In chimica, gli elettroni di valenza sono gli elettroni situati nel guscio elettronico più esterno di un elemento. Sapere come trovare il numero di elettroni di valenza in un dato atomo è un'abilità importante per i chimici perché questa informazione determina i tipi di legami chimici che possono essere formati. Fortunatamente, tutto ciò che serve per trovare gli elettroni di valenza è la tavola periodica regolare degli elementi.
Fare un passo
Parte 1 di 2: Trovare gli elettroni di valenza con la tavola periodica
Metalli non di transizione
Passaggio 1. Trova la tavola periodica degli elementi
Questa tabella è una tabella codificata a colori composta da molte scatole diverse contenenti tutti gli elementi chimici conosciuti dall'uomo. La tavola periodica fornisce molte informazioni sugli elementi: useremo alcune di queste informazioni per determinare il numero di elettroni di valenza nell'atomo che stiamo studiando. Di solito, puoi trovare queste informazioni sulla copertina di un libro di testo di chimica. Ci sono anche buoni tavoli interattivi disponibili online qui.
Passaggio 2. Etichetta ogni colonna nella tavola periodica degli elementi da 1 a 18
Di solito, nella tavola periodica, tutti gli elementi di una colonna verticale hanno lo stesso numero di elettroni di valenza. Se la tua tavola periodica non ha già un numero in ogni colonna, numeralo da 1 nella colonna più a sinistra a 18 nella colonna più a destra. In termini scientifici, queste colonne sono chiamate "gruppo" elemento.
Ad esempio, se usiamo la tavola periodica in cui i gruppi non sono numerati, scriveremo 1 sopra l'idrogeno (H), 2 sopra il berillio (Be) e così via fino a 18 sopra l'elio (He)
Passaggio 3. Trova il tuo elemento nella tabella
Ora, trova l'elemento per il quale vuoi conoscere gli elettroni di valenza sulla tabella. Puoi farlo utilizzando il simbolo chimico (la lettera in ogni casella), il numero atomico (il numero in alto a sinistra di ogni casella) o qualsiasi altra informazione disponibile nella tabella.
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A scopo dimostrativo, troviamo gli elettroni di valenza per un elemento molto usato: carbonio (C).
Questo elemento ha un numero atomico di 6. Questo elemento si trova sopra il gruppo 14. Nel passaggio successivo, cercheremo i suoi elettroni di valenza.
- In questa sottosezione, ignoreremo i metalli di transizione, che sono elementi in blocchi quadrati dei gruppi da 3 a 12. Questi elementi differiscono leggermente dagli altri, quindi i passaggi in questa sottosezione non si applicano a quell'elemento. Scopri come farlo nella sottosezione sottostante.
Passaggio 4. Utilizzare i numeri di gruppo per determinare il numero di elettroni di valenza
Il numero di gruppo di un metallo non di transizione può essere utilizzato per trovare il numero di elettroni di valenza nell'atomo dell'elemento. Luogo dell'unità del numero del gruppo è il numero di elettroni di valenza nell'atomo dell'elemento. In altre parole:
- Gruppo 1: 1 elettroni di valenza
- Gruppo 2: 2 elettroni di valenza
- Gruppo 13: 3 elettroni di valenza
- Gruppo 14: 4 elettroni di valenza
- Gruppo 15: 5 elettroni di valenza
- Gruppo: 6 elettroni di valenza
- Gruppo: 7 elettroni di valenza
- Gruppo: 8 elettroni di valenza (tranne l'elio, che ha 2 elettroni di valenza)
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Nel nostro esempio, poiché il carbonio è nel gruppo 14, possiamo dire che un atomo di carbonio ha quattro elettroni di valenza.
Metallo di transizione
Passaggio 1. Trova gli elementi dai gruppi da 3 a 12
Come notato sopra, gli elementi nei gruppi da 3 a 12 sono chiamati metalli di transizione e si comportano diversamente dagli altri elementi in termini di elettroni di valenza. In questa sezione spiegheremo la differenza, in una certa misura, spesso non è possibile assegnare elettroni di valenza a questi atomi.
- A scopo dimostrativo, prendiamo il tantalio (Ta), elemento 73. Nei prossimi passaggi, cercheremo i suoi elettroni di valenza (o, almeno, proveremo).
- Si noti che i metalli di transizione includono la serie dei lantanidi e degli attinidi (chiamati anche metalli delle terre rare) - due file di elementi solitamente situati nella parte inferiore del resto della tabella, a partire dal lantanio e dall'attinio. Tutti questi elementi includono gruppo 3 nella tavola periodica.
