Valentni elektron

U hemiji i fizici, valentni elektron je elektron vanjske ljuske koja je povezana sa atomom i koja može sudjelovati u stvaranju hemijske veze ako vanjska ljuska nije zatvorena. U jednoj kovalentnoj vezi, oba atoma u vezi doprinose jednim valentnim elektrononom da bi se formirao zajednički par.

Prisustvo valentnih elektrona može odrediti hemijska svojstva elementa, kao što je valencija – da li se može povezati s drugim elementima i, ako može, koliko lahko i sa koliko. Na taj način reaktivnost datog elementa uveliko ovisi o njegovoj elektronskoj konfiguraciji. Za element glavne grupe, valentni elektron može postojati samo u najudaljenijem elektronskoj ljusci; za prijelazni metal, valentni elektron također može biti i u unutrašnjoj ljusci.

Atom sa zatvorenom ljuskom valentnih elektrona (što odgovara konfiguraciji elektrona s²p⁶ za elemente glavne grupe ili d¹⁰s²p⁶ za prijelazne metale) ima tendenciju da bude hemijski inertan. Atomi s jednim ili dva valentna elektrona više od zatvorene ljuske visoko su reaktivni, zbog relativno male energije za uklanjanje ekstravalentnih elektrona da bi stvorili pozitivan ion. Atom s jednim ili dva elektrona manje od zatvorene ljuske reaktivan je zbog svoje tendencije ili da dobije valentne elektrone koji nedostaju i stvore negativni ion, ili da dijeli valentne elektrone i tvori kovalentnu vezu.

Slično jezgru elektrona, valentni elektron ima sposobnost apsorpcije ili oslobađanja energije u obliku fotona. Energetski dobitak može pokrenuti elektron da se pomakne (skoči) do vanjske ljuske; ovo je poznato kao atomska pobuda. Ili se elektron čak može osloboditi od povezane ljuske atoma; ovo je ionizacija za stvaranje pozitivnog iona. Kada elektron izgubi energiju (uzrokujući tako emitovanje fotona), tada se može preseliti u unutrašnju ljusku koja nije u potpunosti zauzeta.

Pregled

Elektronska konfiguracija

Elektroni koji određuju valenciju – kako atom hemijski reagira – su oni s najvećom energijom.

Za element glavne grupe, valentni elektroni su definirani kao oni elektroni koji borave u elektronskoj ljusci najvišeg glavnog kvantnog broja n.^[1] Dakle, broj valentnih elektrona koji može ovisiti o konfiguraciji elektrona na jednostavan način. Naprimjer, elektronska konfiguracija fosfora (P) je 1s²2s²2p⁶3s²3p³, tako da postoji pet valentnih elektrona (3s²3p³), što odgovara maksimalnoj valenciji za P od pez. kao u molekuli PF₅; ova se konfiguracija obično skraćuje u [Ne] 3s²3p³, gdje [Ne] označava elektrone jezgra, čija je konfiguracija identična konfiguraciji plemenitog plina neona.

Međutim, prijelazni elementi imaju djelimično napunjene (n – 1) d nivoe energije, koji su po energiji vrlo bliski n s nivou.^[2] Dakle, za razliku od elemenata glavne grupe, valentni elektron za prijelazni metal definira se kao elektron koji se nalazi izvan jezgra plemenitog plina.^[3] Tako se, općenito, elektroni d u prijelaznim metalima ponašaju kao valentni elektroni, iako nisu u najudaljenijoj ljusci. Naprimjer, mangan (Mn) ima konfiguraciju 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵. Ovo se skraćuje kao u [Ar] 4s²3d⁵, gdje [Ar] označava konfiguraciju jezgra, identičnu onoj u plemenitom plinu argonu. U ovom atomu 3d elektron ima energiju sličnu energiji 4s elektrona, a mnogo veću od energije 3s ili 3p elektrona. U stvari, postoji možda sedam valentnih elektrona (4s²3d⁵) izvan jezgra sličnog argonu; ovo je u skladu s hemijskom činjenicom da mangan može imati oksidaciono stanje čak +7 (u permanganatnom ionu: MnO–
4).

Što je više desno u svakoj seriji prijelaznih metala, to je niža energija elektrona u d-podljusci i takav elektron ima manje valentna svojstva. Prema tome, iako atom nikla u principu ima deset valentnih elektrona (4s²3d⁸), njegovo stanje oksidacije nikada ne prelazi četiri. Za cink, 3d podljuska je kompletna u svim poznatim spojevima, iako doprinosi valentnom pojasu u nekim spojevima.^[4]

D elektronski broj je alternativni alat za razumijevanje hemije prijelaznog metala.

Broj valentnih elektrona

Broj valentnih elektrona elementa može se odrediti pomoću grupa periodnog sistema (vertikalni stubac) u kojem je element kategoriziran. Izuzev grupa 3 i 12 (prijelazni metali), jedinični broj grupe identificira koliko je valentnih elektrona povezanih s neutralnim atomom elementa navedenog pod tim određenim stupcem.

