V chemii jsou valenční elektrony elektrony umístěné v nejvzdálenějším elektronovém obalu prvku. Vědět, jak zjistit počet valenčních elektronů v daném atomu, je pro chemiky důležitá dovednost, protože tyto informace určují typy chemických vazeb, které mohou vznikat. Naštěstí k nalezení valenčních elektronů potřebujete pouze pravidelnou periodickou tabulku prvků.
Krok
Část 1 ze 2: Hledání valenčních elektronů pomocí periodické tabulky
Nepřechodné kovy
Krok 1. Najděte periodickou tabulku prvků
Tato tabulka je barevně kódovaná tabulka složená z mnoha různých krabic obsahujících všechny chemické prvky známé člověku. Periodická tabulka poskytuje velké množství informací o prvcích - některé z těchto informací použijeme ke stanovení počtu valenčních elektronů v atomu, který studujeme. Obvykle tyto informace najdete na obálce učebnice chemie. K dispozici jsou zde také dobré interaktivní tabulky online.
Krok 2. Označte každý sloupec v periodické tabulce prvků od 1 do 18
V periodické tabulce mají obvykle všechny prvky ve svislém sloupci stejný počet valenčních elektronů. Pokud vaše periodická tabulka ještě nemá číslo v každém sloupci, očíslujte jej od 1 v levém sloupci po 18 v pravém sloupci. Vědecky se tyto sloupce nazývají "skupina" živel.
Pokud například použijeme periodickou tabulku, kde skupiny nejsou očíslovány, napsali bychom 1 nad Vodík (H), 2 nad Beryllium (Be) atd. Až 18 nad Helium (He)
Krok 3. Najděte svůj prvek v tabulce
Nyní najděte na stole prvek, pro který chcete znát valenční elektrony. Můžete to provést pomocí chemického symbolu (písmeno v každém poli), atomového čísla (číslo v levém horním rohu každého pole) nebo jiných informací, které máte v tabulce k dispozici.
-
Pro demonstrační účely najděme valenční elektrony pro velmi často používaný prvek: uhlík (C).
Tento prvek má atomové číslo 6. Tento prvek se nachází nad skupinou 14. V dalším kroku budeme hledat jeho valenční elektrony.
- V tomto podsekci budeme ignorovat přechodové kovy, což jsou prvky ve čtvercových blocích skupin 3 až 12. Tyto prvky se mírně liší od ostatních, takže kroky v tomto pododdílu se na tento prvek nevztahují. Podívejte se, jak to udělat, v níže uvedeném podsekci.
Krok 4. Pomocí čísel skupin určete počet valenčních elektronů
Skupinové číslo nepřechodného kovu lze použít k nalezení počtu valenčních elektronů v atomu prvku. Jednotkové místo čísla skupiny je počet valenčních elektronů v atomu prvku. Jinými slovy:
- Skupina 1: 1 valenční elektrony
- Skupina 2: 2 valenční elektrony
- Skupina 13: 3 valenční elektrony
- Skupina 14: 4 valenční elektrony
- Skupina 15: 5 valenčních elektronů
- Skupina: 6 valenčních elektronů
- Skupina: 7 valenčních elektronů
- Skupina: 8 valenčních elektronů (kromě hélia, které má 2 valenční elektrony)
-
V našem případě, protože uhlík je ve skupině 14, můžeme říci, že jeden atom uhlíku má čtyři valenční elektrony.
Přechodový kov
Krok 1. Najděte prvky ze skupin 3 až 12
Jak bylo uvedeno výše, prvky ve skupinách 3 až 12 se nazývají přechodové kovy a chovají se odlišně od ostatních prvků, pokud jde o valenční elektrony. V této části vysvětlíme rozdíl, do určité míry často není možné přiřadit těmto atomům valenční elektrony.
- Pro demonstrační účely vezměme tantal (Ta), prvek 73. V následujících několika krocích se podíváme po jeho valenčních elektronech (nebo to alespoň zkusíme).
- Přechodné kovy zahrnují řadu lanthanidů a aktinidů (nazývaných také kovy vzácných zemin) - dvě řady prvků obvykle umístěných ve spodní části zbytku tabulky, počínaje lanthanem a aktiniem. Všechny tyto prvky zahrnují skupina 3 v periodické tabulce.
