Eines der grundlegenden Konzepte, das beim Studium von Chemie und Physik wichtig ist, ist das Elektron. Ein Elektron ist ein Elementarteilchen eines Atoms, das eine negative elektrische Ladung aufweist. Bei chemischen Reaktionen gehen Elektronen von einem Atom zum anderen über. Aber wie kann man bestimmen, wie viele Elektronen jedes Atom abgibt oder aufnimmt?
Die Antwort auf diese Frage wird helfen, das Konzept der «Valenz» zu finden. Eine Valenz ist eine Zahl, die angibt, wie viele Elektronen ein Atom bei der Bildung einer chemischen Bindung abgeben oder annehmen kann. Um die Wertigkeit eines Atoms zu bestimmen, ist es notwendig, seine elektronische Konfiguration zu kennen.
Eine elektronische Konfiguration ist die Verteilung von Elektronen über die Energieniveaus eines Atoms. Die Energieniveaus eines Atoms werden durch Schalen und Unterebenen dargestellt. Die Hüllen sind mit den Buchstaben K, L, M usw. gekennzeichnet. und die Unterebenen sind Zahlen und Buchstaben, z. B. 1s, 2p, 3d. Die Anzahl der Unterebenen in der Schale ist gleich dem Quadrat der Schalennummer.
Woher weiß ich, wie viele Elektronen eine Substanz abgibt oder aufnimmt?
Die Anzahl der Elektronen, die eine Substanz abgibt oder aufnimmt, kann basierend auf ihrer elektronischen Struktur und Valenz bestimmt werden. Die Wertigkeit gibt die Anzahl der Elektronen an, die die Atome einer Materie bei einer Reaktion abgeben oder aufnehmen können.
Um jedoch die Anzahl der Elektronen genau zu bestimmen, ist es notwendig, die chemische Zusammensetzung der Substanz zu kennen. Dies kann durch Analyse seiner chemischen Formel erfolgen. Die chemische Formel zeigt an, aus welchen Elementen eine Substanz besteht und in welchen Proportionen.
- Wenn eine Substanz eine ionische Bindung aufweist, kann die Anzahl der Elektronen durch die Ladung des Ions bestimmt werden. Die Ionenverbindung umfasst Kationen und Anionen, von denen jede eine bestimmte Anzahl von Elektronen abgibt oder aufnimmt. Zum Beispiel gibt ein Wasserstoff-Ion (H+) 1 Elektron ab, während ein Hydroxid-Ion (OH-) 1 Elektron aufnimmt.
- Wenn eine Substanz eine kovalente Bindung aufweist, wird die Anzahl der Elektronen von den Atomen der an der Bindung beteiligten Elemente abgegeben oder angenommen. Die Anzahl der Elektronen wird auf der Grundlage einer Oktettregel bestimmt, nach der Atome versuchen, ihre äußere Elektronenschale zu füllen. Zum Beispiel nimmt ein Sauerstoffatom in einem Wassermolekül (H2O) 2 Elektronen von Wasserstoffatomen auf.
Es sollte beachtet werden, dass die Anzahl der Elektronen, die eine Substanz abgibt oder aufnimmt, je nach den Reaktionsbedingungen und der Umgebung unterschiedlich sein kann. Es ist auch möglich, dass eine Substanz überhaupt keine Elektronen abgibt oder aufnimmt, beispielsweise bei inerten Gasen wie Argon (Ar).
Definition von elektronischen Bauwerken
Bestimmen Sie anhand seiner elektronischen Konfiguration, wie viele Elektronen ein Atom bei der Bildung von Bindungen oder Ionen abgibt oder empfängt. Die elektronische Struktur eines Atoms wird durch die Anordnung seiner Elektronen auf Energieniveaus bestimmt, die mit Hilfe von Quantenzahlen beschrieben werden.
Die erste Quanten-Nummer, die bezeichnet wird n zeigt das Energieniveau an, auf dem sich die Elektronen des Atoms befinden. Mit jeder nächsten Ebene ist der Wert n erhöht sich: 1, 2, 3, und so weiter.
Die zweite Quantennummer, bezeichnet l, stellt den Orbital dar, auf dem sich das Elektron befindet. Bedeutung l kann von 0 bis n-1. Jedes Orbital hat seine eigene Form, die vom Wert abhängt l. Zum Beispiel, wenn l = 0 wir erhalten die Form des s-Orbitals, wenn l = 1 - p-Orbitale und so weiter.
Die dritte Quantennummer, bezeichnet ml bestimmt das magnetische Moment des Elektrons. Bedeutung ml kann von sein -l bis +l. Es zeigt die unterschiedlichen Orientierungen der Orbitale im Raum an und hilft bei der Bestimmung, wie viele Orbitale jedes Typs in die elektronische Konfiguration eines Atoms einbezogen werden.
