Как найти валентные электроны: 12 шагов (с изображениями)

2024 Автор: Jason Gerald | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-16 19:54

В химии валентные электроны - это электроны, расположенные во внешней электронной оболочке элемента. Знание того, как определить количество валентных электронов в данном атоме, является важным навыком для химиков, потому что эта информация определяет типы химических связей, которые могут быть образованы. К счастью, все, что вам нужно, чтобы найти валентные электроны, - это регулярная периодическая таблица элементов.

Шаг

Часть 1 из 2: Поиск валентных электронов с помощью периодической таблицы

Непереходные металлы

Шаг 1. Найдите периодическую таблицу элементов

Эта таблица представляет собой таблицу с цветовой кодировкой, состоящую из множества различных ящиков, содержащих все химические элементы, известные человеку. Таблица Менделеева предоставляет обширную информацию об элементах - мы будем использовать часть этой информации, чтобы определить количество валентных электронов в атоме, который мы изучаем. Обычно эту информацию можно найти на обложке учебника химии. Здесь также есть хорошие интерактивные таблицы, доступные в Интернете.

Шаг 2. Обозначьте каждый столбец периодической таблицы элементов от 1 до 18

Обычно в периодической таблице все элементы в вертикальном столбце имеют одинаковое количество валентных электронов. Если в вашей периодической таблице еще нет номера в каждом столбце, пронумеруйте его от 1 в крайнем левом столбце до 18 в крайнем правом столбце. В научном смысле эти столбцы называются "группа" элемент.

Например, если мы воспользуемся периодической таблицей, в которой группы не пронумерованы, мы напишем 1 над водородом (H), 2 над бериллием (Be) и так далее до 18 над гелием (He)

Шаг 3. Найдите свой элемент в таблице

Теперь найдите элемент, для которого вы хотите узнать валентные электроны на таблице. Вы можете сделать это, используя химический символ (буква в каждом поле), атомный номер (номер в верхнем левом углу каждого поля) или любую другую информацию, доступную вам в таблице.

Для демонстрации давайте найдем валентные электроны для очень часто используемого элемента: углерод (С).

Этот элемент имеет атомный номер 6. Этот элемент расположен над группой 14. На следующем шаге мы будем искать его валентные электроны.
В этом подразделе мы проигнорируем переходные металлы, которые представляют собой элементы в квадратных блоках групп с 3 по 12. Эти элементы немного отличаются от других, поэтому шаги в этом подразделе не применимы к этому элементу. Узнайте, как это сделать, в подразделе ниже.

Шаг 4. Используйте номера групп, чтобы определить количество валентных электронов

Номер группы непереходного металла можно использовать для определения количества валентных электронов в атоме элемента. Единица места номера группы - количество валентных электронов в атоме элемента. Другими словами:

Группа 1: валентные электроны 1
Группа 2: 2 валентных электрона
Группа 13: 3 валентных электрона
Группа 14: 4 валентных электрона
Группа 15: 5 валентных электронов
Группа: 6 валентных электронов
Группа: 7 валентных электронов
Группа: 8 валентных электронов (кроме гелия, у которого 2 валентных электрона).
В нашем примере, поскольку углерод находится в группе 14, мы можем сказать, что один атом углерода имеет четыре валентных электрона.

Переходный металл

Шаг 1. Найдите элементы из групп с 3 по 12

Как отмечалось выше, элементы в группах с 3 по 12 называются переходными металлами и ведут себя иначе, чем другие элементы с точки зрения валентных электронов. В этом разделе мы объясним разницу: до некоторой степени часто невозможно отнести валентные электроны к этим атомам.

В демонстрационных целях возьмем тантал (Ta), элемент 73. В следующих нескольких шагах мы будем искать его валентные электроны (или, по крайней мере, попробуем).
Обратите внимание, что переходные металлы включают ряды лантанидов и актинидов (также называемых редкоземельными металлами) - два ряда элементов, обычно расположенных внизу остальной части таблицы, начиная с лантана и актиния. Все эти элементы включают группа 3 в периодической таблице.