Passaggio 2. Comprendere che i metalli di transizione non hanno elettroni di valenza tradizionali
Capire che il motivo per cui i metalli di transizione non funzionano davvero come il resto della tavola periodica richiede una piccola spiegazione di come funzionano gli elettroni negli atomi. Vedi sotto per una rapida panoramica o salta questo passaggio per ottenere subito la risposta.
- Quando gli elettroni vengono aggiunti agli atomi, questi elettroni vengono ordinati in orbitali diversi, regioni essenzialmente diverse attorno all'atomo in cui sono assemblati gli atomi. Di solito, gli elettroni di valenza sono gli atomi nel guscio più esterno - in altre parole, gli ultimi atomi aggiunti.
- Per ragioni un po' complicate da spiegare qui, quando gli atomi vengono aggiunti al guscio d esterno di un metallo di transizione (ne parleremo più avanti), i primi atomi ad entrare nel guscio tendono ad agire come normali elettroni di valenza, ma dopo, elettroni non si comporta in questo modo e gli elettroni di altri strati orbitali a volte agiscono anche come elettroni di valenza. Ciò significa che un atomo può avere più elettroni di valenza a seconda di come viene manipolato.
- Per una spiegazione più dettagliata, dai un'occhiata alla pagina dei buoni elettroni di valenza del Clackamas Community College.
Passaggio 3. Determinare il numero di elettroni di valenza in base al loro numero di gruppo
Di nuovo, il numero di gruppo dell'elemento che stai guardando può dirti quanti elettroni di valenza ha. Per i metalli di transizione, tuttavia, non è possibile seguire uno schema: il numero di gruppo corrisponderà solitamente a un numero di possibili elettroni di valenza. I numeri sono:
- Gruppo 3: 3 elettroni di valenza
- Gruppo 4: da 2 a 4 elettroni di valenza
- Gruppo 5: da 2 a 5 elettroni di valenza
- Gruppo 6: da 2 a 6 elettroni di valenza
- Gruppo 7: da 2 a 7 elettroni di valenza
- Gruppo 8: 2 o 3 elettroni di valenza
- Gruppo 9: 2 o 3 elettroni di valenza
- Gruppo 10: 2 o 3 elettroni di valenza
- Gruppo 11: da 1 a 2 elettroni di valenza
- Gruppo 12: 2 elettroni di valenza
- Nel nostro esempio, poiché il tantalio è nel gruppo 5, possiamo dire che il tantalio ha tra due e cinque elettroni di valenza, dipende dalla situazione.
Parte 2 di 2: Trovare gli elettroni di valenza in base alla configurazione elettronica
Passaggio 1. Impara a leggere le configurazioni degli elettroni
Un altro modo per trovare gli elettroni di valenza di un elemento è con qualcosa chiamato configurazione elettronica. La configurazione elettronica può sembrare complicata, ma è solo un modo per rappresentare gli orbitali elettronici in un atomo con lettere e numeri, ed è facile se sai cosa stai facendo.
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Diamo un'occhiata a una configurazione di esempio per l'elemento sodio (Na):
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- 1s22s22p63s1
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Nota che questa configurazione elettronica sta semplicemente ripetendo uno schema come questo:
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- (numero) (lettera)(numero sopra)(numero) (lettera)(numero sopra)…
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- …eccetera. Modello (numero) (lettera) il primo è il nome dell'orbitale elettronico e (numero sopra) è il numero di elettroni in quell'orbitale - tutto qui!
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Quindi, per il nostro esempio, diciamo che il sodio ha 2 elettroni in 1s. orbitale aggiunto 2 elettroni in 2s. orbitale aggiunto 6 elettroni in orbitali 2p aggiunto 1 elettrone nell'orbitale 3s.
Il totale è di 11 elettroni: il sodio è l'elemento numero 11, quindi ha senso.
