W chemii elektrony walencyjne to elektrony znajdujące się w najbardziej zewnętrznej powłoce elektronowej pierwiastka. Wiedza o tym, jak znaleźć liczbę elektronów walencyjnych w danym atomie, jest ważną umiejętnością chemików, ponieważ ta informacja określa rodzaje wiązań chemicznych, które można utworzyć. Na szczęście wszystko, czego potrzebujesz, aby znaleźć elektrony walencyjne, to regularny układ okresowy pierwiastków.
Krok
Część 1 z 2: Znajdowanie elektronów walencyjnych za pomocą układu okresowego
Metale nieprzejściowe
Krok 1. Znajdź układ okresowy pierwiastków
Ten stół jest oznaczony kolorami, składający się z wielu różnych pudełek zawierających wszystkie pierwiastki chemiczne znane człowiekowi. Układ okresowy pierwiastków dostarcza wielu informacji o pierwiastkach - niektóre z nich wykorzystamy do określenia liczby elektronów walencyjnych w badanym atomie. Zazwyczaj informacje te można znaleźć na okładce podręcznika do chemii. W Internecie dostępne są również dobre interaktywne stoły.
Krok 2. Oznacz każdą kolumnę w układzie okresowym pierwiastków od 1 do 18
Zwykle w układzie okresowym wszystkie pierwiastki w pionowej kolumnie mają taką samą liczbę elektronów walencyjnych. Jeśli twój układ okresowy nie ma jeszcze numeru w każdej kolumnie, ponumeruj go od 1 w skrajnej lewej kolumnie do 18 w skrajnej prawej kolumnie. Z naukowego punktu widzenia kolumny te nazywają się "Grupa" element.
Na przykład, jeśli użyjemy układu okresowego, w którym grupy są nienumerowane, napiszemy 1 powyżej wodoru (H), 2 powyżej berylu (Be) i tak dalej aż do 18 powyżej helu (He)
Krok 3. Znajdź swój element w tabeli
Teraz znajdź na stole pierwiastek, dla którego chcesz poznać elektrony walencyjne. Możesz to zrobić, używając symbolu chemicznego (litera w każdym polu), liczby atomowej (liczby w lewym górnym rogu każdego pola) lub innych informacji dostępnych w tabeli.
-
Dla celów demonstracyjnych znajdźmy elektrony walencyjne dla bardzo często używanego pierwiastka: węgiel (C).
Ten pierwiastek ma liczbę atomową 6. Ten pierwiastek znajduje się powyżej grupy 14. W następnym kroku poszukamy jego elektronów walencyjnych.
- W tym podrozdziale zignorujemy metale przejściowe, które są elementami w kwadratowych blokach z grup od 3 do 12. Te pierwiastki różnią się nieco od innych, więc kroki opisane w tym podrozdziale nie dotyczą tego pierwiastka. Sprawdź, jak to zrobić w poniższej podsekcji.
Krok 4. Użyj liczb grup, aby określić liczbę elektronów walencyjnych
Numer grupy metalu nieprzejściowego można wykorzystać do znalezienia liczby elektronów walencyjnych w atomie pierwiastka. Jednostka miejsce numeru grupy to liczba elektronów walencyjnych w atomie pierwiastka. Innymi słowy:
- Grupa 1: 1 elektrony walencyjne
- Grupa 2: 2 elektrony walencyjne
- Grupa 13: 3 elektrony walencyjne
- Grupa 14: 4 elektrony walencyjne
- Grupa 15: 5 elektronów walencyjnych
- Grupa: 6 elektronów walencyjnych
- Grupa: 7 elektronów walencyjnych
- Grupa: 8 elektronów walencyjnych (z wyjątkiem helu, który ma 2 elektrony walencyjne)
-
W naszym przykładzie, ponieważ węgiel należy do grupy 14, możemy powiedzieć, że jeden atom węgla ma cztery elektrony walencyjne.
Metal przejściowy
Krok 1. Znajdź elementy z grup od 3 do 12
Jak wspomniano powyżej, pierwiastki w grupach od 3 do 12 nazywane są metalami przejściowymi i zachowują się inaczej niż inne pierwiastki pod względem elektronów walencyjnych. W tej sekcji wyjaśnimy różnicę, do pewnego stopnia często nie jest możliwe przypisanie elektronów walencyjnych do tych atomów.
- Dla celów demonstracyjnych weźmy Tantal (Ta), pierwiastek 73. W kilku następnych krokach poszukamy jego elektronów walencyjnych (lub przynajmniej spróbujemy).
- Zauważ, że metale przejściowe obejmują serię lantanowców i aktynowców (zwanych również metalami ziem rzadkich) - dwa rzędy pierwiastków zwykle znajdujące się na dole reszty tabeli, zaczynając od lantanu i aktynu. Wszystkie te elementy obejmują grupa 3 w układzie okresowym.
