Periodická tabulka prvků
Přihlásit se
Periodická tabulka prvků (5/9) · 10:57

Valenční elektrony a chemická vazba Jak se zaplňují elektronové orbitaly? Jak odvodit reaktivitu podle valenčních elektronů?

Navazuje na Elektronová konfigurace atomů.
Když už rozumíme elektronovým konfiguracím, tak začneme přemýšlet o valenčních elektronech, což jsou elektrony spojené s atomem. Tyto elektrony mají největší pravděpodobnost, že budou reagovat s jinými atomy, vytvoří vazby, nebo budou odebrány a nebo budou nějakým způsobem sdíleny s jinými atomy. Na toto jsme už narazili, když jsme mluvili o trendech v periodické tabulce. Na valenční elektrony se podíváme trochu formálněji a použijeme Lewisovu (elektronovou) strukturu ke znázornění elektronů. Jak jsem již řekl, tyto elektrony mají nejvíce energie a jsou nejdále od jádra. Teď si myslíte, že elektrony s největší energií a elektrony, co jsou nejdále od jádra, jsou vlastně stejné. To je pravda jenom u prvků s-bloku, který je tady, a u p-bloku, který je pro změnu tady. Ale nemusí to platit pořád. Nemusí to být nutně pravda pro přechodné kovy, tedy pro prvky, které neleží v s nebo p-bloku. I přes tyto výjimky je většinou pravda, že elektrony s nejvyšší energií jsou zároveň nejdál od jádra. Pojďme se nad tím trochu zamyslet a nakreslit si pár Lewisových struktur. Začneme s nejjednodušším prvkem, kterým je vodík. Vodík má pouze jeden elektron, jeho elektronová konfigurace je tudíž 1s1. Ten jeden elektron je zároveň jediný valenční elektron. Tento elektron vodík využívá při reakcích. Může být odštěpen od vodíku a z vodíku se pak stane kladný iont. Nebo tento elektron bude sdílen s jiným atomem, který na oplátku bude sdílet svůj elektron s vodíkem a vodík bude mít elektronovou konfiguraci jako helium. Těmito způsoby může vodík využít svůj valenční elektron. Nakreslíme ho jako tečku nad vodíkem. A jak to funguje u ostatních prvků I.A skupiny? Jako příklad použijeme sodík. Jakou elektronovou konfiguraci má sodík? Použijeme zkratku a zapíšeme ji, jako základní elektronovou konfiguraci neonu, [Ne]: 1s2, 2s2, 2p6 Takto se dostaneme k neonu a abychom se dostali k sodíku, tak musíme ještě přidat 3s1. Kolik valenčních elektronů má sodík? Elektron, který je nejdál od jádra... Jinými slovy elektron, který je v nestabilní vrstvě, což je vrstva, která není úplně zaplněna elektrony, takže nedosáhla svojí maximální stability, je jenom jeden. Elektron v orbitalu 3s1. Sodík můžeme tedy znázonit stejně jako vodík. Má jenom jeden valenční elektron, který může být odštěpen, nebo se může nějakým způsobem podílet na kovalentní vazbě. Pojďme se teď zabývat i jinými prvky než jen vodíkem a sodíkem. Uvědomte si ale, ...platí to dobře pro vodík a sodík... že všechny prvky v I.A skupině mají jenom jeden valenční elektron, který buď ztratí a vznikne z nich kation nebo ho použijí k vytvoření kovalentní vazby. Pojďme se teď zamyslet nad heliem. Helium je velice jedinečné, protože všechny ostatní vzácné plyny mají právě osm valenčních elektronů a jsou tudíž velmi stabilní. Helium má ale jenom dva valenční elektrony. Důvod, proč je umístěn tady, je vysoká stabilita helia, která je dána zcela zaplněnou první vrstvou, které stačí jenom dva elektrony aby se naplnila a byla stabilní. Helium má dva valenční elektrony, jeho elektronová konfigurace je 1s2. Opakuji, helium ve skupině s vzácnými plyny, kvůli jeho vysoká stabilitě, která je typická pro vzácné plyny. Proto plníme balónky heliem místo vodíku. Nevybuchne to jako vzducholoď Hindenburg. Můžete říct, že se dvěma valenčními elektrony by mělo být ve skupině II. A, protože všechny prvky II. A skupiny mají dva valenční elektrony. To je ve skutečnosti velmi dobrý argument, kvůli kterému bychom mohli umístit helium do II. A skupiny. Všechny prvky v II. A skupině mají dva valenční elektrony. Pojďme se podívat na jeden z nejzajímavějších a nejvšestranějších prvků v periodické tabulce. Prvek, bez kterého by život, jak ho známe my, nemohl existovat...uhlík. Doporučuji vám zastavit video a na základě toho, co jsme se naučili, zkuste přijít na to, kolik má uhlík valenčních elektronů, a jak by vypadala jeho Lewisova struktura. Elektronová konfigurace uhlíku bude vypadat jako helium, jenom přidáme 2s2 a 2p2. Kolik elektronů má ve své valenční vrstvě, které nejsou na nic navázané? Má tyto čtyři. 