisin elementti jaksollisessa taulukossa, ja sillä on erittäin pieni elektroniaffiniteetti -328 kilojoulea moolia kohti. Kuten ionisaatioenergian suhteen, jokaisella elementillä on joukko arvoja, jotka edustavat ensimmäisen, toisen ja kolmannen elektronin lisäämisen elektroniaffiniteettia ja niin edelleen. Jälleen kerran, elementin peräkkäiset elektroniset affiniteetit antavat osoituksen siitä, kuinka se reagoi.