Passaggio 2. Trova la configurazione elettronica per l'elemento che stai studiando
Una volta che conosci la configurazione elettronica di un elemento, trovare il numero di elettroni di valenza è abbastanza facile (tranne, ovviamente, per i metalli di transizione). Se ti viene data la configurazione dal problema, puoi passare al passaggio successivo. Se devi cercare tu stesso, dai un'occhiata qui sotto:
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Ecco la configurazione elettronica completa per ununoctium (Uuo), elemento numero 118:
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- 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145 D106p67s25f146d107p6
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Ora che hai la configurazione, tutto ciò che devi fare per trovare la configurazione elettronica di un altro atomo è riempire questo schema da zero finché non esaurisci gli elettroni. Questo è più facile di quanto sembri. Ad esempio, se volessimo creare un diagramma orbitale per il cloro (Cl), elemento numero 17, che ha 17 elettroni, lo faremmo in questo modo:
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- 1s22s22p63s23p5
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- Nota che il numero di elettroni somma fino a 17: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17. Hai solo bisogno di cambiare la quantità nell'orbitale finale - il resto è lo stesso perché gli orbitali prima dell'ultimo orbitale sono pieni.
- Per altre configurazioni di elettroni, vedere anche questo articolo.
Passaggio 3. Aggiungi elettroni ai gusci orbitali con la regola dell'ottetto
Quando gli elettroni vengono aggiunti a un atomo, cadono in vari orbitali nell'ordine sopra elencato: i primi due elettroni vanno nell'orbitale 1s, i successivi due elettroni vanno nell'orbitale 2s, i successivi sei elettroni vanno nell'orbitale 2p e presto. Quando lavoriamo con atomi al di fuori dei metalli di transizione, diciamo che questi orbitali formano gusci orbitali attorno all'atomo, con ogni guscio successivo più lontano dal guscio precedente. Oltre al primo guscio, che può contenere solo due elettroni, ogni guscio può contenere otto elettroni (oltre, ancora, quando si lavora con metalli di transizione). Questo è chiamato Regola dell'ottetto.
- Ad esempio, supponiamo di guardare l'elemento Boro (B). Poiché il numero atomico è cinque, sappiamo che l'elemento ha cinque elettroni e la sua configurazione elettronica è simile a questa: 1s22s22p1. Poiché il primo guscio orbitale ha solo due elettroni, sappiamo che il boro ha solo due gusci: un guscio con due elettroni 1s e un guscio con tre elettroni dagli orbitali 2s e 2p.
- Come altro esempio, un elemento come il cloro avrebbe tre gusci orbitali: uno con elettroni 1s, uno con due elettroni 2s e sei elettroni 2p e uno con due elettroni 3s e cinque elettroni 3p.
Passaggio 4. Trova il numero di elettroni nel guscio esterno
Ora che conosci il guscio elettronico del tuo elemento, trovare gli elettroni di valenza è molto semplice: basta usare il numero di elettroni nel guscio esterno. Se il guscio più esterno è pieno (in altre parole, se il guscio più esterno ha otto elettroni, o per il primo guscio ne ha due), l'elemento diventa inerte e non reagirà facilmente con altri elementi. Tuttavia, ancora una volta, questa regola non si applica ai metalli di transizione.
Ad esempio, se usiamo il Boro, poiché ci sono tre elettroni nel secondo guscio, possiamo dire che il Boro ha tre elettroni di valenza.
Passaggio 5. Utilizzare le righe della tabella come metodo abbreviato per trovare i gusci orbitali
Le righe orizzontali della tavola periodica sono chiamate "periodo" elemento. A partire dalla parte superiore della tabella, ogni periodo corrisponde al numero di gusci elettronici che l'atomo ha in quel periodo. Puoi usarlo come un modo abbreviato per determinare quanti elettroni di valenza ha un elemento - basta iniziare dal lato sinistro del periodo quando si contano gli elettroni. Ancora una volta, devi ignorare i metalli di transizione per questo metodo.
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Ad esempio, sappiamo che l'elemento selenio ha quattro gusci orbitali perché è nel quarto periodo. Poiché è il sesto elemento da sinistra nel quarto periodo (ignorando i metalli di transizione), sappiamo che il suo quarto guscio esterno ha sei elettroni, e quindi il selenio ha sei elettroni di valenza.
Suggerimenti
- Si noti che la configurazione elettronica può essere scritta in modo conciso utilizzando i gas nobili (elementi del gruppo 18) per sostituire gli orbitali all'inizio della configurazione. Ad esempio, la configurazione elettronica del sodio può essere scritta come [Ne]3s1 - in realtà, la stessa del neon, ma con un elettrone in più nell'orbitale 3s.
- I metalli di transizione possono avere subshell di valenza che non sono completamente riempiti. La determinazione del numero esatto di elettroni di valenza nei metalli di transizione implica principi della teoria quantistica che non sono trattati in questo articolo.
- Si noti che la tavola periodica varia da paese a paese. Quindi controlla se stai usando la tavola periodica corretta per evitare confusione.