2 plus 2. Za každý elektron nakreslíme jednu tečku, takže 4 valenční elektrony. Proč je toto zajímavé? Když teď vidíme valenční elektrony uhlíku a vodíku, tak můžeme odhadovat, jaké typy molekul mohou uhlík a vodík spolu vytvářet. Například: Uhlík chce mít osm valenčních elektronů, aby se cítil stabilněji, jako vzácný plyn neon a vodík chce mít 2 elektrony ve své valenční vrstvě, aby se cítil stabilněji, jako helium. Toto je atom uhlíku. A toto jsou atomy vodíku. Můžete odvodit, podle toho, co jsme si teď říkali a podle Lewisovy struktury, že takováto molekula by mohla vzniknout, protože uhlík sdílí svoje čtyři valenční elektrony s čtyřmi různými vodíky a vodíky sdílí na oplátku svoje elektrony s uhlíkem, který se může cítit, jako by měl 8 valenčních elektronů. A každý vodík se může cítit, jako by měl 2 valenční elektrony. Jestli si myslíte, že takováto molekula je stabilní a že existuje v přírodě, tak máte rozhodně pravdu. Tato molekula se jmenuje methan a takto je zapsán Lewisovou strukturou. Toto je méně používaný způsob zápisu. Každé dva elektrony tvoří elektronový pár a v praxi představují kovalentní vazbu. Toto představuje kovalentní vazbu. Každá tato kovalentní vazba je tvořena dvěma elektrony. Uhlík si připadá, že má 2, 4, 6, 8 elektronů. Vodíky si připadají, že mají 2 elektrony a jsou mnohem stabilnější. Každý prvek ve skupině uhlíku má 4 valenční elektrony. Tak třeba cín, i když neutrální cín má celkem 50 elektronů, má jenom 4 valenční elektrony ve své poslední vrstvě, které budou reagovat. Na základě této podobnosti možná předpokládáte, že cín bude tvořit podobné vazby a bude reagovat podobným způsobem jako uhlík, nebo, že křemík bude opět reagovat podobně jako uhlík. Lidé se dokonce domnívají, že na ostatních planetách není život založen na uhlíku, ale na křemíku, protože křemík se váže podobně jako uhlík a tudíž tvoří podobné struktury jako uhlík. Teď se pojďmě zamyslet nad přechodnými prvky, které se nacházejí v d-bloku, a také v f-bloku, což jsou zvláštní případy zde. Tyto prvky jsou zvláštní případy, které jsou trochu složitější, protože jak jsme zjistili, když máme prvek v 4. periodě... Napišme elektronovou konfiguraci třeba železa. Elektronovou konfiguraci železa zapíšeme jako elektronovou konfiguraci argonu a přidáme orbital 4s2. Teď jsme v d-bloku, ale nebudeme zaplňovat 4d orbital, ale vrátíme se o jednu periodu zpátky a budeme zaplňovat 3d orbital. Do něj se vejde celkem 1, 2, 3, 4, 5, 6 elektronů, takže ho zapíšeme 3d6. A teď přichází to zajímavé. Které elektrony mají nejvíce energie? Ty, co jsou v tomto 3d6 orbitalu. Ale které jsou nejdále? Ty, co jsou v 4s2 orbitalu. Na základě této elektronové konfigurace je těžké určit, jak bude železo reagovat. Železo může ztratit jeden elektron, dva elektrony, tři elektrony a ztráty můžou být kombinace elektronů, co jsou nejdál od jádra a těch, co mají nejvíce energie. U železa, stejně jako u všech přechodných prvků, je těžké se zabývat valenčními elektrony a zjišťovat jak budou reagovat. Někteří lidé a učebnice tvrdí, že všechny přechodné prvky mají dva valenční elektrony, protože všechny mají 4s2 a až pak zaplňují 3d orbital. Tvrdí, že všechny přechodné prvky nejprve zaplňují orbital 4s a až pak 3d, ale to neplatí pro všechny. U některých to je jinak, třeba u mědi a chromu, které mají v orbitalu 4s jen 1 elektron a pak začínají zaplňovat 3d, v závislosti na podmínkách. Někdy to jde i jinak. Ale i u ostatních přechodných prvků, a nemusí to být železo, mohou reagovat pouze 2 elektrony. Nebo můžete mít elektrony z d orbitalu, elektrony z orbitalu 3d, které mají nejvíce energie a mohou být odejmuty nebo vytvořit vazbu apod.
video