Krok 2. Zrozum, że metale przejściowe nie mają tradycyjnych elektronów walencyjnych
Zrozumienie, że metale przejściowe nie działają tak, jak reszta układu okresowego, wymaga krótkiego wyjaśnienia, jak działają elektrony w atomach. Zobacz poniżej krótki przegląd lub pomiń ten krok, aby od razu uzyskać odpowiedź.
- Gdy elektrony są dodawane do atomów, są one sortowane na różne orbitale - zasadniczo różne regiony wokół atomu, w których są złożone atomy. Zwykle elektronami walencyjnymi są atomy w zewnętrznej powłoce - innymi słowy, ostatnie dodane atomy.
- Z powodów, które są nieco skomplikowane do wyjaśnienia tutaj, gdy atomy są dodawane do zewnętrznej powłoki metalu przejściowego (więcej o tym poniżej), pierwsze atomy, które wchodzą w powłokę, zwykle zachowują się jak zwykłe elektrony walencyjne, ale po tym, elektrony nie zachowują się w ten sposób, a elektrony z innych warstw orbitalnych czasami zachowują się nawet jak elektrony walencyjne. Oznacza to, że atom może mieć wiele elektronów walencyjnych w zależności od tego, jak jest manipulowany.
- Aby uzyskać bardziej szczegółowe wyjaśnienie, spójrz na stronę dobrych elektronów walencyjnych Clackamas Community College.
Krok 3. Określ liczbę elektronów walencyjnych na podstawie ich liczby grupowej
Ponownie, numer grupy elementu, na który patrzysz, może powiedzieć, ile ma elektronów walencyjnych. Jednak w przypadku metali przejściowych nie ma wzoru, za którym można by podążać - numer grupy zwykle odpowiada liczbie możliwych elektronów walencyjnych. Liczby to:
- Grupa 3: 3 elektrony walencyjne
- Grupa 4: 2 do 4 elektronów walencyjnych
- Grupa 5: 2 do 5 elektronów walencyjnych
- Grupa 6: 2 do 6 elektronów walencyjnych
- Grupa 7: od 2 do 7 elektronów walencyjnych
- Grupa 8: 2 lub 3 elektrony walencyjne
- Grupa 9: 2 lub 3 elektrony walencyjne
- Grupa 10: 2 lub 3 elektrony walencyjne
- Grupa 11: 1 do 2 elektronów walencyjnych
- Grupa 12: 2 elektrony walencyjne
- W naszym przykładzie, ponieważ Tantal należy do grupy 5, możemy powiedzieć, że Tantal ma między dwa i pięć elektronów walencyjnych, W zależności od sytuacji.
Część 2 z 2: Znajdowanie elektronów walencyjnych za pomocą konfiguracji elektronów
Krok 1. Naucz się odczytywać konfiguracje elektronów
Innym sposobem znalezienia elektronów walencyjnych elementu jest coś, co nazywa się konfiguracją elektronów. Konfiguracja elektronów może wydawać się skomplikowana, ale jest to tylko sposób na przedstawienie orbitali elektronowych w atomie za pomocą liter i cyfr, i jest to łatwe, jeśli wiesz, co robisz.
-
Spójrzmy na przykładową konfigurację pierwiastka sodu (Na):
-
- 1s22s22p63s1
-
-
Zauważ, że ta konfiguracja elektronowa po prostu powtarza taki wzór:
-
- (liczba)(list)(numer powyżej)(liczba)(list)(numer powyżej)…
-
- …itp. Wzór (liczba)(list) pierwsza to nazwa orbitalu elektronowego i (numer powyżej) to liczba elektronów na tym orbicie - to wszystko!
-
Tak więc dla naszego przykładu mówimy, że sód ma 2 elektrony w 1s. orbital dodany 2 elektrony w 2s. orbital dodany 6 elektronów w 2p. orbitalach dodany 1 elektron na orbicie 3s.
Całość to 11 elektronów - sód to pierwiastek numer 11, więc ma to sens.
Krok 2. Znajdź konfigurację elektronową dla badanego elementu
Znając konfigurację elektronową pierwiastka, znalezienie liczby elektronów walencyjnych jest dość łatwe (z wyjątkiem, oczywiście, metali przejściowych). Jeśli otrzymałeś konfigurację z problemu, możesz przejść do następnego kroku. Jeśli musisz sam to sprawdzić, spójrz poniżej:
-
Oto kompletna konfiguracja elektronowa dla ununoctium (Uuo), pierwiastek numer 118:
-
- 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6
-
-
Teraz, gdy masz już konfigurację, wszystko, co musisz zrobić, aby znaleźć konfigurację elektronową innego atomu, to wypełnić ten wzór od zera, aż zabraknie Ci elektronów. To łatwiejsze niż się wydaje. Na przykład, gdybyśmy chcieli stworzyć diagram orbitalny dla chloru (Cl), pierwiastka numer 17, który ma 17 elektronów, zrobilibyśmy to tak:
-
- 1s22s22p63s23p5
-
- Zauważ, że liczba elektronów sumuje się do 17: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17. Musisz tylko zmienić ilość w końcowym orbicie - reszta jest taka sama, ponieważ orbitale przed ostatnim orbitalem są pełne.
