Δήμητρα Σπανού συνταξιούχος χημικός καθηγήτρια Βθμιας Εκπαίδευσης
Στο κεφάλαιο αυτό θα ερμηνευτούν οι συνθήκες υπό τις οποίες τα χημική στοιχεία ενώνονται και δημιουργούν χημικές ενώσεις.
Ανασύρουμε πολλές χρήσιμες πληροφορίες από το κεφάλαιο Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΣΤΗΝ ΥΛΗ: Κεφ 1.Τι είναι τα ηλεκτρόνια των ατόμων, Ενέργεια ιοντισμού, ηλεκτροσυγγένεια, μεταβολή ενθαλπίας ΔΗ και ελεύθερης ενέργειας ΔG
Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΤΗΣ ΣΤΟΙΒΑΔΑΣ ΣΘΕΝΟΥΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ ΧΗΜΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ
Τα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στοιβάδας των ατόμων που λέγονται ηλεκτρόνια σθένους είναι αυτά που καθορίζουν την φυσική και χημική συμπεριφορά των ατόμων και που μπορούν να αλλάξουν θέση και δυναμικά με στόχο κυρίως την θερμοδυναμική σταθερότητα και γνώμονα την μεταβολή της ενθαλπίας των στοιχείων που συμμετέχουν στην διαδικασία.
Η συμπεριφορά του ατόμου ως προς την μετακλινηση ηλεκτρονίων της στοιβάδας σθένους του καθορίζεται από την ατομική ακτίνα του, την ενέργεια ιοντισμού των ηλεκτρονίων και την ηλεκτροσυγγένεια.
Εν συντομία θυμόμαστε τι σημαίνει το καθένα από αυτά:
Ατομική ακτίνα: ορίζεται σαν το μισό της απόστασης των πυρήνων δύο γειτονικών ατόμων . Την μετρούμε σε Αστρογκ Αο μ Χαρακτηριστικές ενέργειες ιοντισμού στον κάτω πίνακα από
Στοιχείο Ατομική ακτίνα 12Mg 2.15Å, 15P 1.97Å 20Ca 1.60Å 38Sr 1.10Å
Ενέργεια ιοντισμού καλείται το ελάχιστο ποσό ενέργειας που απαιτείται για να αποσπασθεί το ασθενέστερα συγκρατούμενο ηλεκτρόνιο ενός ελεύθερου ατόμου ή μορίου (σε αέρια φάση, θεμελιώδης κατάσταση) προς σχηματισμό κατιόντος (X + Ενέργεια ιοντισμού -> X+ + e-)
Δίνονται η πρώτη ενέργεια ιοντισμού των παρακάτω στοιχείων: Στοιχείο 3Li 5,39 eV, 11Na 5,14eV, 19K 4,34eV, 20Ca 6,1eV,
Ηλεκτροσυγγένεια στοιχείου είναι η μεταβολή της ενέργειας που παρατηρείται κατα την πρόσληψη ενός ηλεκτρονίου από άτομο (σε αέρια φάση, θεμελιώδης κατάσταση) σε kj/mol
Αυτοί οι τρεις παράγοντες καθορίζουν την μετακίνηση ηλεκτρονίων που μπορεί να είναι
α. Μετακίνηση ολοκληρωτική, όταν το ηλεκτρόνιο απομακρύνεται μόνιμα και ολοσχερώς από το άτομο και μεταφέρεται συνήθως σε άλλο άτομο. Στην περίπτωση αυτή δημιουργούντα ιόνται τα οποία συνδέονται με ηλεκτρικές δυνάμεις που είναι γνωστές σαν ιοντικός ή ετεροπολικός δεσμός
β.Μεταφέρεται μόνο ένα κλάσμα του φορτίου του ηλεκτρονίου και προκύπτει συντονισμός του δότη και του δέκτη. Αυτό προκαλεί σύνδεση του δότη και του δέκτη οι οποίοι διατηρούν την χημική τους ταυτότητα. Αυτή η σύνδεση είναι γνωστή σαν ομοιοπολικός δεσμός
Με την μονομερή προσφορά ή με το μοίρασμα ηλεκτρονίων μεταξύ ατόμων, τα άτομα προσπαθούν να αποκτήσουν μεγαλύτερη σταθερότητα ισορροπόντας τις ηλεκτρονιακές ροπές της εξωτερικής τους στοιβάδας. Την σταθερότητα αυτή έχουν από την κατασκευή τους τα ευγενή αέρια που έχουν συμπληρωμένη την εξωτερική τους στοιβάδα και εξισορροπισμένες τις ηλεκτρονιακέςτους ροπές.
Τα ευγενή αέρια πολύ δύσκολα αποβάλουν ηλεκτρόνια από την εξωτερική τους στοιβάδα εφόσον αυτό διαταρράσει την ηλεκτρική ισοροπία τους και έχουν την μεγαλύτερη ενέργεια ιοντισμού που ταυτίζεται εδώ με την μεταβολή της ενθαλπίας τους
Ne (g) - e-→ Ne+ (g) με ΔΗ = 2080 Kcal/mole,
Αντίθετα τα μέταλλα χρειάζονται πολύ μικρότερη ενέργεια (ιοντισμού που ταυτίζεται με την μεταβολή της ενθαλπίας τους) ώστε να αποβάλλουν τα λίγα ηλεκτρόνια της στοιβάδας σθένους (που τους φέρνουν ανισορροπία) και να μείνουν με τις συμπληρωμένες και ισόρροπες εσωτερικές τους στοιβάδες. Όταν η ενέργεια ιοντισμού είναι σχετικά μικρή και και τα άτομα εύκολα γίνονται θετικά ιόντα, λέμε ότι έχουν μεγάλη ηλεκτροθετικότητα
Na (g) - e-→ Na+ (g) με ΔΗ = 496 Kcal/mole,
Τα αμέταλλα είναι δύσκολο να αποβάλλουν ηλεκτρόνια από τις μισοσυμληρωμένες στοιβάδες τους και η ενέργεια ιοντισμού, που ταυτίζεται εδώ με την μεταβολή της ενθαλπίας τους είναι πολύ μεγαλύτερη. Αντίθετα με τα μέταλλα, τα αμέταλλα έχουν μικρή ηλεκτροθετικότητα
F (g) - e-→ F+ (g) με ΔΗ = 1680 Kcal/mole,
ΠΗΓΕΣ