Valenselektroner
Valenselektronene er den delen av elektronstrukturen som oftest avgjør hvordan et atom binder seg og hvilke ioner eller oksidasjonstilstander det kan danne. For hovedgruppeelementer er regelen enkel, men i d- og f-blokken kan flere underskall ligge så nær i energi at en enkel «ytterste skall»-definisjon blir for snever.
Finn valenselektroner i hovedgruppeelementer
For grupper 1 og 2 tilsvarer gruppen henholdsvis ett og to valenselektroner. For gruppene 13–18 trekker vi vanligvis ti fra gruppenummeret: gruppe 17 har sju valenselektroner. Helium er særtilfellet 1s² og har to valenselektroner fordi det første skallet allerede er fullt.
Gruppeutforsker
Lewis-symboler og binding
Lewis-symboler viser valenselektronene som prikker rundt grunnstoffsymbolet. De er et regneverktøy for binding og frie elektronpar, ikke en tegning av faktiske elektronbaner. Karbon med fire valenselektroner kan representeres med fire prikker; oksygen med seks og klor med sju.
I en Lewis-struktur deles eller overføres valenselektroner slik at formelle ladninger og bindingsmønstre kan følges. Oktettregelen er nyttig for mange hovedgruppeforbindelser, men den er ikke en universell kvantemekanisk lov.
Ioner, oksidasjonstilstander og overgangsmetaller
Hovedgruppeatomer danner ofte ioner ved å miste eller ta opp elektroner slik at de får en lukket skallstruktur. Natrium mister typisk sitt 3s-elektron og blir Na⁺; klor tar ofte opp ett elektron og blir Cl⁻.
For overgangsmetaller kan ns- og (n−1)d-elektroner begge delta i kjemien. Det er derfor bedre å beskrive tilgjengelige valensorbitaler enn å telle bare elektronene med høyeste hovedkvantetall.
Kjemiske følger av valensstrukturen
Valenselektroner, formell ladning og Lewis-strukturer
Når en Lewis-struktur vurderes, sammenlignes antallet elektroner et atom «eier» i strukturen med antallet valenselektroner i det frie atomet. Forskjellen gir formell ladning. Dette er elektronbokføring, ikke en direkte måling av virkelig ladningstetthet.
Kjerneelektroner er ikke kjemisk irrelevante i alle sammenhenger
Indre elektroner deltar sjelden direkte i vanlige bindinger, men de skjermer kjernen og påvirker orbitalenergier, relativistiske effekter og spektroskopiske signaler. De påvirker dermed kjemien indirekte.
Valens i overgangs- og indre overgangselementer
I overgangsmetaller ligger d- og s-orbitaler nær hverandre i energi; i lantanider og aktinider kan f-orbitaler også bidra. Dette forklarer hvorfor disse områdene har flere mulige oksidasjonstilstander enn en enkel hovedgrupperegel skulle tilsi.
Valenstall forutsier familier, ikke alle oksidasjonstilstander
At et hovedgruppeelement har et bestemt antall valenselektroner hjelper oss å forstå typiske reaksjonsmønstre, men det betyr ikke at elementet alltid bruker alle disse elektronene eller alltid har én bestemt oksidasjonstilstand.
Valenselektroner i spektroskopi
De laveste elektroniske eksitasjonene involverer ofte valensorbitaler, fordi de ligger nærmest i energi. Spektrallinjer og fotoelektronspektre kan derfor gi direkte informasjon om hvordan valenselektronene er bundet.
Øvelser
Svovel
Hvor mange valenselektroner har et nøytralt svovelatom i hovedgruppemodellen?
Løsning
Svovel står i gruppe 16 og har derfor 6 valenselektroner.
Aluminium
Hvor mange valenselektroner har Al, og hvilket enkelt ion dannes ofte?
Løsning
Al har 3 valenselektroner og danner ofte Al³⁺ ved å miste disse tre elektronene.
Jern
Hvorfor er det utilstrekkelig å si at Fe bare har elektronene i 4s-skallet som valenselektroner?
Løsning
Fordi 3d- og 4s-nivåene ligger nær hverandre i energi, og begge kan delta i binding og ionedannelse.