- Inne konfiguracje elektronów znajdziesz także w tym artykule.
Krok 3. Dodaj elektrony do powłok orbitalnych za pomocą reguły oktetu
Kiedy elektrony są dodawane do atomu, wpadają na różne orbitale w kolejności podanej powyżej – pierwsze dwa elektrony trafiają na orbital 1s, następne dwa na orbital 2s, kolejne sześć elektronów na orbital 2p i wkrótce. Kiedy pracujemy z atomami poza metalami przejściowymi, mówimy, że te orbitale tworzą otoczki orbitalne wokół atomu, przy czym każda kolejna powłoka znajduje się dalej od poprzedniej powłoki. Oprócz pierwszej powłoki, która może pomieścić tylko dwa elektrony, każda powłoka może pomieścić osiem elektronów (poza tym znowu podczas pracy z metalami przejściowymi). Nazywa się to Reguła oktetu.
- Na przykład powiedzmy, że patrzymy na pierwiastek Bor (B). Ponieważ liczba atomowa wynosi pięć, wiemy, że pierwiastek ma pięć elektronów, a jego konfiguracja elektronowa wygląda następująco: 1s22s22p1. Ponieważ pierwsza powłoka orbitalna ma tylko dwa elektrony, wiemy, że Bor ma tylko dwie powłoki: jedną powłokę z dwoma elektronami 1s i jedną powłokę z trzema elektronami z orbitali 2s i 2p.
- Jako inny przykład, pierwiastek taki jak chlor miałby trzy powłoki orbitalne: jedną z elektronami 1s, jedną z dwoma elektronami 2s i sześcioma elektronami 2p i jedną z dwoma elektronami 3s i pięcioma elektronami 3p.
Krok 4. Znajdź liczbę elektronów w zewnętrznej powłoce
Teraz, gdy znasz powłokę elektronową swojego pierwiastka, znalezienie elektronów walencyjnych jest bardzo łatwe: wystarczy użyć liczby elektronów w zewnętrznej powłoce. Jeśli najbardziej zewnętrzna powłoka jest pełna (innymi słowy, jeśli najbardziej zewnętrzna powłoka ma osiem elektronów lub w przypadku pierwszej powłoki ma dwa), pierwiastek staje się obojętny i nie będzie łatwo reagował z innymi pierwiastkami. Jednak znowu ta zasada nie dotyczy metali przejściowych.
Na przykład, jeśli użyjemy boru, ponieważ w drugiej powłoce znajdują się trzy elektrony, możemy powiedzieć, że bor ma trzy elektrony walencyjne.
Krok 5. Użyj wierszy tabeli jako skróconego sposobu znajdowania powłok orbitalnych
Poziome rzędy w układzie okresowym nazywają się "Kropka" element. Począwszy od góry tabeli, każdy okres odpowiada liczbie powłok elektronowych, które atom posiada w tym okresie. Możesz go użyć jako skróconego sposobu określenia, ile elektronów walencyjnych ma dany pierwiastek - po prostu zacznij od lewej strony okresu przy liczeniu elektronów. Ponownie, musisz zignorować metale przejściowe dla tej metody.
-
Na przykład wiemy, że pierwiastek selen ma cztery otoczki orbitalne, ponieważ znajduje się w czwartym okresie. Ponieważ jest to szósty pierwiastek od lewej w czwartym okresie (pomijając metale przejściowe), wiemy, że jego czwarta powłoka zewnętrzna ma sześć elektronów, a więc selen ma sześć elektronów walencyjnych.
Porady
- Zauważ, że konfigurację elektronową można zapisać w zwięzły sposób przy użyciu gazów szlachetnych (elementy z grupy 18) w celu zastąpienia orbitali na początku konfiguracji. Na przykład, konfigurację elektronową sodu można zapisać jako [Ne]3s1 - właściwie to samo co neon, ale z jednym dodatkowym elektronem na orbicie 3s.
- Metale przejściowe mogą mieć podpowłoki walencyjne, które nie są całkowicie wypełnione. Wyznaczanie dokładnej liczby elektronów walencyjnych w metalach przejściowych obejmuje zasady teorii kwantowej, których ten artykuł nie obejmuje.
- Zwróć uwagę, że układ okresowy pierwiastków różni się w zależności od kraju. Sprawdź więc, czy używasz prawidłowego układu okresowego, aby uniknąć nieporozumień.
