מה קובע את ההתנהגות הכימית של האטום?

תוֹכֶן

• TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
• מבנה אטומי
• רמת אנרגיה חיצונית מלאה
• הטבלה המחזורית
• אנרגיית יינון
• משיכת אלקטרון

אלמנטים עשויים אטומים, ומבנה האטום קובע כיצד הוא יתנהג בעת אינטראקציה עם כימיקלים אחרים. המפתח בקביעת אופן ההתנהגות של אטום בסביבות שונות טמון בסידור האלקטרונים בתוך האטום.

TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)

כאשר אטום מגיב, הוא יכול להשיג או לאבד אלקטרונים, או שהוא יכול לחלוק אלקטרונים עם האטום השכן ליצירת קשר כימי. הקלות בה אטום יכול להשיג, לאבד או לשתף אלקטרונים קובעת את תגובתיותו.

מבנה אטומי

האטומים מורכבים משלושה סוגים של חלקיקים תת אטומיים: פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. זהותו של אטום נקבעת על ידי מספר הפרוטון או המספר האטומי שלו. לדוגמה, כל אטום שיש לו 6 פרוטונים מסווג כפחמן. אטומים הם ישויות נייטרליות, כך שתמיד יש להם מספרים שווים של פרוטונים טעונים באופן חיובי ואלקטרונים טעונים באופן שלילי. אומרים שהאלקטרונים מקיפים את הגרעין המרכזי, המוחזק בתנוחה על ידי המשיכה האלקטרוסטטית בין הגרעין המטען לחיוב לבין האלקטרונים עצמם. האלקטרונים מסודרים ברמות אנרגיה או קונכיות: אזורים מוגדרים בחלל סביב הגרעין. אלקטרונים תופסים את רמות האנרגיה הנמוכות ביותר, כלומר הקרובים ביותר לגרעין, אך כל רמת אנרגיה יכולה להכיל רק מספר מוגבל של אלקטרונים. מיקום האלקטרונים החיצוניים ביותר הוא מפתח בקביעת התנהגות האטום.

רמת אנרגיה חיצונית מלאה

מספר האלקטרונים באטום נקבע על ידי מספר הפרוטונים. משמעות הדבר היא שלרוב האטומים יש רמת אנרגיה חיצונית מלאה בחלקה. כאשר האטומים מגיבים, הם נוטים לנסות להשיג רמת אנרגיה חיצונית מלאה, אם על ידי איבוד אלקטרונים חיצוניים, על ידי השגת אלקטרונים נוספים או על ידי שיתוף אלקטרונים עם אטום אחר. המשמעות היא שניתן לחזות את התנהגותו של אטום על ידי בחינת תצורת האלקטרונים שלו. גזים אציליים כמו ניאון וארגון מצטיינים באופיים האינרטיבי: הם אינם לוקחים חלק בתגובות כימיות אלא בנסיבות קיצוניות מאוד מכיוון שכבר יש להם רמת אנרגיה חיצונית מלאה ויציבה.

הטבלה המחזורית

הטבלה המחזורית של האלמנטים מסודרת כך שרכיבים או אטומים עם תכונות דומות מקובצים בעמודות. כל טור או קבוצה מכילים אטומים עם סידור אלקטרונים דומה. לדוגמה, אלמנטים כמו נתרן ואשלגן בעמודה השמאלית של הטבלה המחזורית מכילים כל אחד אלקטרונים ברמת האנרגיה החיצונית ביותר שלהם. אומרים שהם נמצאים בקבוצה 1, ומכיוון שהאלקטרון החיצוני נמשך רק חלש לגרעין, הוא יכול לאבד בקלות. זה הופך את האטומים לקבוצה 1 לריאקטיביים ביותר: הם מאבדים בקלות את האלקטרון החיצוני שלהם בתגובות כימיות עם אטומים אחרים. באופן דומה, לאלמנטים בקבוצה 7 יש מקום פנוי ברמת האנרגיה החיצונית שלהם. מכיוון שרמות האנרגיה החיצוניות המלאות הן היציבות ביותר, אטומים אלו יכולים בקלות למשוך אלקטרון נוסף כאשר הם מגיבים עם חומרים אחרים.

אנרגיית יינון

אנרגיית יינון (I.E.) היא מדד לקלות בה ניתן להסיר אלקטרונים מאטום. אלמנט בעל אנרגיית יינון נמוכה יגיב בקלות על ידי איבוד האלקטרון החיצוני שלו. אנרגיית היינון נמדדת לצורך הסרה רצופה של כל אלקטרון של אטום. אנרגיית היינון הראשונה מתייחסת לאנרגיה הדרושה להסרת האלקטרון הראשון; אנרגיית היינון השנייה מתייחסת לאנרגיה הדרושה להסרת האלקטרון השני וכן הלאה. על ידי בחינת הערכים לאנרגיות היינון הרצופות של אטום, ניתן לחזות את התנהגותו. לדוגמא, לסידן האלמנט בקבוצה 2 יש I.E. נמוך. של 590 קילו-ג'ול למול ושני I.E. של 1145 קילו-ג'ול למול. עם זאת, ה- I.E. הוא גבוה בהרבה ב 4912 קילוג'ול למול. זה מרמז שכאשר הסידן מגיב, סביר להניח שהוא יאבד את שני האלקטרונים הראשונים הניתנים להסרה בקלות.

משיכת אלקטרון

זיקה אלקטרונית (Ea) היא מדד לאופן קלות האטום יכול להשיג אלקטרונים נוספים. אטומים בעלי זיקה אלקטרונית נמוכה נוטים להיות מאוד תגוביים, למשל פלואור הוא היסוד התגובה ביותר בטבלה המחזורית ויש לו זיקה אלקטרונית נמוכה מאוד -328 קילו-ג'ול לשומה. כמו באנרגיית היינון, לכל יסוד יש סדרה של ערכים המייצגים את הזיקה האלקטרונית של הוספת האלקטרונים הראשון, השני והשלישי וכן הלאה. שוב, זיקות האלקטרונים הרצופות של אלמנט נותנות אינדיקציה כיצד הוא יגיב.