Krok 2. Pochopte, že přechodové kovy nemají tradiční valenční elektrony
Pochopení toho, že důvod, proč přechodové kovy ve skutečnosti nefungují jako zbytek periodické tabulky, vyžaduje malé vysvětlení toho, jak elektrony pracují v atomech. Rychlý přehled naleznete níže nebo tento krok přeskočte, abyste dostali odpověď hned.
- Jak jsou k atomům přidávány elektrony, jsou tyto elektrony tříděny do různých orbitálů - v podstatě různých oblastí kolem atomu, kde jsou atomy sestavovány. Valenční elektrony jsou obvykle atomy v nejvzdálenějším obalu - jinými slovy, přidané poslední atomy.
- Z důvodů, které je zde trochu komplikované vysvětlit, když jsou atomy přidány do vnějšího obalu d přechodového kovu (více o tom níže), první atomy, které vstoupí do obalu, mají tendenci se chovat jako běžné valenční elektrony, ale poté elektrony se tak nechovají a elektrony z jiných orbitálních vrstev někdy dokonce působí jako valenční elektrony. To znamená, že atom může mít více valenčních elektronů v závislosti na tom, jak je manipulováno.
- Podrobnější vysvětlení najdete na stránce valenční elektrony Clackamas Community College.
Krok 3. Určete počet valenčních elektronů na základě čísla jejich skupiny
Skupinové číslo prvku, na který se díváte, vám opět může říci, kolik valenčních elektronů má. U přechodných kovů však neexistuje žádný vzorec, který byste mohli sledovat - číslo skupiny bude obvykle odpovídat řadě možných valenčních elektronů. Čísla jsou:
- Skupina 3: 3 valenční elektrony
- Skupina 4: 2 až 4 valenční elektrony
- Skupina 5: 2 až 5 valenčních elektronů
- Skupina 6: 2 až 6 valenčních elektronů
- Skupina 7: 2 až 7 valenčních elektronů
- Skupina 8: 2 nebo 3 valenční elektrony
- Skupina 9: 2 nebo 3 valenční elektrony
- Skupina 10: 2 nebo 3 valenční elektrony
- Skupina 11: 1 až 2 valenční elektrony
- Skupina 12: 2 valenční elektrony
- V našem příkladu, protože Tantal je ve skupině 5, můžeme říci, že Tantal má mezi dva a pět valenčních elektronů, podle situace.
Část 2 ze 2: Hledání valenčních elektronů podle konfigurace elektronů
Krok 1. Naučte se číst konfigurace elektronů
Další způsob, jak najít valenční elektrony prvku, je něco, čemu se říká elektronová konfigurace. Konfigurace elektronů se může zdát komplikovaná, ale je to jen způsob, jak reprezentovat elektronové orbitaly v atomu písmeny a čísly, a je to snadné, pokud víte, co děláte.
-
Podívejme se na příklad konfigurace prvku sodíku (Na):
-
- 1 s22 s22 str63 s1
-
-
Všimněte si, že tato konfigurace elektronů jednoduše opakuje vzorec takto:
-
- (číslo) (písmeno)(číslo výše)(číslo) (písmeno)(číslo výše)…
-
- …atd. Vzor (číslo) (písmeno) první je název elektronového orbitálu a (číslo výše) je počet elektronů v tomto orbitálu - to je ono!
-
Pro náš příklad tedy říkáme, že sodík má 2 elektrony za 1 s. Orbitální přidal 2 elektrony za 2 s. Orbitální přidal 6 elektronů na 2p. Orbitalech přidal 1 elektron na orbitálu 3 s.
Celkem je to 11 elektronů - sodík je prvek číslo 11, takže to dává smysl.
Krok 2. Najděte elektronovou konfiguraci pro studovaný prvek
Jakmile znáte elektronovou konfiguraci prvku, je nalezení počtu valenčních elektronů poměrně snadné (samozřejmě kromě přechodných kovů.) Pokud vám bude konfigurace přiřazena od problému, můžete přejít k dalšímu kroku. Pokud si to musíte vyhledat sami, podívejte se níže:
-
Zde je kompletní konfigurace elektronů pro ununoctium (Uuo), číslo prvku 118:
-
- 1 s22 s22 str63 s23p64 s23d104 str65 s24d105 str66 s24f145 d106 str67 s25f146d107 str6
-
-
Nyní, když máte konfiguraci, vše, co musíte udělat, abyste našli elektronovou konfiguraci jiného atomu, bylo vyplnit tento vzor od nuly, dokud vám nedojdou elektrony. Je to jednodušší, než to zní. Pokud bychom například chtěli vytvořit orbitální diagram pro chlor (Cl), prvek číslo 17, který má 17 elektronů, udělali bychom to takto:
-
- 1 s22 s22 str63 s23p5
-
- Všimněte si, že počet elektronů se sčítá až 17: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17. Stačí změnit částku na konečném orbitálu - zbytek je stejný, protože orbitaly před posledním orbitálem jsou plné.
