Які електрони є валентними

Як знайти валентні електрони в атомі?

Валентні електрони грають найважливішу роль визначенні хімічних властивостей атомів. Розуміння того, як знайти ці ключові електрони в атомі, допомагає передбачати та пояснювати реакційну здатність речовин, а також багато іншого. Давайте розберемося!

Що таке валентні електрони

Валентними називаються електрони у зовнішньому енергетичному рівні (шарі) атома. Саме вони визначають хімічні властивості елемента та його здатність вступати в реакції.

У різних елементів може бути різна кількість валентних електронів. Це від будови їх електронних оболонок. Наприклад, у натрію всього один валентний електрон, а у кисню – шість.

Як визначити валентні електрони атома

Щоб знайти валентні електрони, потрібно переглянути електронну конфігурацію елемента. Це запис, що показує розподіл всіх його електронів за енергетичними рівнями та підрівнями.

Наприклад, електронна конфігурація натрію виглядає так:

Тут видно, що останній, найдальший від ядра електрон знаходиться на рівні 3s. Отже, натрій має один валентний електрон.

Зв'язок валентних електронів та властивостей елементів

Кількість валентних електронів визначає здатність атома притягувати чи віддавати електрони при взаємодії коїться з іншими атомами.

Елементи, що легко віддають електрони, - відновники. Вони мало валентних електронів.
Елементи, що легко приймають електрони, - окислювачі. Вони мають багато валентних електронів.

Також від кількості валентних електронів залежить максимальна кількість інших атомів, з якими цей елемент може з'єднуватися.

Приклади підрахунку валентних електронів

Давайте підрахуємо валентні електрони для деяких елементів.

Вуглець C. Його конфігурація: 1s 2 2s 2 2p 2 . Значить, 4 валентні електрони (2s 2 2p 2 ).
Азот N: 1s 2 2s 2 2p 3 . 3 валентні електрони.
Неон Ne: 1s 2 2s 2 2p 6 . 0 валентних електронів (оболонка закрита).

Як бачите, підрахунок досить простий. Головне – розглянути зовнішній енергетичний шар та порахувати там електрони.

Особливості перехідних металів

Для перехідних металів правило визначення валентних електронів дещо інше. Вони валентними можуть вважатися як електрони зовнішнього енергетичного рівня, а й глибших d-подуровней.

Наприклад, залізо валентними є як 4s-, так і 3d-електрони. В результаті всього у нього 8 валентних електронів (а не 2, як за класичним правилом).

Така поведінка зумовлена особливостями електронної будови перехідних металів.

У цілому принцип визначення для них той же - розглянути електронну конфігурацію і знайти зовнішні електрони, здатні до участі в хімічних реакціях.

Розподіл валентних електронів в атомі

Як ми з'ясували, валентні електрони перебувають у зовнішньому енергетичному шарі атома. Але більш детально можна розглянути їх розподіл за орбіталями та підрівнями.

Валентні електрони заповнюють атомні орбіталі у порядку зростання їхньої енергії. Спочатку заповнюються 1s, потім 2s, 2p, 3s і т.д. При цьому в кожній p-орбіталі може бути не більше 2 електронів, а в кожній s-орбіталі - не більше одного.

Вплив валентних електронів на фізичні властивості

Крім хімічних характеристик, кількість валентних електронів впливає і деякі фізичні властивості елементів.

Наприклад, провідність металів забезпечується рухом їх слабозв'язаних валентних електронів. А неметали із закритими оболонками, навпаки, зазвичай є діелектриками.

Методи визначення валентних електронів

Крім розгляду електронних конфігурацій, існують інші способи знаходження кількості валентних електронів.

Один із них - за становищем елемента в періодичній системі. Елементи в одній групі мають схоже число валентних електронів. Точні значення відповідають номеру групи.

Крім того, приблизну оцінку можна робити за ступенями окиснення елемента в сполуках. Це теж пов'язано з кількістю електронів, що віддаються або приймаються.

Застосування знань про валентні електрони

Інформація про валентні електрони використовується хіміками для:

Прогнозування хімічних реакцій та їх продуктів
Пояснення природи хімічного зв'язку у сполуках
Розуміння механізмів окисно-відновних реакцій

Крім того, вона застосовується в науках про матеріали, електрохімію, кристалографію та інші галузі.

Приклад: прогноз реакцій щодо валентних електронів

Розглянемо простий приклад того, як знання про валентні електрони дозволяють передбачати реакції.

Візьмемо літій та кисень. У Li всього 1 валентний електрон, а у O - 6. Значить, 2 атоми Li можуть віддати по 1 електрону, щоб заповнити оболонку атома O. У результаті утворюється стабільне з'єднання Li2O.

Інші приклади прогнозування реакцій

Розглянемо ще кілька прикладів того, як аналіз валентних електронів допомагає прогнозувати реакції.

Візьмемо азот та водень. У азоту 3 валентні електрони, у водню – 1.Щоб заповнити оболонку азоту, потрібно 3 атоми водню, кожен із яких віддасть свій єдиний електрон.

А тепер розглянемо хлор і натрій. У хлору 7 валентних електронів натрію потрібен всього 1 електрон, щоб завершити оболонку. Тому 1 атом Na віддасть свій валентний електрон атому Cl.

Межі застосування даного підходу

Хоча аналіз валентних електронів нерідко дозволяє чітко прогнозувати реакції та продукти, є й винятки з цього правила.

По-перше, у перехідних металів за рахунок d-електронів можливий прояв різних ступенів окиснення. Це дуже ускладнює картину.

По-друге, на реакції можуть впливати додаткові фактори – каталізатори, температура, тиск тощо. У результаті замість очікуваного продукту виходить інша речовина.