Valenční elektrony
Valenční elektrony jsou elektrony nejvíce zapojené do chemických vazeb a reakcí. U prvků hlavních skupin jde obvykle o elektrony v nejvyšší slupce n, ale u přechodných kovů musí být definice širší, protože energeticky blízké elektrony d se účastní chemie také.
Hlavní skupiny jsou jednoduché
Na má konfiguraci [Ne]3s¹, tedy jeden valenční elektron. Cl má [Ne]3s²3p⁵, tedy sedm. Opakující se vzor ns/np v jedné skupině vysvětluje podobnost chemie jejích prvků.
Vzácné plyny mají zaplněnou valenční slupku, alkalické kovy jeden elektron za uzavřeným jádrem a halogeny jsou jeden elektron od zaplnění.
Lewisovy tečky jsou elektronový rozpočet
Lewisův symbol ukazuje počet valenčních elektronů kolem značky prvku. Pomáhá sledovat nepárové elektrony a volné páry před sestavením struktury molekuly.
Pro CO₂ je rozpočet 4 + 2×6 = 16 valenčních elektronů. Každá správná Lewisova struktura musí rozdělit přesně těchto 16 elektronů mezi vazby a volné páry.
Počítadlo valenčních elektronů
Ionty mění počet elektronů
Kovy hlavních skupin často ztrácejí ns/np elektrony: Na → Na⁺ odstraní 3s¹ a Mg → Mg²⁺ odstraní 3s². Nekovy elektrony často přijímají nebo sdílejí.
Při počítání valenčních elektronů v polyatomových iontech přidejte jeden elektron za každý záporný náboj a odečtěte jeden za každý kladný. Tím získáte správný rozpočet pro Lewisův zápis.
Přechodné kovy vyžadují širší definici
Fe je [Ar]3d⁶4s². Přestože nejvyšší n je 4, elektrony 3d jsou energeticky blízko 4s a mohou se účastnit vazby i změn oxidačního stavu.
Fe²⁺ a Fe³⁺ se liší počtem d elektronů, což mění barvu, magnetismus a koordinační chemii. Zkratka „valence = nejvyšší n“ funguje pro hlavní skupiny, ale není univerzální.
Elektrony jádra nejsou absolutně nečinné
V běžné chemii zůstávají elektrony jádra pevně vázány, proto se zaměřujeme na valenci. Mohou však být vyraženy rentgenovým zářením a měří se v elektronové spektroskopii vnitřních hladin.
V pevných látkách se pojem valence rozšiřuje, protože elektrony obsazují pásy místo lokalizovaných atomových stavů. To spojuje atomové konfigurace s vodivostí a kovovou vazbou.
Od počítání k předpovědi chemie
Počet valenčních elektronů určuje první elektronový rozpočet pro vazby, ionty a Lewisovy struktury, ale sám neurčuje geometrii ani stabilitu molekuly. Je nutné zahrnout energie orbitalů, elektronegativitu, rezonanci a formální náboje.
U přechodných kovů je zvlášť důležité nepoužívat příliš úzkou definici. Elektrony ns a (n−1)d jsou energeticky blízko, takže různé kombinace mohou vstupovat do vazeb a oxidačních stavů.
Řešené příklady
1. Sodík
Řešení
[Ne]3s¹ → 1 valenční elektron.
2. Chlor
Řešení
[Ne]3s²3p⁵ → 7 valenčních elektronů.
3. Železo
Řešení
Nestačí počítat pouze n = 4; chemicky aktivní mohou být také elektrony 3d.