Co jsou valenční elektrony?

Fyziky a chemie učitelé ve školách je dobře známo, že je mnohem snazší vysvětlit jakékoliv téma by se uchylovat k analogií nebo použít přibližné příklady, vysvětlovat „prsty“. Přestože uvedené popisy nemusí plně odpovídat obecně přijatému modelu, takový přístup dává své výsledky. To je případ atomové fyziky.

Chemické vlastnosti látek jsou poměrně jednoduché vysvětlit, pokud používáme teorii atomové struktury navržené v roce 1911 anglickým fyzikem E. Rutherfordem. Navzdory skutečnosti, že jeho model je jen částečně pravdivý, je to docela dost pochopit procesy, které se odehrávají. Dnes budeme mluvit o tom, co jsou valenční elektrony a jaká je jejich vzájemná souvislost s vlastnostmi studovaného materiálu. Ale nejdříve si vzpomeňme na planetární model struktury atomu.

Rutherford zjistil, že atom není nedělitelnou částicí, jak se dříve myslelo, ale sestává z těžkého jádra ve středu a rotujících kolem něj elektronů. Elektrická náplň jádro je kladné (+), zatímco elektrony mají negativní (-). Osm let po zveřejnění jeho teorie struktura atomu, Rutherford byl schopen provést jedinečnou, v té době zkušenost - přeměnit dusík na kyslík. Experiment sestával z "bombardování" částic alfa atomy dusíku. Po srážce vznikl atom kyslíku a "extra" částice s kladným nábojem, následně nazývaným protonem.

Teorie získala úplnou formu: jádro zahrnuje protony, pomocí magnetických sil, udržující elektrony v oběžné dráze. Vzhledem k tomu, že atom je elektricky neutrální a jsou přitahovány proton a elektron, jejich celkové množství je stejné. V roce 1932 objevil fyzik J. Chadwick, že v jádru jsou kromě protonů i částice bez nábojových neutronů. Jsou zodpovědní za masu. V závislosti na energii elektronu může být v jiné vzdálenosti od jádra. Valenceovy elektrony jsou ty záporně nabité částice, které:

• jsou v maximální vzdálenosti od jádra, ve vnějších oběžných drahách;
• mohou interagovat se sousedními atomy.

Při interakci je třeba pochopit možnost opustit atomovou dráhu nebo změnit její trajektorii.

Valenceovy elektrony jsou určeny velmi jednoduše - podle Mendelejevovy tabulky. U základních prvků (s výjimkou podskupin, protože existují výjimky) platí podmínka: maximální počet valenčních elektronů odpovídá číslu skupiny, ve které se nachází studovaný prvek. Atom, který má velký teoretický počet takových částic, je neochotně dává jiným atomům, takže je to oxidační činidlo (vezme chybějící). Naopak, s malým počtem skupin, valenční elektrony jsou snadno uvolňovány prvkem a interagují. V tomto případě hovoříme o redukčním činidle nebo o atomu dárce.

Valenceové elektrony přímo závisí na stavu atomu. Takže, pokud jeden nebo jiný způsob, jak komunikovat dodatečnou energií zvenčí (aby se dostal do vzrušeného stavu), pak bude oběžná dráha valenčních částic větší.

Údaje o síle materiálů umožňují jejich aktivní využití, předpovídající výsledek. Například chemické zdroje elektrického proudu založené na elektrolytech používají takové prvky, které jsou schopné dodat a přijímat elektrony. Neutrální materiál by byl v tomto případě zbytečný. Je snadné si představit, že pokud jsou všechny vnější elektronový obal atomu vyplněn, poté prvek je chemicky neutrální a nereaguje s jinými atomy (nebo interakce síla je tak nepatrný, že lze zanedbat). Živým příkladem toho jsou inertní plyny.