التوزيع الإلكتروني للعناصر للتحقق من مكانها في الجدول الدوري - الجلسة 1

تكوين الكاتيون والأنيون. ما هي الكاتيونات والأنيونات؟. كلا هذين الشيئين في الواقع أيونات. الأيون هو جسيم يحتوي على عدد غير متساوٍ من الإلكترونات والبروتونات. كلما كان لديك ذلك، سيكون لديك جسيم يحمل شحنة تسمى أيون. إذا كان عدد البروتونات أكثر من عدد الإلكترونات، تكون الشحنة موجبة. إذا كان عدد الإلكترونات أكبر من عدد البروتونات، تكون الشحنة سالبة.

الكاتيونات هي أيونات ذات شحنة موجبة وتحتوي على بروتونات أكثر من الإلكترونات. الأنيونات هي أيونات ذات شحنة سالبة وتحتوي على إلكترونات أكثر من البروتونات. كيف تعتقد أن الكاتيونات والأنيونات تتكون؟. تشكل المعادن عادة كاتيونات، في حين تشكل اللافلزات أنيونات.

دعونا نرى مثال الصوديوم من الجانب الأيسر من الجدول الدوري. إنه في المجموعة أ. يحتوي على إلكترون تكافؤ واحد. أولاً دعونا نعرف إلكترونات التكافؤ. إلكترون التكافؤ هو إلكترون في الغلاف الخارجي. عندما يفقد الصوديوم ذلك الإلكترون التكافؤي فإنه يصبح كاتيون. لذا فإن عدد الإلكترونات الموجودة فيه أكبر من عدد بروتوناته. لذلك فإنه يحمل شحنة موجبة. دعونا نرى مثالا آخر للفلور للأنيون. يحتوي على سبعة إلكترونات تكافؤ. إنها تحتاج إلى إلكترون آخر لإكمال ثمانيتها. بفضل قدرته على جذب الإلكترونات، فإنه يتحول إلى أيون فلوريد ذو شحنة سالبة.

تسمى الإلكترونات الموجودة في غلاف التكافؤ بإلكترونات التكافؤ. في فترة معينة من الجدول الدوري، تزداد أعداد الإلكترونات التكافؤية عندما نتحرك من الجانب الأيسر إلى الجانب الأيمن. في المجموعة، يبقى عدد الإلكترونات التكافؤية ثابتًا من الأعلى إلى الأسفل. طاقة التأين هي الطاقة اللازمة لإزالة إلكترون من غلاف التكافؤ للذرة. في مجموعة الجدول الدوري، تتناقص طاقة التأين من الأعلى إلى الأسفل. وهذا بسبب زيادة نصف القطر. وبالتالي تصبح الإلكترونات الموجودة في غلاف التكافؤ بعيدة عن النواة. وبالتالي يمكن إزالتها بسهولة.

في فترة معينة من الجدول الدوري، تزداد طاقة التأين من الجانب الأيسر إلى الجانب الأيمن. يرجع ذلك إلى زيادة عدد الإلكترونات التكافؤية وزيادة تأثير الحماية. لذلك يصبح من الصعب إزالة إلكترون من غلاف التكافؤ للذرة.

عناصر المجموعة 1 والمجموعة 2 والمجموعة 3 أو 13 تشكل كاتيونات. تشمل عناصر المجموعة الأولى الهيدروجين والليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والروبيديوم والسيزيوم والفرانسيوم. تشمل عناصر المجموعة الثانية البريليوم والمغنيسيوم والكالسيوم والسترونشيوم والباريوم والراديوم. تشمل عناصر المجموعة 3 البورون والألمنيوم والغاليوم والإنديوم والثاليوم والنيهونيوم. المجموعة 1 التي تحتوي على المعادن القلوية والمجموعة 2 التي تحتوي على المعادن القلوية الترابية، هي معادن لها إلكترونات من غلاف التكافؤ والتي من شأنها أن تنفصل عنها. ويؤدي هذا إلى نفس التوزيع الإلكتروني أو عدد الإلكترونات كما هو الحال في الغازات النبيلة السابقة في الجدول الدوري. تحتوي عناصر المجموعة 3 أو المجموعة 13 على 3 إلكترونات تكافؤ ومن المرجح أن تتخلص منها للوصول إلى التوزيع الإلكتروني للغاز النبيل. ولهذا السبب تشكل عناصر المجموعة 1 و2 و3 كاتيونات.

العناصر من المجموعة 5 أو 15، 6 أو 16 و 7 أو 17 تشكل الأنيونات. تشمل عناصر المجموعة 15 النيتروجين والفوسفور والزرنيخ والأنتيمون والبزموت والموسكوفيوم. تشمل عناصر المجموعة 16 الأكسجين والكبريت والسيلينيوم والتيلوريوم والبولونيوم والليفرموريوم. تشمل عناصر المجموعة 17 الفلور والكلور والبروم واليود والأستاتين والتينيسين. هذه العناصر المجموعة هي من اللافلزات وتضيف 3 أو 2 أو 1 إلكترون إلى غلافها الخارجي لإكمال التوزيع الإلكتروني ليكون مثل الغاز النبيل. تحتاج عناصر المجموعة 15 إلى 3 إلكترونات لإكمال غلاف التكافؤ، وعن طريق إضافة 3 إلكترونات تشكل أنيون ثلاثي سلبي.

