Валентные возможности атомов

Количество ковалентных связей, которые может образовать атом, называется валентностью элемента. Валентные возможности атомов обусловлены наличием валентных электронов на внешнем энергетическом уровне.

Строение атома

Все элементы на планете состоят из атомов. Это мельчайшие частицы, состоящие из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В состав ядра входят протоны и нейтроны. Притягиваемые ядром электроны располагаются и движутся по орбитам на разном расстоянии от центра. Неравное положение электронов относительно ядра называется энергетическими уровнями.

Рис. 1. Строение атома.

В периодической таблице высшая валентность соответствует номеру группы, в которой находится элемент. Количество энергетических уровней совпадает с номером периода, электронов — с порядковым номером.

Рис. 2. Периодическая таблица.

Валентные возможности

Для оценки валентных возможностей атомов химических элементов необходимо детально рассмотреть распределение электронов по энергетическим уровням.

Валентность соответствует числу неспаренных электронов, находящихся на s- и p-орбиталях внешнего энергетического уровня. Валентные электроны атомов элементов, входящих в боковые группы таблицы Менделеева, располагаются на s-орбиталях внешнего уровня и на d-орбиталях, образующих внешний подуровень.

В нормальном (стационарном) состоянии электроны занимают определенное положение в атоме. Стационарная электронная конфигурация зафиксирована в периодической таблице. В возбужденном состоянии (реакции с другими элементами) происходит перераспределение энергии атома и изменение положения электронов.

Рассмотрим пример. Неподвижный атом фосфора имеет электронную конфигурацию 1s22s22p63s23p3. Это означает, что 15 электронов распределены по трем уровням. Внешний уровень, включающий s- и p-орбитали, содержит пять валентных электронов. В этом случае три электрона на p-орбитали неспарены, а два электрона на s-орбитали образуют пару. Следовательно, три неспаренных электрона могут образовывать ковалентные связи, а валентность фосфора равна трем.

Фосфор находится в группе V, главной подгруппе. Это означает, что в атоме имеется пустой d-подуровень. В возбужденном состоянии спаренные электроны s-уровня становятся неспаренными, и один электрон переходит на d-подуровень. Образуются пять неспаренных свободных электронов. Следовательно, атом фосфора приобретает пятую валентность.

Рис. 3. Электронная графическая формула фосфора в нормальном и возбужденном состоянии.

Приготовление на пару происходит с затратой энергии. Затраты энергии компенсируются образованием ковалентных связей с выделением энергии.

В зависимости от способности переходить в возбужденное состояние элементы делятся на две группы: с переменной и постоянной валентностью. Щелочные металлы, щелочноземельные металлы, фтор и алюминий имеют постоянную валентность (соответствует номеру группы). Переменная валентность присуща всем остальным элементам. Инертные газы не реагируют, поэтому считается, что они не имеют валентности.

Поделиться:
×
Рекомендуем посмотреть