In der vierten Quantenzahl bezeichnet ms, der Spin des Elektrons wird angegeben - seine Richtung im Magnetfeld. Bedeutung ms kann gleich sein +1/2 oder -1/2.
Wenn man die Anzahl der Elektronen auf jeder Energieniveau kennt, kann man bestimmen, wie viele Elektronen ein Atom während chemischer Reaktionen oder Ionenbildung abgibt oder aufnimmt.
Methoden zur Bestimmung der Wertigkeit von Elementen
Es gibt verschiedene Methoden zur Bestimmung der Wertigkeit von Elementen:
- Ladung von Elementoxid: Wenn die Ladung der Ionen eines Elements im Oxid bekannt ist, ist seine Valenz gleich dem absoluten Wert der Ladung.
- Gruppennummer im Periodensystem: Die Wertigkeit eines Elements kann der Nummer seiner Gruppe im Periodensystem der Elemente entsprechen, mit Ausnahme von Übergangsmetallen.
- Oxidationsstufe: Der Oxidationsgrad des Elements in der Verbindung kann auf seine Wertigkeit hinweisen. Der Grad der Oxidation entspricht der Differenz zwischen der Anzahl der Elektronen, die ein Element abgibt oder empfängt, und seiner normalen Anzahl von Elektronen.
- Analyse chemischer Verbindungen: Einige chemische Verbindungen haben eine bekannte Wertigkeit der Elemente in ihnen. Dies kann verwendet werden, um die Wertigkeit von Elementen in anderen chemischen Verbindungen zu bestimmen.
Die Bestimmung der Wertigkeit von Elementen ist ein wichtiger Schritt bei der Untersuchung und Analyse chemischer Reaktionen. Die korrekte Definition der Wertigkeit ermöglicht die Vorhersage möglicher Verbindungen und chemischer Bindungen sowie die Durchführung von Berechnungen und Prognosen in den Bereichen Chemie und Materialwissenschaften.
Verschiedene Modelle von Atombau
Es gibt mehrere Modelle, die den Bau eines Atoms und seine Struktur beschreiben. Jedes Modell ist eine vereinfachte Darstellung eines Atoms und hilft uns, sein Verhalten besser zu verstehen.
1. Daliton-Modell:
Dieses Modell stellt ein Atom als kontinuierliches Ganzes dar, das aus zwei Hauptteilen besteht: einem Kern und einer Elektronenschale. Der Kern enthält Protonen und Neutronen, während die Elektronenschale Elektronen enthält.
2. Thomson-Modell:
Das Thomson-Modell stellt ein Atom als einen positiv geladenen Kern dar, um den sich Elektronen bewegen, wie Planeten um die Sonne herum. Dieses Modell half zu verstehen, dass ein Atom aus negativ geladenen Elektronen und einem positiv geladenen Kern besteht.
3. Rutherford-Modell:
Das Rutherford-Modell bietet eine Darstellung eines Atoms, bei dem sich Elektronen in bestimmten Umlaufbahnen um einen Kern bewegen. Darüber hinaus zeigte dieses Modell, dass der Kern den größten Teil der Masse des Atoms und praktisch seine gesamte positive Ladung enthält.
Das Bor-Modell entwickelt die Ideen des Rutherford-Modells und legt nahe, dass Elektronen sich in bestimmten Umlaufbahnen befinden, die als Energieniveaus bezeichnet werden. Beim Übergang von einem höheren zu einem niedrigeren Niveau emittieren Elektronen Energie in Form von Licht.
Diese Modelle halfen den Wissenschaftlern, das Atom und seine Struktur besser zu verstehen. Mit diesen Modellen können wir bestimmen, wie viele Elektronen ein Atom bei der Interaktion mit anderen Atomen abgibt oder aufnimmt.
Valenz, Privalenz und Kovalenz
Die Wertigkeit in der Chemie beschreibt die Fähigkeit eines Atoms, an einer chemischen Reaktion teilzunehmen, dh Elektronen anzunehmen oder abzugeben. Die Wertigkeit eines Atoms wird durch die Anzahl der äußeren Elektronen bestimmt, die sich in seiner Valenzhülle befinden. Die Anzahl der Valenzelektronen entspricht der Nummer der Gruppe, in der sich das Element in der Periodentabelle befindet. Zum Beispiel hat ein Sauerstoffatom eine Wertigkeit von 2, da es sich in der Gruppe 16 befindet. Atome mit einer vollen Valenzhülle (8 Elektronen) haben eine Valenz von 0.