تحتاج عناصر المجموعة 16 إلى إلكترونين في غلاف التكافؤ لإكمال غلاف التكافؤ. من خلال إكمال غلاف التكافؤ، فإنها تشكل ⁻²الأنيونات. تحتوي عناصر المجموعة 17 على 7 إلكترونات في غلاف التكافؤ وتحتاج إلى إلكترون واحد فقط لإكمال غلاف التكافؤ الخاص بها. من خلال إضافة إلكترون واحد، يتم إكمال الغلاف وتشكيل أنيون سلبي.

المجموعة 4 أو 14 عنصرًا. تحتوي عائلة الكربون على 4 إلكترونات في غلافها الخارجي. لذلك فإنهم يحتاجون بالضبط إلى 4 إلكترونات لإكمال ثمانيتهم. ولكن للحصول على 4 إلكترونات نحتاج إلى قدر كبير من الطاقة. إنها تشكل روابط تساهمية عن طريق مشاركة الإلكترونات مع بعضها البعض بدلاً من ذلك.

حالة الأكسدة. حالة الأكسدة هي عدد الإلكترونات التي يمكن لذرة معينة اكتسابها، أو التخلص منها، أو مشاركتها مع ذرة أخرى. يمكن تطبيقه على أي عنصر أو مركب. يتم تمثيلها بالأرقام العربية، مع الإشارة إلى الشحنة بالرمز السلبي أو الموجب. فهو يشير فقط إلى الشحنة الكهربائية للذرة في المركب. لا يشير إلى عدد الروابط التي يمكن أن تمتلكها الذرة. حالة الأكسدة للعنصر النقي تكون دائما صفر. على سبيل المثال إذا أخذنا Ca⁺²و O⁻²، الكالسيوم والأكسجين لهما حالة أكسدة +2 و -2 على التوالي.

حالة عنصرية. أي ذرة غير متحدة ولها شحنة محايدة وحالة أكسدة تساوي 0 تسمى الحالة العنصرية. العناصر النقية لها دائما حالة أكسدة صفرية. النحاس له الحالة العنصرية 0 كما هو الحال مع الحديد. الاستثناء هو أن H₂, O₂, N₂, Cl₂, Br₂, I₂و F₂توجد على شكل جزيئات ثنائية الذرة، في الحالة العنصرية التي لها حالة أكسدة 0.

حالة الأكسدة داخل المركب. جميع المعادن، في المركبات، لها حالة أكسدة موجبة. في مركب يحتوي على اللافلزات، يكون للهيدروجين حالة أكسدة +1. في مركب يحتوي على معادن يكون للهيدروجين حالة أكسدة -1. في المركب، يمكن أن تكون حالة الأكسدة لعنصرين أو ثلاثة عناصر. وفيما يلي بعض الأمثلة على ذلك.

أعلى حالة أكسدة للعناصر. حالة الأكسدة +8 في رباعي أكسيدات الروثينيوم والزينون والأوزميوم والإيريديوم والهاسيوم وبعض معقدات البلوتونيوم هي أمثلة على أعلى حالة أكسدة. أقل حالة أكسدة معروفة هي -4. ويظهر في بعض عناصر مجموعة الكربون. القدرة على الأكسدة والاختزال. الأكسدة هي فقدان للإلكترونات. كل تلك العناصر التي يمكنها أن تأخذ الإلكترونات من شيء آخر لتكوين أيوناتها، هي عوامل مؤكسدة. لذلك فإن القدرة على الأكسدة هي قدرة ذلك العنصر على أكسدة نوع آخر. وهذا يعني أن العناصر ذات القدرة على الأكسدة يتم اختزالها.

الاختزال هو اكتساب للإلكترونات. العناصر التي لديها القدرة على إعطاء الإلكترونات لنوع آخر تسمى عوامل الاختزال. لذلك فإن القدرة على الاختزال هي قدرة ذلك العنصر على اختزال نوع آخر. وهذا يعني أن العناصر ذات القدرة على الاختزال يتم أكسدةها.

عندما نتحرك من الجانب الأيسر إلى الجانب الأيمن في فترة معينة من الجدول الدوري، تزداد القدرة على الأكسدة. في العناصر الموجودة على الجانب الأيسر، تتمتع بقدرة اختزال قوية لأنها عوامل اختزال قوية. وبنفس الطريقة، في الفترة من الجانب الأيسر إلى الجانب الأيمن، تقل القدرة على الاختزال. في المجموعات، يتزايد السلوك أو خاصية الاختزال من الأعلى إلى الأسفل. في المجموعات، تقل القدرة على الأكسدة من الأعلى إلى الأسفل.