Was passiert mit den Atomen der Elemente bei chemischen Reaktionen? Welche Eigenschaften haben die Elemente? Auf beide Fragen lässt sich eine Antwort geben: Der Grund liegt in der Struktur des äußeren Energieniveaus des Atoms. In unserem Artikel werden wir die elektronische Struktur von Atomen von Metallen und Nichtmetallen betrachten und die Beziehung zwischen der Struktur der äußeren Ebene und den Eigenschaften von Elementen herausfinden.
Besondere Eigenschaften von Elektronen
Wenn eine chemische Reaktion zwischen den Molekülen von zwei oder mehr Reagenzien auftritt, treten Änderungen in der Struktur der Elektronenhüllen von Atomen auf, während ihre Kerne unverändert bleiben. Machen wir uns zunächst mit den Eigenschaften von Elektronen vertraut, die sich auf den Ebenen des Atoms befinden, die am weitesten vom Kern entfernt sind. Negativ geladene Teilchen sind in Schichten mit einem bestimmten Abstand vom Kern und voneinander angeordnet. Der Raum um den Kern, in dem sich Elektronen am ehesten aufh altenElektronenorbital genannt. Darin kondensieren etwa 90 % der negativ geladenen Elektronenwolke. Das Elektron selbst im Atom weist die Eigenschaft der Dualität auf, es kann sich gleichzeitig sowohl als Teilchen als auch als Welle verh alten.
Regeln zum Füllen der Elektronenhülle eines Atoms
Die Anzahl der Energieniveaus, in denen sich die Teilchen befinden, ist gleich der Nummer der Periode, in der sich das Element befindet. Was zeigt die elektronische Zusammensetzung an? Es stellte sich heraus, dass die Anzahl der Elektronen im äußeren Energieniveau für s- und p-Elemente der Hauptuntergruppen kleiner und großer Perioden der Gruppenzahl entspricht. Beispielsweise haben Lithiumatome der ersten Gruppe, die zwei Schichten haben, ein Elektron in der äußeren Schale. Schwefelatome enth alten auf der letzten Energiestufe sechs Elektronen, da sich das Element in der Hauptuntergruppe der sechsten Gruppe befindet usw. Wenn wir von d-Elementen sprechen, dann gilt für sie folgende Regel: die Anzahl der äußeren negativen Teilchen ist 1 (für Chrom und Kupfer) oder 2. Dies erklärt sich dadurch, dass mit zunehmender Ladung des Atomkerns zunächst die innere d-Unterebene gefüllt wird und die äußeren Energieniveaus unverändert bleiben.
Warum ändern sich die Eigenschaften von Elementen kleiner Perioden?
Im Periodensystem gelten die Perioden 1, 2, 3 und 7 als klein. Eine sanfte Änderung der Eigenschaften von Elementen mit zunehmender Kernladung, beginnend mit aktiven Metallen und endend mit Inertgasen, wird durch eine allmähliche Zunahme der Elektronenzahl auf der äußeren Ebene erklärt. Die ersten Elemente in solchen Perioden sind solche, deren Atome nur ein oder habenzwei Elektronen, die sich leicht vom Kern lösen können. Dabei entsteht ein positiv geladenes Metallion.
Amphotere Elemente wie Aluminium oder Zink füllen ihre externen Energieniveaus mit einer kleinen Menge Elektronen (1 für Zink, 3 für Aluminium). Abhängig von den Bedingungen der chemischen Reaktion können sie sowohl Eigenschaften von Metallen als auch von Nichtmetallen aufweisen. Nichtmetallische Elemente mit kleinen Perioden enth alten 4 bis 7 negative Teilchen auf den äußeren Schalen ihrer Atome und vervollständigen sie zu einem Oktett, wodurch sie Elektronen von anderen Atomen anziehen. Zum Beispiel hat ein Nichtmetall mit dem höchsten Elektronegativitätsindex - Fluor - 7 Elektronen auf der letzten Schicht und nimmt immer ein Elektron nicht nur von Metallen, sondern auch von aktiven nichtmetallischen Elementen: Sauerstoff, Chlor, Stickstoff. Kleine Perioden enden, ebenso wie große, mit Inertgasen, deren einatomige Moleküle äußere Energieniveaus vollständig abgeschlossen haben bis zu 8 Elektronen.
Strukturmerkmale von Atomen großer Perioden
Gerade Reihen von 4, 5 und 6 Perioden bestehen aus Elementen, deren äußere Schalen nur ein oder zwei Elektronen aufnehmen können. Wie wir bereits gesagt haben, füllen sie die d- oder f-Unterebenen der vorletzten Schicht mit Elektronen. In der Regel sind dies typische Metalle. Ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften ändern sich sehr langsam. Ungerade Reihen enth alten solche Elemente, bei denen die äußeren Energieniveaus nach folgendem Schema mit Elektronen gefüllt sind: Metalle - amphoteres Element - Nichtmetalle - Edelgas. Wir haben seine Manifestation bereits in allen kleinen Perioden beobachtet. Beispielsweise ist in einer ungeraden Reihe von 4 Perioden Kupfer ein Metall, Zink ist ein Amphoteren, dann werden von Gallium zu Brom die nichtmetallischen Eigenschaften verbessert. Die Periode endet mit Krypton, dessen Atome eine vollständig geschlossene Elektronenhülle haben.
Wie erklärt man die Einteilung von Elementen in Gruppen?
Jede Gruppe - und in der Kurzform der Tabelle gibt es acht davon - ist auch in Untergruppen unterteilt, Haupt- und Nebengruppen genannt. Diese Klassifizierung spiegelt die unterschiedlichen Positionen von Elektronen auf der äußeren Energieebene der Atome der Elemente wider. Es stellte sich heraus, dass bei den Elementen der Hauptuntergruppen, beispielsweise Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium, das letzte Elektron auf der s-Unterebene liegt. Elemente der Gruppe 7 der Hauptuntergruppe (Halogene) füllen ihre p-Unterebene mit negativen Teilchen.
Für Vertreter sekundärer Untergruppen wie Chrom, Molybdän, Wolfram wird das Auffüllen der d-Unterebene mit Elektronen typisch sein. Und für die Elemente, die in den Familien der Lanthaniden und Aktiniden enth alten sind, erfolgt die Akkumulation negativer Ladungen auf der f-Unterebene des vorletzten Energieniveaus. Außerdem stimmt die Gruppenzahl in der Regel mit der Zahl der Elektronen überein, die chemische Bindungen bilden können.
In unserem Artikel haben wir herausgefunden, welche Struktur die externen Energieniveaus von Atomen chemischer Elemente haben, und ihre Rolle bei interatomaren Wechselwirkungen bestimmt.
