Što su valentni elektroni?

Nastavnici fizike i kemije u odgojno-obrazovnim ustanovama dobro su svjesni da je mnogo lakše objasniti temu pribjegavanjem analogijama ili korištenjem približnih primjera, objašnjavajući "na prstima". Iako opisani opisi nisu u potpunosti u skladu s općeprihvaćenim modelom, ipak, takav pristup daje svoje rezultate. To je slučaj kod atomske fizike.

Kemijska svojstva tvari relativno su jednostavna da objasni, ako koristimo teoriju atomske strukture koju je 1911. predložio engleski fizičar E. Rutherford. Unatoč činjenici da je njegov model djelomično istinit, to je sasvim dovoljno za razumijevanje procesa koji se odvijaju. Danas ćemo govoriti o tome što su valentni elektroni i koja je njihova međusobna povezanost s svojstvima materijala koji se proučava. Ali prvo, prisjetimo se planetarnog modela strukture atoma.

Rutherford je utvrdio da atom nije nerazdvojiva čestica, kao što je već mislila, ali se sastoji od teške jezgre u sredini i elektrona koji se okreću oko nje. Električno napunjeno jezgra je pozitivna (+), dok su elektroni, pak, negativni (-). Osam godina nakon objavljivanja njegove teorije struktura atoma, Rutherford je bio u mogućnosti provoditi jedinstvenu, u to vrijeme, iskustvo - pretvoriti dušik u kisik. Eksperiment se sastojao od "bombardiranja" alfa čestica s dušikovim atomima. Nakon sudara formira se kisikov atom i "ekstra" čestica s pozitivnim nabojem, a zatim se naziva proton.

Teorija je stekla potpuni oblik: jezgra uključuje protone, uz pomoć magnetske sile, zadržavanje elektrona u orbiti. Budući da je atom električki neutralan, a privlače se proton i elektron, njihove su ukupne količine jednake. Godine 1932. fizičar J. Chadwick otkrio je da u jezgri, osim protona, postoje čestice bez nabojnih neutrona. Oni su odgovorni za masu. Ovisno o energiji elektrona, može biti na različitoj udaljenosti od jezgre. Električni valenti su one negativno nabijene čestice koje:

• su na najvećoj udaljenosti od jezgre, u vanjskim putevima;
• mogu komunicirati sa susjednim atomima.

Pod interakcijom potrebno je razumjeti mogućnost da napusti atomsku orbitu ili promijeni svoju putanju.

Elektronski valenti određeni su vrlo jednostavno - prema Mendelejevjevu stolu. Za osnovne elemente (osim podgrupe, budući da postoje iznimke), stanje je istinito: maksimalni broj valentnih elektrona odgovara broju skupine u kojoj se nalazi element u proučavanju. Atom, koji ima veliki teorijski broj takvih čestica, nevoljko ih daje drugim atomima, pa je oksidirao (uzima nestale). Obrnuto, s malim brojem skupine, elektronski valenti lako se oslobađaju pomoću elementa, međusobno djelujući. U ovom slučaju, govorimo o reducirajućem agensu ili atomu donora.

Valenski elektroni izravno ovise o stanju atoma. Dakle, ako jedan ili drugi način komuniciranja dodatne energije izvana (da ga stavi u uzbuđeno stanje), tada će orbita čestica valencije postati veća.

Podaci o valenciji materijala omogućuju aktivno korištenje, predviđajući rezultat. Na primjer, kemijski izvori električne struje temeljeni na elektrolitima koriste takve elemente koji mogu dati i primati elektrone. Neutralni materijal bi u ovom slučaju bio beskoristan. Nije teško pogoditi da ako su sve vanjske školjke elektrona ispunjene, onda je takav element kemijski neutralan i ne djeluje u interakciji s drugim atomima (ili je sila interakcije tako beznačajna da se može zanemariti). Živi primjer za to su inertni plinovi.