Валентные электроны и их роль в образовании химических связей
Узнайте, что такое валентные электроны, как они участвуют в образовании химических связей, что такое правило октета и почему элементы проявляют различные химические свойства.
Валентные электроны и их роль в образовании химических связей
Что такое валентные электроны?
В прошлой теме мы изучили электронные конфигурации атомов и выяснили, что электроны располагаются на энергетических уровнях и подуровнях. Однако не все электроны одинаково участвуют в химических реакциях.
Большинство химических свойств элемента определяется электронами внешнего энергетического уровня. Именно эти электроны участвуют в образовании химических связей между атомами.
Такие электроны называются валентными электронами.
Понимание роли валентных электронов позволяет объяснить:
- образование молекул;
- возникновение химических связей;
- химические свойства элементов;
- закономерности Периодической системы.
Определение валентных электронов
Валентные электроны — это электроны внешнего энергетического уровня атома, которые участвуют в образовании химических связей.
Именно они взаимодействуют с электронами других атомов при образовании веществ.
Примеры определения валентных электронов
Натрий
Электронная конфигурация натрия:
1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
На внешнем уровне находится один электрон.
Следовательно:
Натрий имеет 1 валентный электрон.
Хлор
Электронная конфигурация хлора:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵
На внешнем уровне находится:
2 + 5 = 7 электронов
Следовательно:
Хлор имеет 7 валентных электронов.
Валентные электроны и положение в группе
Для элементов главных подгрупп число валентных электронов обычно соответствует номеру группы.
Таблица 1. Связь между номером группы и количеством валентных электронов.
Именно поэтому элементы одной группы обладают сходными химическими свойствами.
Почему участвуют только валентные электроны?
Электроны внутренних уровней расположены близко к ядру и очень прочно удерживаются им.
Поэтому они практически не участвуют в химических реакциях.
Валентные электроны находятся дальше от ядра и удерживаются слабее. Именно поэтому они могут:
- отдаваться другим атомам;
- присоединяться от других атомов;
- образовывать общие электронные пары.
Устойчивость электронных оболочек
Атомы стремятся приобрести наиболее устойчивую электронную конфигурацию.
Наиболее устойчивыми являются полностью заполненные внешние энергетические уровни.
Примеры
He → 2 электрона на внешнем уровне
Ne → 8 электронов
Ar → 8 электронов
Поэтому благородные газы практически не вступают в химические реакции.
Полностью заполненный внешний уровень обеспечивает максимальную устойчивость атома.
Правило октета
Большинство атомов стремится иметь на внешнем уровне восемь электронов.
Это называется правилом октета.
Согласно правилу октета атомы в химических реакциях могут:
- отдавать электроны;
- принимать электроны;
- образовывать общие электронные пары.
Таким образом они достигают устойчивой электронной конфигурации благородного газа.
Как образуются химические связи?
При взаимодействии атомов именно валентные электроны участвуют в образовании химической связи.
Существует несколько способов достижения устойчивой конфигурации.
1. Отдача электронов
Металлы обычно имеют небольшое число валентных электронов.
Им легче отдать эти электроны, чем присоединить недостающие.
Пример
Na → Na⁺ + e⁻
У натрия был один валентный электрон.
После его отдачи электронная оболочка становится такой же, как у неона.
2. Присоединение электронов
Неметаллы обычно имеют от 5 до 7 валентных электронов.
Им легче присоединить недостающие электроны.
Пример
Cl + e⁻ → Cl⁻
Хлор получает восьмой электрон и приобретает устойчивую электронную конфигурацию.
3. Образование ионной связи
Если один атом отдаёт электрон, а другой принимает его, образуется ионная связь.
Пример образования хлорида натрия
Na → Na⁺ + e⁻
Cl + e⁻ → Cl⁻
Полученные ионы притягиваются:
Na⁺ + Cl⁻ → NaCl
В результате образуется ионное соединение — хлорид натрия.
4. Образование ковалентной связи
Многие неметаллы не отдают и не принимают электроны полностью.
Вместо этого они образуют общие электронные пары.
Так возникает ковалентная связь.
Пример
H· + ·H → H:H
или
H—H
Каждый атом водорода получает завершённый внешний уровень из двух электронов.
5. Одинарные, двойные и тройные связи
Количество общих электронных пар зависит от числа валентных электронов.
Одинарная связь
H₂
или
H—H
Одна общая электронная пара.
Двойная связь
O₂
или
O=O
Две общие электронные пары.
Тройная связь
N₂
или
N≡N
Три общие электронные пары.
Валентные электроны и химическая активность
Чем легче атом отдаёт или принимает валентные электроны, тем выше его химическая активность.
Щелочные металлы
- Li
- Na
- K
Имеют один валентный электрон.
Легко отдают его и поэтому являются очень активными металлами.
Галогены
- F
- Cl
- Br
- I
Имеют семь валентных электронов.
Легко присоединяют один электрон и поэтому являются очень активными неметаллами.
Практическое значение валентных электронов
Знание числа валентных электронов позволяет:
- определять валентность элементов;
- составлять формулы веществ;
- объяснять образование химических связей;
- прогнозировать химические свойства элементов;
- определять тип химической связи.
Главное запомнить
Валентные электроны
- находятся на внешнем энергетическом уровне;
- участвуют в химических реакциях;
- определяют химические свойства элемента.
Правило октета
Большинство атомов стремится иметь на внешнем уровне восемь электронов.
Способы достижения устойчивости
- отдача электронов;
- присоединение электронов;
- образование общих электронных пар.
Основные типы связи
- ионная связь;
- ковалентная связь.
Именно валентные электроны определяют способность атомов соединяться друг с другом и образовывать химические вещества.