Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:10:57

Видео транскрипция

След като вече знаем малко за електронните конфигурации, искам да поговорим и за валентните електрони. Това са електроните, свързани с един атом, които е най-вероятно да реагират с други атоми или да образуват връзки, или да бъдат отнети, или да са споделени по някакъв начин с други атоми. Вече казахме няколко думи за това, когато говорихме за тенденциите в периодичната система, но сега ще говорим малко по-научно и ще използваме нещо, наречно "Люисови формули", или "електронни формули", за да го изобразим. Това са електроните с най-висока енергия, които се намират в най-външния електронен слой. Вече може би се чудиш: не са ли най-отдалечените от ядрото електрони и тези с най-голяма енергия? Това твърдение е вярно, ако говорим за s-блока, елементите, които имат само s-електронен слой – ето тези в периодичната система, или ако говорим за p-блока, елементите, които се намират ето тук в периодичната система. Това обаче не е задължително вярно за преходните метали или за елементите, които са извън основните групи. Затова не казвам със сигурност, а че обикновено са електроните с най-висока енергия и най-отдалечени от ядрото. Нека да обмислим това за момент и да се опитаме да изобразим Люисовите формули... Нека започнем с най-простия елемент. Да започнем с водорода. Водородът има един електрон. Електронната му конфигурация е 1s1, което значи, че този електрон е единственият му валентен електрон. Водородът ще използва този електрон, когато влиза в реакции. Електронът ще бъде "издърпан" от водорода и водородният атом ще стане просто положителен водороден йон (катион). Или пък ще го сподели с друг атом, електронът може да бъде споделен с друг атом, а този атом може също да сподели електрон с водородния атом и тогава водородът може да се "преструва", че има стабилна конфигурация като тази на хелия. Този електрон е неговият единствен валентен електрон. Можем да го изобразим просто като точка около водорода. Така, кои са другите елементи от първа група? Да вземем например натрия. Каква е електронната конфигурация на натрия? Ако карам накратко, мога да кажа, че основната му електронна конфигурация е същата като на неона. Същата като на неона. Неонът има следната електронна конфигурация – 1s2 2s2 2p6 – ето това значи изписването на химичния символ за неон в квадратни скоби, а след това, за да получим натрий, трябва да започнем трети електронен слой – 3s1. Така, колко валентни електрона има натрият? Това са електроните с най-висока енергия и най-далеч от ядрото, или електроните, които са в най-нестабилната атомна орбитала. Това е орбитала, която не е стабилизирана. Не е достигнала пълния си капацитет и може да се разпадне. В този случай имаме само един електрон, ето тук – в слоя 3s има само един електрон. Затова натрият също може да бъде изобразен така. Той също има един валентен електрон, това е електронът, който може да му бъде отнет или да стане част от ковалентна връзка по някакъв начин. Сега, нека да опитаме с повече валентни електрони от тези на водорода и натрия. Най-важното, което трябва да разбереш, е, както видяхме с водорода и натрия, че всички елементи в първа група от периодичната система ще имат по един валентен електрон. Те имат само един електрон, който или губят и се превръщат в йони, или използват, за да формират ковалентна връзка. Нека да разгледаме хелия, а той е много интересен, защото е част от т.нар. "благородни газове", които имат осем валентни електрона, а това ги прави много стабилни. Хелият обаче има само два валентни електрона. Причината да е в тази група е, че хелият също е много стабилен газ, защото за първи електронен слой трябват само два електрона, за да се запълни. Хелият има два валентни електрона, затова електронната му конфигурация е 1s2. Това е и причината да е в една група с благородните газове – защото е много стабилен и инертен, точно като тях. Затова използваме хелий, за да пълним балони, вместо да ги пълним с водород. Балоните няма да се взривят като Хинденбург... Сигурно ще си кажеш, че щом като има два валентни електрона, би трябвало да бъде във втора група, защото нали там са елементите, които имат по два валентни електрона. Това би било много добър аргумент, както вече видяхме. Човек може да има много добри аргументи, за да сложи хелия във втора група по тази причина. Всички елементи във втора група също имат по два валентни електрона. Сега, нека да прескочим към един от най-интересните и разнообразни елементи в периодичната система, елементът, който е в основата на живота – въглеродът. Съветвам те да спреш това видео на пауза и въз основа на онова, за което вече говорихме, помисли колко валентни електрона има въглеродът и каква би била Люисовата му формула? Електронната конфигурация на въглерода ще бъде същата като на хелия, но ще имаме и 2s2 слой и след това 2p2 слой. Колко електрона има в най-външния си слой, онзи, който още не е завършен? Тези четири, две плюс две. Можем да ги изобразим като един, два, три, четири валентни електрона. Защо това е толкова интересно? Сега можем да се замислим, особено ако гледаме валентните електрони на