- Další konfigurace elektronů najdete také v tomto článku.
Krok 3. Přidejte elektrony do orbitálních skořepin pomocí pravidla Octet
Když jsou k atomu přidány elektrony, spadají do různých orbitálů v pořadí uvedeném výše - první dva elektrony se dostanou do orbitálu 1 s, další dva elektrony do orbitálu 2 s, dalších šest elektronů do orbitálu 2 p a již brzy. Když pracujeme s atomy mimo přechodové kovy, říkáme, že tyto orbitaly vytvářejí kolem atomu orbitální skořepiny, přičemž každý následující obal je dále od předchozího obalu. Kromě prvního obalu, který pojme pouze dva elektrony, může každý obal pojmout osm elektronů (kromě toho opět při práci s přechodovými kovy.) Tomu se říká Pravidlo oktetu.
- Řekněme například, že se podíváme na prvek Boron (B). Protože je atomové číslo pět, víme, že prvek má pět elektronů a jeho elektronová konfigurace vypadá takto: 1 s22 s22 str1. Protože první orbitální obal má pouze dva elektrony, víme, že Boron má pouze dva pláště: jeden obal se dvěma 1s elektrony a jeden obal se třemi elektrony z orbitálů 2s a 2p.
- Jako další příklad by prvek, jako je chlor, měl tři orbitální obaly: jeden s 1s elektrony, jeden se dvěma 2s elektrony a šesti 2p elektrony a jeden se dvěma 3s elektrony a pěti 3p elektrony.
Krok 4. Najděte počet elektronů ve vnějším obalu
Nyní, když znáte elektronový obal vašeho prvku, je nalezení valenčních elektronů velmi snadné: stačí použít počet elektronů ve vnějším obalu. Pokud je nejvzdálenější obal plný (jinými slovy, pokud má vnější obal osm elektronů nebo u prvního pláště má dva), prvek se stane inertním a nebude snadno reagovat s jinými prvky. Toto pravidlo však opět neplatí pro přechodové kovy.
Pokud například použijeme Boron, protože ve druhém obalu jsou tři elektrony, můžeme říci, že Boron ano tři valenční elektrony.
Krok 5. Použijte řádky tabulky jako zkrácený způsob hledání orbitálních skořápek
Volají se horizontální řádky v periodické tabulce "doba" živel. Počínaje v horní části tabulky odpovídá každé periodě počtu elektronových obalů, které má atom v dané periodě. Můžete jej použít jako zkrácenou cestu k určení, kolik valenčních elektronů má prvek - stačí začít s počítáním elektronů na levé straně období. U této metody opět musíte ignorovat přechodové kovy.
-
Například víme, že prvek selen má čtyři orbitální skořápky, protože je ve čtvrtém období. Jelikož jde o šestý prvek zleva ve čtvrtém období (ignorování přechodových kovů), víme, že jeho čtvrtý vnější obal má šest elektronů, a tak selen má šest valenčních elektronů.
Tipy
- Všimněte si, že konfiguraci elektronů lze stručně zapsat pomocí vzácných plynů (prvky ve skupině 18) k nahrazení orbitálů na začátku konfigurace. Například elektronová konfigurace sodíku může být zapsána jako [Ne] 3s1 - ve skutečnosti stejné jako neon, ale s jedním elektronem navíc v orbitálu 3s.
- Přechodné kovy mohou mít valenční subshells, které nejsou zcela vyplněny. Stanovení přesného počtu valenčních elektronů v přechodových kovech zahrnuje principy kvantové teorie, které nejsou zahrnuty v tomto článku.
- Periodická tabulka se v jednotlivých zemích liší. Zkontrolujte tedy, zda používáte správnou periodickou tabulku, abyste předešli nejasnostem.
