Валентни електрони

Валентни електрони одређују велики део хемијског понашања атома. За елементе главних група бројање је једноставно, али у d- и f-блоку више подљуски може бити довољно близу по енергији да дефиниција „само електрони најспољашње љуске“ постане сувише уска.

Одређивање валентних електрона у главним групама

Елементи група 1 и 2 имају обично један и два валентна електрона. За групе 13–18 број је најчешће број групе минус десет. Група 17 зато има седам валентних електрона. Хелијум је изузетак: 1s² попуњава прву љуску са два електрона.

групавалентни електрони1122133144155166177188He: 1s² → 2 електрона
Код главних група број групе брзо даје валентни број. Хелијум пуни прву љуску са два електрона.

Истраживач група

Луисови симболи и везивање

Луисови симболи приказују валентне електроне тачкама око симбола елемента. Тачке су средство електронског књиговодства, а не путање електрона. Угљеник има четири, кисеоник шест, а хлор седам валентних електрона.

C: 4CO: 6OCl: 7Cl
Луисови симболи приказују валентне, не све електроне. Тачке су средство бројања, а не орбите електрона.

У Луисовој структури валентни електрони се распоређују у везе и слободне парове како би се пратили формални набоји и обрасци везивања. Правило октета је корисно за многе главногрупне молекуле, али има познате изузетке.

Јони, оксидациона стања и прелазни метали

Атоми главних група често губе или примају електроне ка затвореној љусци. Na типично губи 3s електрон и даје Na⁺, док Cl прима један електрон и даје Cl⁻.

Код прелазних метала ns и (n−1)d електрони могу оба учествовати у хемији. Зато је корисније говорити о доступним валентним орбиталама него бројати само електроне највећег главног квантног броја.

Хемијске последице валентне структуре

Валентни електрони, формални набој и Луисове структуре

Формални набој се добија поређењем валентних електрона слободног атома са бројем електрона који му се додељују у Луисовој структури. То је модел књиговодства, а не директна мера стварне густине набоја.

Унутрашњи електрони нису хемијски небитни у свим појавама

Језгарни електрони ретко директно граде уобичајене везе, али екранирају језгро и утичу на енергије орбитала, релативистичке ефекте и спектроскопију. Њихов утицај на хемију је зато индиректан али реалан.

Валенца код прелазних и унутрашњих прелазних елемената

Код прелазних метала d- и s-орбитале су близу по енергији; код лантанида и актинида могу учествовати и f-орбитале. То помаже да се објасни више могућих оксидационих стања и сложена координациона хемија.

Број валентних електрона предвиђа породице, не сва оксидациона стања

Валентни број главне групе добро објашњава многе периодичне трендове, али елемент не користи увек све валентне електроне и не мора имати само једно оксидационо стање.

Валентни електрони у спектроскопији

Најниже електронске побуде често укључују валентне орбитале јер су близу по енергији. Атомски спектри и фотоелектронска спектроскопија зато могу директно испитивати валентну структуру.

Задаци

Сумпор

Колико валентних електрона има неутрални атом сумпора у моделу главних група?

Решење

Сумпор је у групи 16 и има 6 валентних електрона.

Алуминијум

Колико валентних електрона има Al и који једноставан јон често гради?

Решење

Al има 3 валентна електрона и често даје Al³⁺ губитком та три електрона.

Гвожђе

Зашто није довољно рећи да Fe има само 4s електроне као валентне?

Решење

Зато што су 3d и 4s нивои близу по енергији и оба могу учествовати у везивању и настанку јона.