Periodni sistem elemenata

Blok periodnog sistema	Grupa periodnog sistema	Valentni elektroni
s	Grupa 1 (I) (alkalni metali)	1
s	Grupa 2 (II) (zemnoalkalni metal) i helij	2
f	Lantanoidi i aktinoidi	3–16^[a]
d	Grupe 3-12 (tranzicijski metali)	3–12^[b]
p	Grupa 13 (III) (borna grupa)	3
	Grupa 14 (IV) (ugljikova grupa)	4
	Grupa 15 (V) (pniktogena ili dušična grupa)	5
	Grupa 16 (VI) (halkogena ili kisikova grupa)	6
	Grupa 17 (VII) (halogeni)	7
	Grupa 18 (VIII ili 0) (plemeniti plinovi) izuzev helija	8

^ Sadrže ns, (n-2)f i (n-1)d elektrona
^ Sadrže ns i (n-1)d elektrona

Helij je izuzetak: uprkos tome što ima konfiguraciju 1s² s dva valentna elektrona i zbog toga ima neke sličnosti sa zemnoalkalnim metalima s njihovim ns² valentnim konfiguracijama, njegova ljuska je potpuno puna i stoga je hemijski vrlo inertan i obično se stavlja u grupu 18, s ostalim plemenitim plinovima.

Valentna ljuska

Valentna ljuska je skup orbitala koji su energetski dostupni za prihvatanje elektrona u hemijskim vezama.

Za elemente glavne grupe, valentna ljuska sastoji se od ns i np orbitala u najudaljenijoj elektronskoj ljusci. U slučaju prijelaznih metala (orbitale (n-1) d) i lantanoida i aktinoida /(n-2) f i (n-1) d orbitale/, uključene orbitale također mogu biti u unutrašnjoj elektronskoj ljusci. Stoga je terminologija ljuska pogrešno ime jer ne postoji korespondencija između valentne ljuske i bilo koje određene elektronske ljuske u datom elementu. Naučno ispravan izraz bio bi valentna orbitala, da bi se odnosio na energetski dostupne orbitale elementa.

Tip elementa	Vodik i helij	p-Blok (Glavna grupa elemenata)	d-Blok (Prijelazni metali)	f-Blok (Lantanoidi i aktinoidi)
Valentne orbitale^[5]	1s	ns np	ns (n-1)d np	ns (n-2)f (n-1)d np
Pravila brojanja elektrona	Pravilo dueta	Pravilo okteta	Pravilo 18 elektrona	Pravilo 32 elektrona

Kao opće pravilo, glavni element grupe (osim vodika ili helija) ima tendenciju da reagira i formira konfiguraciju elektrona s²p⁶. Ova tendencija naziva se pravilo okteta, jer svaki vezani atom ima 8 valentnih elektrona, uključujući zajedničke elektrone. Slično tome, prijelazni metal nastoji reagirati i formirati d¹⁰s²p⁶ konfiguracija elektrona. Ta se tendencija naziva pravilo 18-elektrona, jer svaki vezani atom ima 18 valentnih elektrona, uključujući zajedničke elektrone.

Također pogledajte

Reference

^ Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General chemistry: principles and modern applications (8th izd.). Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall. str. 339. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331. OCLC 46872308.
^ THE ORDER OF FILLING 3d AND 4s ORBITALS. chemguide.co.uk
^ Miessler G.L. and Tarr, D.A., Inorganic Chemistry (2nd edn. Prentice-Hall 1999). p.48.
^ Tossell, J. A. (1 November 1977). "Theoretical studies of valence orbital binding energies in solid zinc sulfide, zinc oxide, and zinc fluoride". Inorganic Chemistry. 16 (11): 2944–2949. doi:10.1021/ic50177a056.
^ Chi, Chaoxian; Pan, Sudip; Jin, Jiaye; Meng, Luyan; Luo, Mingbiao; Zhao, Lili; Zhou, Mingfei; Frenking, Gernot (2019). "Octacarbonyl Ion Complexes of Actinides [An(CO)8]+/− (An=Th, U) and the Role of f Orbitals in Metal–Ligand Bonding". Chemistry—A European Journal. 25 (50): 11772–11784. doi:10.1002/chem.201902625.

Vanjski linkovi

Francis, Eden. Valence Electrons.

Šablon:Elektronsko navigacijsko polje

[5] Sadrže ns, (n-2)f i (n-1)d elektrona

[6] Sadrže ns i (n-1)d elektrona

[1] Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General chemistry: principles and modern applications (8th izd.). Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall. str. 339. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331. OCLC 46872308.

[2] THE ORDER OF FILLING 3d AND 4s ORBITALS. chemguide.co.uk

[3] Miessler G.L. and Tarr, D.A., Inorganic Chemistry (2nd edn. Prentice-Hall 1999). p.48.

[4] Tossell, J. A. (1 November 1977). "Theoretical studies of valence orbital binding energies in solid zinc sulfide, zinc oxide, and zinc fluoride". Inorganic Chemistry. 16 (11): 2944–2949. doi:10.1021/ic50177a056.

[7] Chi, Chaoxian; Pan, Sudip; Jin, Jiaye; Meng, Luyan; Luo, Mingbiao; Zhao, Lili; Zhou, Mingfei; Frenking, Gernot (2019). "Octacarbonyl Ion Complexes of Actinides [An(CO)8]+/− (An=Th, U) and the Role of f Orbitals in Metal–Ligand Bonding". Chemistry—A European Journal. 25 (50): 11772–11784. doi:10.1002/chem.201902625.

[1]

[2]

[3]

[4]

[a]

[b]

[5]