въглерода и виждаме Люисовата формула на водорода, можем да предположим какви молекули ще се образуват, ако въглеродът се свърже с водорода. Например въглеродът би искал да се преструва, че има осем електрона, за да бъде стабилен като благородния газ неон, а водородът би искал да се чувства все едно има два електрона в последния си електронен слой, за да бъде стабилен като хелия. Ако това са въглеродни атоми, а това водородни атоми... Ще нарисувам въглерода в оранжево. Всъщност нека направим така. Водород, водород, водород... Нека направя това, което щях да направя в началото. Представи си нещо такова – въглеродът може да се свърже по този начин, ако се опираме на онова, което вече знаем за валентните електрони и Люисовите формули. Мога да предскажа, че ще се образува молекула като тази, при която въглероден атом споделя всичките си четири валентни електрона с четири различни водородни атома и в замяна споделя по един електрон с всеки от тези четири водородни атома, за да може въглеродният атом да има осем валентни електрона. Всеки от водородните атоми, от своя страна, се чувства все едно има два валентни електрона. Ако направим това, може да си кажеш: Добре, трябва да има такава молекула някъде в природата, която да е толкова стабилна. И ще имаш пълно право. Това е метанът и той се изобразява така с Люисова формула. Аз направих това ето тук, просто по малко по-нетипичен начин. Всяка от тези електронни двойки ще бъде представена като ковалентна връзка. Това ще бъде представено като ковалентна връзка. Това също ще бъде представено като ковалентна връзка. И това също ще бъде представено като ковалентна връзка. Всяка от тези връзки представлява споделянето на два електрона – ето тези два електрона. Така че въглеродът да се чувства все едно има два, четири, шест, осем електрона, въпреки че ги споделя с водородните атоми. Всеки от водородните атоми ще се чувства все едно има по два електрона в последния си електронен слой, което го прави по-стабилен. Всеки един от елементите в групата на въглерода ще има по четири валентни електрона. Например калаят. Калаеният атом ще има 50 електрона, но валентните електрони, онези, които влизат в реакция, ще са четири във външния му електронен слой. Един, два, три, четири. Затова можеш да предположиш, че калаят няма да формира много по-различни връзки или, иначе казано, ще реагира по подобен начин на въглерода или, примерно, силицият ще реагира подобно на, да речем, въглерода. Смята се, че дори има форми на живот на други планети, чиито молекули не се образуват на базата на въглерода, а на силиция, защото силицият може да образува подобни връзки, и съответно да създава структури, подобни на въглеродните, защото има същия брой валентни електрони. Вече споменах, че преходните метали се намират ето тук в периодичната система, елементите от d-блока. Всъщност дори елементите от f-блока ще са тук, а те са доста специален случай. Те реагират по малко по-различен начин, защото, както вече знаем, когато си вече в четвърти период от периодичната система... Да кажем, че искаме да напишем електронната конфигурация на... да кажем, на желязото. За да направим електронната конфигурация на желязото, ще започнем с конфигурацията на аргона и след това ще напишем 4s2 – за четвъртия електронен слой. Сега сме в d-блока и няма да запълним четвъртия електронен подслой. Ще се върнем малко назад и ще запълним третия електронен слой. Едно, две, три, четири, пет, шест. 3d6 Ето тук нещата стават малко неясни. Все пак кои са електроните с най-висок енергиен заряд? Ами, тези от d-блока ето тук. Кои електрони са най-далече от ядрото? Тези в четвъртия подслой, 4s2. Затова реактивността на желязото малко или много зависи от тази странна електронна конфигурация. Затова е и трудно предсказуема. Желязото може да отдаде един електрон, два електрона или три електрона, затова би трябвало да има някакво комбиниране между електроните с най-висок енергиен заряд: тези, които се намират най-далеч от ядрото (в 4s-слоя) и тези с най-висок заряд (в 3d-слоя). Всички преходни елементи приличат на желязото, защото при тях е трудно да се познае какъв ще бъде броят на валентните електрони. Някои твърдят, дори го пише в някои учебници, че: Всички преходни метали имат по два валентни електрона, защото всички имат четвърти слой - 4s2, но после започват да попълват третия електронен слой. Тези хора биха казали: Добре, всички тези имат по два валентни електрона и това важи за всички преходни метали. Само че това не важи за всички, защото има особени случаи като медта или хрома, които имат само един електрон в четвъртия слой (4s1) и след това започват да попълват d-орбиталата в третия слой, в зависимост от обстоятелствата. Понякога нещата се случват по друг начин, но дори и при другите преходни елементи, както и при желязото, не винаги само тези два електрона са единствените, които са реактивоспособни. Може няколко електрона от d-орбиталата, три от електроните в d-орбиталата, които имат висок енергиен заряд също да вземат участие в реакцията. Те могат да бъдат отнети или да образуват връзка.
Съдържанието по Биология достига до теб с подкрепата на
Фондация АмгенФондация Амген