Điều gì xảy ra với nguyên tử của các nguyên tố trong quá trình phản ứng hóa học? Tính chất của các nguyên tố là gì? Một câu trả lời có thể được đưa ra cho cả hai câu hỏi này: lý do nằm ở cấu trúc của mức năng lượng bên ngoài của nguyên tử. Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét cấu trúc điện tử của nguyên tử kim loại và phi kim loại, đồng thời tìm hiểu mối quan hệ giữa cấu trúc cấp ngoài và tính chất của các nguyên tố.
Tính chất đặc biệt của electron
Khi phản ứng hóa học xảy ra giữa các phân tử của hai hay nhiều thuốc thử, cấu trúc của lớp vỏ electron của nguyên tử có sự thay đổi, trong khi hạt nhân của chúng không thay đổi. Trước tiên, chúng ta hãy làm quen với các đặc điểm của các electron nằm ở các mức của nguyên tử xa hạt nhân nhất. Các hạt mang điện âm được sắp xếp thành từng lớp ở một khoảng cách nhất định từ hạt nhân và với nhau. Không gian xung quanh hạt nhân nơi có nhiều khả năng tìm thấy các electron nhấtgọi là quỹ đạo electron. Khoảng 90% đám mây electron mang điện tích âm được ngưng tụ trong đó. Bản thân electron trong nguyên tử thể hiện tính chất lưỡng tính, nó có thể đồng thời hoạt động như một hạt và một sóng.
Quy tắc điền vào lớp vỏ electron của nguyên tử
Số mức năng lượng tại đó các hạt bằng số chu kỳ mà nguyên tố đó nằm ở đâu. Thành phần cấu tạo điện tử cho biết điều gì? Hóa ra số electron ở mức năng lượng ngoài cùng của các nguyên tố s- và p của các phân nhóm chính của chu kì nhỏ và lớn tương ứng với số thứ tự của nhóm. Ví dụ, các nguyên tử liti của nhóm đầu tiên, có hai lớp, có một điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng. Nguyên tử lưu huỳnh chứa sáu electron ở mức năng lượng cuối cùng, vì nguyên tố này nằm ở phân nhóm chính của nhóm thứ sáu, v.v … Nếu chúng ta đang nói về các nguyên tố d, thì quy tắc sau tồn tại đối với chúng: số hạt âm bên ngoài là 1 (đối với crom và đồng) hoặc 2. Điều này được giải thích là do điện tích của hạt nhân nguyên tử tăng lên, mức d-sublevel bên trong đầu tiên được lấp đầy và mức năng lượng bên ngoài không thay đổi.
Tại sao thuộc tính của các phần tử của các chu kỳ nhỏ lại thay đổi?
Trong hệ thống tuần hoàn, các tiết 1, 2, 3 và 7 được coi là nhỏ. Sự thay đổi nhịp nhàng trong tính chất của các nguyên tố khi điện tích hạt nhân tăng lên, bắt đầu từ kim loại hoạt động và kết thúc bằng khí trơ, được giải thích bằng sự tăng dần số lượng electron ở cấp độ bên ngoài. Các nguyên tố đầu tiên trong các giai đoạn như vậy là những nguyên tố mà nguyên tử của chúng chỉ có một hoặchai êlectron dễ bứt ra khỏi hạt nhân. Trong trường hợp này, một ion kim loại mang điện tích dương được tạo thành.
Các nguyên tố lưỡng tính, chẳng hạn như nhôm hoặc kẽm, lấp đầy các mức năng lượng bên ngoài của chúng bằng một lượng nhỏ electron (1 đối với kẽm, 3 đối với nhôm). Tùy thuộc vào điều kiện của phản ứng hóa học, chúng có thể thể hiện cả tính chất của kim loại và phi kim loại. Các nguyên tố phi kim có chu kỳ nhỏ chứa từ 4 đến 7 hạt âm ở lớp vỏ ngoài cùng của nguyên tử và hoàn thiện nó đến một octet, thu hút các điện tử từ các nguyên tử khác. Ví dụ, một phi kim loại có chỉ số độ âm điện lớn nhất - flo, có 7 electron ở lớp cuối cùng và luôn lấy một electron không chỉ từ kim loại mà còn từ các nguyên tố phi kim hoạt động: oxi, clo, nitơ. Các chu kỳ nhỏ kết thúc cũng như các chu kỳ lớn, bằng khí trơ, mà các phân tử cấu trúc có mức năng lượng bên ngoài hoàn thành tối đa 8 điện tử.
Đặc điểm cấu trúc của nguyên tử ở chu kỳ lớn
Hàng chẵn của chu kỳ 4, 5 và 6 bao gồm các nguyên tố mà lớp vỏ bên ngoài của chúng chỉ có thể chứa một hoặc hai electron. Như chúng ta đã nói trước đó, chúng lấp đầy các mức d- hoặc f của lớp áp chót bằng các electron. Thông thường đây là những kim loại điển hình. Các tính chất vật lý và hóa học của chúng thay đổi rất chậm. Các hàng lẻ chứa các nguyên tố như vậy, trong đó các mức năng lượng bên ngoài chứa đầy electron theo sơ đồ sau: kim loại - nguyên tố lưỡng tính - phi kim loại - khí trơ. Chúng tôi đã quan sát thấy biểu hiện của nó trong tất cả các giai đoạn nhỏ. Ví dụ, trong một dãy số lẻ gồm 4 tiết, đồng là kim loại, kẽm là amphoteren, thì từ gali đến brom, tính phi kim được nâng cao. Chu kỳ kết thúc bằng krypton, các nguyên tử trong đó có lớp vỏ electron hoàn chỉnh.
Làm thế nào để giải thích sự phân chia các phần tử thành các nhóm?
Mỗi nhóm - và có tám nhóm trong số đó ở dạng ngắn của bảng, cũng được chia thành các nhóm phụ, được gọi là chính và phụ. Sự phân loại này phản ánh vị trí khác nhau của các electron trên mức năng lượng bên ngoài của nguyên tử các nguyên tố. Hóa ra là các nguyên tố của các phân nhóm chính, ví dụ, liti, natri, kali, rubidi và xêzi, electron cuối cùng nằm trên s-sublevel. Các nguyên tố thuộc nhóm 7 của phân nhóm chính (halogen) lấp đầy cấp độ p của chúng bằng các hạt âm.
Đối với các đại diện của phân nhóm thứ cấp, chẳng hạn như crom, molypden, vonfram, lấp đầy phân tầng d bằng các electron sẽ là điển hình. Và đối với các nguyên tố có trong họ đèn lồng và actinide, sự tích tụ các điện tích âm xảy ra ở mức f-sublevel của mức năng lượng áp chót. Hơn nữa, số nhóm, theo quy luật, trùng với số electron có khả năng hình thành liên kết hóa học.
Trong bài viết của chúng tôi, chúng tôi đã tìm hiểu cấu trúc các mức năng lượng bên ngoài của nguyên tử các nguyên tố hóa học và xác định vai trò của chúng trong các tương tác giữa các nguyên tử.
