Mis juhtub elementide aatomitega keemiliste reaktsioonide käigus? Millised on elementide omadused? Mõlemale küsimusele saab anda ühe vastuse: põhjus peitub aatomi välise energiataseme struktuuris. Oma artiklis käsitleme metallide ja mittemetallide aatomite elektroonilist struktuuri ning selgitame välja seose välistasandi struktuuri ja elementide omaduste vahel.
Elektronide eriomadused
Kui kahe või enama reagendi molekulide vahel toimub keemiline reaktsioon, toimuvad muutused aatomite elektronkestade struktuuris, samas kui nende tuumad jäävad muutumatuks. Kõigepe alt tutvume elektronide omadustega, mis paiknevad tuumast kõige kaugemal asuva aatomi tasanditel. Negatiivselt laetud osakesed paiknevad kihtidena teatud kaugusel tuumast ja üksteisest. Tuuma ümbritsev ruum, kus elektrone kõige tõenäolisem alt leidubnimetatakse elektronorbitaaliks. Umbes 90% negatiivselt laetud elektronipilvest on selles kondenseerunud. Elektronil endal aatomis on duaalsuse omadus, ta võib samaaegselt käituda nii osakese kui lainena.
Aatomi elektronkihi täitmise reeglid
Energiatasemete arv, kus osakesed paiknevad, on võrdne perioodi arvuga, kus element paikneb. Mida näitab elektrooniline koostis? Selgus, et väikeste ja suurte perioodide peamiste alarühmade s- ja p-elementide elektronide arv välises energiatasemes vastab rühmanumbrile. Näiteks esimese rühma liitiumi aatomitel, millel on kaks kihti, on väliskihis üks elektron. Väävliaatomid sisaldavad viimasel energiatasemel kuut elektroni, kuna element asub kuuenda rühma põhialarühmas jne. Kui me räägime d-elementidest, siis nende jaoks kehtib järgmine reegel: väliste negatiivsete osakeste arv. on 1 (kroomi ja vase puhul) või 2. Seda seletatakse asjaoluga, et aatomituuma laengu suurenedes täitub esm alt sisemine d-alatase ja välised energiatasemed jäävad muutumatuks.
Miks muutuvad väikeste perioodide elementide omadused?
Perioodilises süsteemis peetakse perioode 1, 2, 3 ja 7 väikesteks. Elementide omaduste sujuv muutumine tuumalaengute suurenemisel, alustades aktiivsetest metallidest ja lõpetades inertgaasidega, on seletatav elektronide arvu järkjärgulise suurenemisega välistasandil. Esimesed elemendid sellistel perioodidel on need, mille aatomites on ainult üks võikaks elektroni, mis võivad kergesti tuumast lahti murda. Sel juhul moodustub positiivselt laetud metalliioon.
Amfoteersed elemendid, nagu alumiinium või tsink, täidavad oma välise energiataseme väikese koguse elektronidega (1 tsingi jaoks, 3 alumiiniumi puhul). Sõltuv alt keemilise reaktsiooni tingimustest võivad need avaldada nii metallide kui ka mittemetallide omadusi. Väikese perioodi mittemetallilised elemendid sisaldavad oma aatomite väliskestadel 4–7 negatiivset osakest ja viivad selle oktetiks, meelitades teistelt aatomitelt elektrone. Näiteks kõrgeima elektronegatiivsusindeksiga mittemetallil - fluoril on viimases kihis 7 elektroni ja see võtab alati ühe elektroni mitte ainult metallidest, vaid ka aktiivsetest mittemetallilistest elementidest: hapnik, kloor, lämmastik. Väikesed perioodid, nagu ka suured, lõpevad inertgaasidega, mille üheaatomiliste molekulide välised energiatasemed on täielikult täidetud kuni 8 elektronini.
Suurte perioodide aatomite struktuuri tunnused
Isegi 4, 5 ja 6 perioodiga read koosnevad elementidest, mille väliskestad mahutavad ainult ühte või kahte elektroni. Nagu me varem ütlesime, täidavad need elektronidega eelviimase kihi d- või f- alamtasandid. Tavaliselt on need tüüpilised metallid. Nende füüsikalised ja keemilised omadused muutuvad väga aeglaselt. Paaritud read sisaldavad selliseid elemente, milles välised energiatasemed on täidetud elektronidega vastav alt järgmisele skeemile: metallid - amfoteerne element - mittemetallid - inertgaas. Oleme juba jälginud selle avaldumist kõigil väikestel perioodidel. Näiteks 4 perioodi paaritu seeria puhul on vask metall, tsink on amfotereen, siis mittemetallilised omadused paranevad galliumist broomini. Periood lõpeb krüptooniga, mille aatomitel on täielikult valmis elektronkiht.
Kuidas seletada elementide jagamist rühmadesse?
Iga rühm - ja neid on tabeli lühivormis kaheksa, jagatakse ka alarühmadeks, mida nimetatakse põhi- ja sekundaarseteks. See klassifikatsioon peegeldab elektronide erinevaid positsioone elementide aatomite välisenergia tasemel. Selgus, et peamiste alarühmade elemendid, näiteks liitium, naatrium, kaalium, rubiidium ja tseesium, viimane elektron asub s-alamtasandil. Põhialarühma 7. rühma elemendid (halogeenid) täidavad oma p-alataseme negatiivsete osakestega.
Sekundaarsete alarühmade, nagu kroom, molübdeen, volfram, esindajate jaoks on tüüpiline d-alataseme täitmine elektronidega. Ja lantaniidide ja aktiniidide perekondadesse kuuluvate elementide puhul toimub negatiivsete laengute kogunemine eelviimase energiataseme f-alatasemel. Pealegi langeb rühmaarv reeglina kokku elektronide arvuga, mis on võimelised moodustama keemilisi sidemeid.
Oma artiklis selgitasime välja, milline on keemiliste elementide aatomite välise energiataseme struktuur, ja määrasime nende rolli aatomitevahelises interaktsioonis.