Die Privalenz ist ein Wert, der die Anzahl der Elektronen angibt, die ein Atom bei der Bildung einer Verbindung aufnehmen oder abgeben kann, um eine vollständige Valenzhülle zu erreichen. Die Privalenz kann positiv sein, wenn das Atom Elektronen abgibt, oder negativ, wenn das Atom Elektronen empfängt. Zum Beispiel hat Sauerstoff eine Privalenz von -2, da er Ionen bildet, indem er 2 Elektronen nimmt.
Kovalenz beschreibt die Fähigkeit eines Atoms, chemische Bindungen mit einem anderen Atom durch den Austausch von Elektronen zu bilden. Eine kovalente Bindung entsteht, wenn Atome ein Elektronenpaar teilen. Atome, die eine kovalente Bindung bilden, trennen die Elektronen der Valenzhülle so, dass beide Atome eine vollständige Valenzhülle haben. Die Kovalenz kann ein-, Zwei-, Drei- usw. sein, abhängig von der Anzahl der gemeinsamen Elektronenpaare. Zum Beispiel in einem Wassermolekül (H2O) Jedes Wasserstoffatom bildet einen elektronischen Dampf mit einem Sauerstoffatom, wodurch beide Atome volle Valenzhüllen haben können.
| Atom | Valenz | Privalenz | Kovalenz |
|---|---|---|---|
| Hydrogen (H) | 1 | +1 | 1 |
| Sauerstoff (O) | 2 | -2 | 2 |
| Kohlenstoff (C) | 4 | -4 | 4 |
Elektronegativität und positive Ionenpositionen
Die Elektronegativität eines chemischen Elements bestimmt seine Fähigkeit, Elektronen bei der Bildung chemischer Bindungen anzuziehen. Die Elektronegativität wird normalerweise auf der Pauling-Skala oder auf der Mallincout-Berglund-Skala gemessen.
Wenn Atome eine chemische Bindung bilden, können sie Elektronen abgeben oder empfangen. Atome mit großer Elektronegativität, die die Fähigkeit haben, Elektronen anzuziehen, neigen dazu, Elektronen aufzunehmen und negativ geladene Anionen zu bilden.
Während Atome, die eine geringere Elektronegativität und eine geringere Neigung haben, Elektronen anzuziehen, neigen sie dazu, Elektronen abzugeben und positiv geladene Kationionen zu bilden.
Somit können positive Ionenpositionen durch die Rückgabe von Elektronen durch ein Atom mit geringerer Elektronegativität an ein anderes Atom mit größerer Elektronegativität bestimmt werden. Diese Wechselwirkung führt zur Bildung einer Ionenbindung, bei der ein Atom ein oder mehrere Elektronen abgibt und ein anderes Atom diese Elektronen empfängt.
Die Rolle der Leitfähigkeit bei der Definition von elektronischen Übertragungen
Die Leitfähigkeiten der beiden Arten von Materialien - Metalle und Nichtmetalle - sind sehr unterschiedlich. Metalle haben eine hohe Leitfähigkeit, da ihre Atome leicht Elektronen abgeben können, wodurch ein elektronisches "Meer" entsteht. Dies ist auf freie Elektronen in der Valenzhülle des Metalls zurückzuführen, die sich frei innerhalb des Materials bewegen können.
Nichtmetalle haben dagegen eine schlechte Leitfähigkeit, da ihre Atome ihre Elektronen fester halten. In Nichtmetallen bleiben die Elektronen zwischen den Atomen gebunden und können sich nicht frei bewegen. Daher werden Nichtmetalle im Allgemeinen als nicht leitende Substanzen angesehen.
Die Bestimmung, wie viele Elektronen eine Substanz abgibt oder aufnimmt, hängt eng mit ihrer Leitfähigkeit zusammen. Metalle mit hoher Leitfähigkeit geben Elektronen ab, während Nichtmetalle mit niedriger Leitfähigkeit Elektronen aufnehmen.
Die Untersuchung der Leitfähigkeit von Materialien und die Bestimmung von elektronischen Übertragungen spielen eine Schlüsselrolle in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technologie, wie Elektronik, Superleitung und Katalysatoren. Das Verständnis dieser Prozesse ermöglicht es, vorhandene Materialien zu verbessern und neue mit verbesserten Eigenschaften zu entwickeln.
Gesetz zur Erhaltung der elektrischen Ladung
Dies bedeutet, dass die elektrische Ladung weder erzeugt noch zerstört wird, sondern nur zwischen Objekten im System neu verteilt wird. Alle Prozesse zum Laden oder Entladen elektrischer Körper basieren auf der Bewegung von Elektronen.
Bei chemischen Reaktionen oder beim Leiten eines elektrischen Stroms durch eine Substanz können Atome Elektronen empfangen oder abgeben. Die Atome, die ein Elektron erhalten, bilden negativ geladene Teilchen (Ionen mit negativer Ladung), und die Atome, die das Elektron abgeben, bilden positiv geladene Teilchen (Ionen mit positiver Ladung).