Шаг 2. Поймите, что у переходных металлов нет традиционных валентных электронов

Чтобы понять, почему переходные металлы на самом деле работают не так, как остальная часть таблицы Менделеева, требуется небольшое объяснение того, как электроны работают в атомах. См. Краткий обзор ниже или пропустите этот шаг, чтобы сразу получить ответ.

По мере того как электроны присоединяются к атомам, эти электроны сортируются по разным орбиталям - по существу, различным областям вокруг атома, где атомы собираются. Обычно валентные электроны - это атомы во внешней оболочке, другими словами, последние добавленные атомы.
По причинам, которые здесь немного сложно объяснить, когда атомы добавляются к внешней d-оболочке переходного металла (подробнее об этом ниже), первые атомы, попадающие в оболочку, имеют тенденцию действовать как обычные валентные электроны, но после этого электронов он ведет себя иначе, а электроны из других орбитальных слоев иногда даже действуют как валентные электроны. Это означает, что атом может иметь несколько валентных электронов в зависимости от того, как им манипулировать.
Для более подробного объяснения, взгляните на страницу хороших валентных электронов Clackamas Community College.

Шаг 3. Определите количество валентных электронов на основе номера их группы

Опять же, номер группы элемента, на который вы смотрите, может сказать вам, сколько у него валентных электронов. Однако для переходных металлов нет закономерности, которой вы могли бы следовать - номер группы обычно соответствует количеству возможных валентных электронов. Цифры следующие:

Группа 3: 3 валентных электрона
Группа 4: от 2 до 4 валентных электронов
Группа 5: от 2 до 5 валентных электронов
Группа 6: от 2 до 6 валентных электронов
Группа 7: от 2 до 7 валентных электронов
Группа 8: 2 или 3 валентных электрона.
Группа 9: 2 или 3 валентных электрона.
Группа 10: 2 или 3 валентных электрона.
Группа 11: от 1 до 2 валентных электронов
Группа 12: 2 валентных электрона
В нашем примере, поскольку тантал находится в группе 5, мы можем сказать, что тантал имеет между два и пять валентных электронов, в зависимости от ситуации.

Часть 2 из 2: Обнаружение валентных электронов по электронной конфигурации

Шаг 1. Научитесь читать электронные конфигурации

Другой способ найти валентные электроны элемента - это так называемая электронная конфигурация. Конфигурация электронов может показаться сложной, но это всего лишь способ представления электронных орбиталей в атоме буквами и цифрами, и это легко, если вы знаете, что делаете.

Давайте посмотрим на пример конфигурации для элемента натрия (Na):

1 с²2 с²2p⁶3 с¹
Обратите внимание, что эта электронная конфигурация просто повторяет такую схему:

(число) (буква)^{(цифра выше)}(число) (буква)^{(цифра выше)}…
…так далее. Шаблон (число) (буква) во-первых, это название электронной орбитали и ^{(цифра выше)} это количество электронов на этой орбитали - вот и все!
Итак, в нашем примере мы говорим, что натрий имеет 2 электрона на 1 с. Орбитали добавлен 2 электрона на 2с. Орбитали добавлен 6 электронов на 2р. Орбиталях добавлен 1 электрон на 3s-орбитали.

Всего 11 электронов - натрий - это элемент номер 11, так что это имеет смысл.

Шаг 2. Найдите электронную конфигурацию изучаемого элемента

Как только вы знаете электронную конфигурацию элемента, определить количество валентных электронов довольно легко (за исключением, конечно, переходных металлов). Если вам дана конфигурация из задачи, вы можете перейти к следующему шагу. Если вам нужно найти это самостоятельно, посмотрите ниже:

Вот полная электронная конфигурация унунокция (Uuo), элемент номер 118:

1 с²2 с²2p⁶3 с²3p⁶4 с²3d¹⁰4p⁶5 с²4d¹⁰5p⁶6 с²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶7 с²5f¹⁴6d¹⁰7p⁶
Теперь, когда у вас есть конфигурация, все, что вам нужно сделать, чтобы найти электронную конфигурацию другого атома, - это заполнить этот шаблон с нуля, пока у вас не закончатся электроны. Это проще, чем кажется. Например, если бы мы хотели создать орбитальную диаграмму для хлора (Cl), элемента номер 17, который имеет 17 электронов, мы бы сделали это следующим образом:

1 с²2 с²2p⁶3 с²3p⁵
Обратите внимание, что количество электронов в сумме составляет 17: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17. Вам просто нужно изменить количество на последней орбитали - остальное то же самое, потому что орбитали до последней орбитали заполнены.
Информацию о других электронных конфигурациях см. Также в этой статье.

