Що відбувається з атомами елементів під час хімічних реакцій? Від чого залежать властивості елементів? На обидва ці питання можна дати одну відповідь: причина лежить в будові зовнішнього енергетичного рівня атома. У нашій статті ми розглянемо електронна будова атомів металів і неметалів і з'ясуємо залежність між структурою зовнішнього рівня і властивостями елементів.

Особливі властивості електронів

При проходженні хімічної реакції між молекулами двох або більше реагентів відбуваються зміни в будову електронних оболонок атомів, тоді як їх ядра залишаються незмінними. Спочатку ознайомимося з характеристиками електронів, що знаходяться на найбільш віддалених від ядра рівнях атома. Негативно заряджені частинки розташовуються шарами на певній відстані від ядра і один від одного. Простір навколо ядра, де перебування електронів найбільш можливо, називається електронної орбиталью. В ній сконденсовано близько 90 % негативно зарядженого електронного хмари. Сам електрон в атомі проявляє властивість дуальності, він одночасно може поводитися і як частка, і як хвиля.

Правила заповнення електронної оболонки атома

Кількість енергетичних рівнів, на яких знаходяться частинки, що дорівнює номеру періода, в якій розміщується елемент. На що ж вказує електронний склад? Виявилося, що кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні для s - і p-елементів головних підгруп малих і великих періодів відповідає номеру групи. Наприклад, у атомів літію першої групи, що мають два шари, на зовнішній оболонці є один електрон. Атоми сірки містять на останньому енергетичному рівні шість електронів, так як елемент розташований у головної підгрупи шостої групи і т. д. Якщо ж мова йде про d-елементи, то для них існує наступне правило: кількість зовнішніх негативних частинок дорівнює 1 (у хрому та міді) або 2. Пояснюється це тим, що по мірі збільшення заряду ядра атомів спочатку відбувається заповнення внутрішнього d - підрівня і зовнішні енергетичні рівні залишаються без змін.

Чому змінюються властивості елементів малих періодів?

У періодичній системі малими вважаються 123 і 7 періоди. Плавна зміна властивостей елементів у міру зростання ядерних зарядів, починаючи від активних металів і закінчуючи інертними газами, що пояснюється поступовим збільшенням кількості електронів на зовнішньому рівні. Першими елементами в таких періодах є ті, чиї атоми мають всього один або два електрони, здатні легко відриватися від ядра. В цьому випадку утворюється позитивно заряджений іон металу. Амфотерні елементи, наприклад, алюміній або цинк, свої зовнішні енергетичні рівні заповнюють невеликою кількістю електронів (1 - у цинку, 3 – в алюмінію). В залежності від умов протікання хімічної реакції вони можуть виявляти як властивості металів, так і неметалів. Неметалічні елементи малих періодів містять від 4 до 7 негативних частинок на зовнішніх оболонках своїх атомів і завершують її до октету, притягаючи електронами інших атомів. Наприклад, металоїд з найбільшим показником електронегативності – фтор, має на останньому шарі 7 електронів і завжди забирає один електрон не тільки серед металів, але й серед активних неметалічних елементів: кисню, хлору, азоту. Закінчуються малі періоди, як і великі, інертними газами, чиї одноатомні молекули мають повністю завершені до 8 електронів зовнішні енергетичні рівні.

Особливості будови атомів великих періодів

Парні ряди 4 5 і 6 періодів складаються з елементів, зовнішні оболонки яких вміщують всього один або два електрона. Як ми говорили раніше, у них відбувається заповнення електронами d - або f - підрівнів передостаннього шару. Зазвичай це - типові метали. Фізичні і хімічні властивості у них змінюються дуже повільно. Непарні ряди вміщують такі елементи, у яких заповнюються електронами зовнішні енергетичні рівні за наступною схемою: метали - амфотерний елемент – неметали – інертний газ. Ми вже спостерігали її прояв у всіх малих періодах. Наприклад, у непарному рядку 4 періоду мідь є металом, цинк – амфотерен, потім від галію і до брому відбувається посилення неметалічних властивостей. Закінчується період криптоном, атоми якого мають повністю завершену електронну оболонку.

Як пояснити розподіл елементів на групи?

Кожна група, а їх у короткій формі таблиці вісім, поділяється ще на підгрупи, звані головними і побічними. Така класифікація відображає різне положення електронів на зовнішньому енергетичному рівні атомів елементів. Виявилося, що у елементів головних підгруп, наприклад, літію, натрію, калію, рубідію і цезію останній електрон розташований на s-підрівні. Елементи 7 групи головної підгрупи (галогени) заповнюють негативними частками свій p-підрівень. Для представників побічних підгруп, таких, як хром, молібден, вольфрам типовим буде наповнення електронами d-підрівня. А у елементів, що входять до сімейства лантаноїдів та актиноїдів, накопичення негативних зарядів відбувається на f-підрівні передостаннього енергетичного рівня. Більш того, номер групи, як правило, збігається з кількістю електронів, здатних до утворення хімічних зв'язків. У нашій статті ми з'ясували, яку будову мають зовнішні енергетичні рівні атомів хімічних елементів, і визначили їх роль в міжатомних взаємодіях.