Co jsou valenční elektrony a jak je určit?

Co valenční elektrony jsou

Elektrony v atomu jsou uspořádány ve slupkách kolem jádra. Elektrony ve vnitřních slupkách, zvané vnitřní elektrony, jsou pevně drženy a do reakcí vstupují jen zřídka. Elektrony ve vnější slupce jsou dále od jádra, drženy méně pevně a jako první interagují s jinými atomy. To jsou valenční elektrony.

Sodík má 11 elektronů uspořádaných jako 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. Prvních deset tvoří stabilní jádro se stejným uspořádáním jako neon a jediný elektron 3s je jediným valenčním elektronem sodíku. Téměř veškerá chemie sodíku pochází z tohoto jednoho elektronu.

Jak najít valenční elektrony podle čísla skupiny

U prvků hlavních skupin ti odpověď dá přímo periodická tabulka. Prvky 1. a 2. skupiny mají 1 a 2 valenční elektrony. U skupin 13 až 18 odečti od čísla skupiny 10: 13. skupina má 3, 14. skupina 4, 15. skupina 5, 16. skupina 6, 17. skupina 7 a 18. skupina 8.

Uhlík (14. skupina) tedy má 4 valenční elektrony, dusík (15. skupina) 5, kyslík (16. skupina) 6 a neon (18. skupina) 8. Výjimkou v 18. skupině je helium: má jen 2 valenční elektrony, které zcela zaplňují jeho první slupku.

Jak je najít z elektronové konfigurace

Pokud znáš elektronovou konfiguraci, spočítej elektrony ve slupce s nejvyšším číslem. U prvků hlavních skupin to jsou vnější elektrony s a p.

Kyslík je 1s² 2s² 2p⁴. Jeho nejvyšší slupka je 2, která obsahuje 2 + 4 = 6 elektronů, takže kyslík má 6 valenčních elektronů. Brom je [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁵. Jeho nejvyšší slupka je 4, která obsahuje 2 + 5 = 7 elektronů. Plná podslupka 3d patří do vnitřní slupky a nepočítá se, takže brom má 7 valenčních elektronů, stejně jako každý další halogen.

Valenční elektrony a ionty

Atomy mají sklon elektrony přijímat, odevzdávat nebo sdílet, dokud nedosáhnou stabilního uspořádání, obvykle osmi vnějších elektronů (oktetu) jako vzácný plyn. Velmi malé atomy, například vodík a lithium, místo toho směřují k heliovým dvěma.

Prvky s malým počtem valenčních elektronů je odevzdávají a vytvářejí kladné ionty a prvky s mnoha je přijímají a vytvářejí záporné ionty. Kovy 1. skupiny tvoří ionty +1 (Na⁺), kovy 2. skupiny ionty +2 (Mg²⁺) a hliník ve 13. skupině ionty +3 (Al³⁺). Na druhé straně dusík a fosfor v 15. skupině tvoří ionty −3 (N³⁻, P³⁻), kyslík a síra v 16. skupině ionty −2 (O²⁻, S²⁻) a halogeny v 17. skupině ionty −1 (Cl⁻). Vzácné plyny už mají plnou vnější slupku, takže jejich náboj je 0. Uhlík a křemík ve 14. skupině své 4 valenční elektrony obvykle sdílejí v kovalentních vazbách, místo aby tvořily jednoduché ionty.

Valenční elektrony a vazby

Valenční elektrony vysvětlují i kovalentní vazby. Uhlík má 4 valenční elektrony a potřebuje další 4 k dokončení oktetu, takže obvykle tvoří 4 vazby, jako v methanu (CH₄). Dusík s 5 tvoří 3 vazby v amoniaku (NH₃) a kyslík se 6 tvoří 2 vazby ve vodě (H₂O).

Lewisovy tečkové struktury zobrazují valenční elektrony jako tečky kolem značky prvku. Kyslík se kreslí se 6 tečkami a chlor se 7, takže je snadné vidět, kolik elektronů každý atom ještě potřebuje.

Přechodné kovy: zvláštní případ

U přechodných kovů je pravidlo méně jednoduché, protože do vazeb mohou vstupovat i elektrony v podslupce d těsně pod vnější slupkou. Na tomto webu je počet valenčních elektronů u přechodného kovu uváděn jako počet elektronů v jeho vnější podslupce s. Železo, [Ar] 3d⁶ 4s², je uvedeno se 2 valenčními elektrony.

Pamatuj, že vážou i elektrony d. Železo běžně tvoří Fe²⁺ i Fe³⁺: nejdříve odevzdá své dva elektrony 4s a poté elektron 3d, aby se stalo Fe³⁺. Proto má mnoho přechodných kovů více než jeden běžný náboj.