Шаг 3. Добавьте электроны к орбитальным оболочкам с помощью правила октета

Когда электроны добавляются к атому, они попадают на различные орбитали в указанном выше порядке: первые два электрона переходят на 1s-орбиталь, следующие два электрона переходят на 2s-орбиталь, следующие шесть электронов переходят на 2p-орбиталь и скоро. Когда мы работаем с атомами вне переходных металлов, мы говорим, что эти орбитали образуют орбитальные оболочки вокруг атома, причем каждая последующая оболочка находится дальше от предыдущей. В дополнение к первой оболочке, которая может содержать только два электрона, каждая оболочка может содержать восемь электронов (кроме того, опять же, при работе с переходными металлами). Это называется Правило октета.

Например, предположим, что мы смотрим на элемент Бор (B). Поскольку атомный номер равен пяти, мы знаем, что элемент имеет пять электронов и его электронная конфигурация выглядит так: 1s²2 с²2p¹. Поскольку первая орбитальная оболочка имеет только два электрона, мы знаем, что бор имеет только две оболочки: одну оболочку с двумя 1s-электронами и одну оболочку с тремя электронами с 2s- и 2p-орбиталей.
В качестве другого примера, элемент, такой как хлор, будет иметь три орбитальные оболочки: одна с 1s-электронами, одна с двумя 2s-электронами и шестью 2p-электронами и одна с двумя 3s-электронами и пятью 3p-электронами.

Шаг 4. Найдите количество электронов во внешней оболочке

Теперь, когда вы знаете электронную оболочку своего элемента, найти валентные электроны очень просто: просто используйте количество электронов во внешней оболочке. Если самая внешняя оболочка заполнена (другими словами, если самая внешняя оболочка имеет восемь электронов или первая оболочка имеет два), элемент становится инертным и не будет легко реагировать с другими элементами. Однако, опять же, это правило не распространяется на переходные металлы.

Например, если мы используем бор, поскольку во второй оболочке три электрона, мы можем сказать, что бор имеет три валентные электроны.

Шаг 5. Используйте строки таблицы как сокращенный способ поиска орбитальных снарядов

Горизонтальные ряды в периодической таблице называются "период" элемент. Начиная с верхней части таблицы, каждый период соответствует количеству электронных оболочек, имеющихся у атома в этот период. Вы можете использовать его как сокращенный способ определить, сколько валентных электронов имеет элемент - просто начните с левой стороны периода при подсчете электронов. Опять же, вам нужно игнорировать переходные металлы для этого метода.

Например, мы знаем, что элемент селен имеет четыре орбитальные оболочки, потому что он находится в четвертом периоде. Поскольку это шестой элемент слева в четвертом периоде (без учета переходных металлов), мы знаем, что его четвертая внешняя оболочка имеет шесть электронов, и, следовательно, селен имеет шесть валентных электронов.

подсказки

Обратите внимание, что электронная конфигурация может быть записана кратко, используя благородные газы (элементы в группе 18), чтобы заменить орбитали в начале конфигурации. Например, электронная конфигурация натрия может быть записана как [Ne] 3s1 - фактически то же самое, что и неон, но с одним дополнительным электроном на 3s-орбитали.
Переходные металлы могут иметь не полностью заполненные валентные подоболочки. Определение точного числа валентных электронов в переходных металлах включает в себя принципы квантовой теории, которые не рассматриваются в этой статье.
Обратите внимание, что таблица Менделеева отличается от страны к стране. Поэтому проверьте, правильно ли вы используете таблицу Менделеева, чтобы избежать путаницы.