Sie können bestimmen, wie viele Elektronen eine Substanz abgibt oder aufnimmt, indem Sie ihre chemische Formel und die Ladung der durch die Reaktion erzeugten Ionen kennen. Die Berechnungen werden mit dem Gesetz zur Erhaltung der elektrischen Ladung durchgeführt, das sicherstellt, dass die Summe der Ladungen Null sein muss.
Zum Beispiel gibt jedes Natriumatom in der Reaktion auf die Bildung von Natriumionen (Na+) und Chlorionen (Cl-) aus Natriumchlorid (NaCl) ein Elektron ab und wird zu einem Ion mit positiver Na+ -Ladung, während jedes Chloratom ein Elektron aufnimmt und zu einem Ion mit negativer Cl- Ladung wird. Als Ergebnis sollte die Summe der elektrischen Ladungen aller Ionen im Molekül gleich Null sein.
Vergleich von Atomen und Molekülen bei der Bestimmung elektronischer Positionen
Die Bestimmung der Anzahl der Elektronen, die ein Atom oder Molekül abgibt oder empfängt, basiert auf ihrer elektronischen Konfiguration. Atome und Moleküle versuchen, eine elektronische Konfiguration zu erreichen, die gasförmigen inerten Gasen ähnlich ist, um ein vollständig gefülltes Energieniveau zu haben und Stabilität zu erreichen.
Sie können die Periodentabelle verwenden, um elektronische Positionen zu bestimmen. Die Spalten in der Periodentabelle werden als Gruppen und die Zeilen als Perioden bezeichnet. Gruppen bezeichnen die Anzahl der äußeren Elektronen, die ein Atom bei der Bildung einer chemischen Bindung abgibt oder aufnimmt. Atome in einer Gruppe haben die gleiche Anzahl externer Elektronen und ähnliche Eigenschaften.
Zum Beispiel haben Atome aus der ersten Gruppe (einer Gruppe von Alkalimetallen) ein externes Elektron, das sie zu verschenken bereit sind. Atome aus der achten Gruppe (eine Gruppe von inerten Gasen) haben vollständig gefüllte Energieniveaus und geben daher keine Elektronen ab oder nehmen sie an.
Moleküle haben eine komplexere elektronische Konfiguration, da sie aus mehreren Atomen bestehen, die Bindungen zueinander bilden. Die Anzahl der Elektronen, die jedes Atom in die gesamte elektronische Konfiguration des Moleküls einbringt, basiert auf ihrer elektronischen Konfiguration, bevor eine Bindung entsteht. Atome, die mehr externe Elektronen haben als andere Atome in einem Molekül, nehmen normalerweise Elektronen an, um eine stabile elektronische Konfiguration zu erreichen.
Im Allgemeinen variiert die Bestimmung der Anzahl der Elektronen, die von Atomen und Molekülen abgegeben oder empfangen werden, je nach ihrer elektronischen Konfiguration und dem Wunsch, Stabilität zu erreichen. Es basiert auf einer Gruppe von Atomen oder Molekülen sowie auf der Anzahl ihrer äußeren Elektronen.
Praktische Verwendung des Wissens über elektronische Vorschriften
Das Studium der elektronischen Positionen von Atomen ermöglicht es, rational vorherzusagen, welche Elemente chemische Bindungen bilden können und welche Art von Bindung gebildet wird. Wenn wir zum Beispiel wissen, dass Metallatome dazu neigen, Elektronen abzugeben und Nichtmetallatome dazu neigen, Elektronen aufzunehmen, können wir vorhersagen, welche Ionen bei der Bildung von Ionenverbindungen gebildet werden.
Die Definition elektronischer Positionen ermöglicht auch ein Verständnis dafür, wie Elektronenaustauschreaktionen wie Redoxreaktionen auftreten. Zu wissen, wie viele Elektronen ein Atom in einer Reaktion abgibt oder aufnimmt, hilft zu verstehen, wie sich sein oxidativer Zustand verändert - die Anzahl der Elektronen, die es empfängt oder verliert. Dies ermöglicht es, das Oxidationsmittel und das Reduktionsmittel in der Reaktion zu bestimmen und die energetischen Veränderungen zu untersuchen, die die Reaktion begleiten.
Die praktische Anwendung des Wissens über elektronische Vorschriften hilft nicht nur bei der wissenschaftlichen Forschung, sondern hat auch praktische Anwendungen in Bereichen wie der Herstellung chemischer Verbindungen, der Pharmaindustrie, der Materialwissenschaft und der Ökologie. Dies ermöglicht die Verbesserung der Syntheseprozesse, die Entwicklung neuer Materialien mit den richtigen Eigenschaften und die Untersuchung der Umwelt in Bezug auf chemische Aktivität und Wechselwirkungen von Stoffen.
