Как определить валентные электроны

Валентные электроны находятся на внешней оболочке атома. Их количество определяет число возможных химических соединений, которые атом может образовать. Лучший способ определить количество валентных электронов — воспользоваться периодической таблицей Менделеева.

Часть 1

Часть 1 из 2:

Поиск валентных электронов при помощи периодической таблицы

Загрузить PDF

Непереходные металлы

Используйте периодическую таблицу химических элементов (таблицу Менделеева). Это определенным образом раскрашенная таблица, каждая ячейка которой содержит название химического элемента и другую важную информацию, которую можно использовать для определения количества валентных электронов в конкретном атоме. Таблицу Менделеева можно найти в учебнике по химии или здесь.
2
Пронумеруйте каждый столбец периодической таблицы с 1 по 18 (начиная с первого столбца слева). Как правило, все элементы одного столбца таблицы Менделеева имеют одинаковое число валентных электронов. Столбцы — это группы, на которые делятся химические элементы.^{[1]XИсточник информации}
- Например, над водородом (Н) напишите цифру 1, так как с него начинается первый столбец, а над гелием (He) напишите цифру 18, так как с него начинается восемнадцатый столбец.
3
Теперь в таблице Менделеева найдите элемент, число валентных электронов которого вы хотите найти. Вы можете сделать это по символу элемента (буквы в каждой ячейке), по его атомному номеру (число в левом верхнем углу каждой ячейки) или любой другой доступной вам информации.
- Например, определим число валентных электронов углерода (С). Его атомный номер 6 и с него начинается четырнадцатая группа.
- В этом подразделе мы не рассматриваем переходные металлы, которые расположены в группах с 3 по 12. Эти элементы немного отличаются от остальных, поэтому описанные здесь методы на них не распространяются. Переходные металлы будут рассмотрены в следующем подразделе.
4
Используйте номера групп, чтобы определить количество валентных электронов в непереходных металлах. Цифра, стоящая в номере группы в разряде единиц, определяет число валентных электронов в атомах элементов. Другими словами:
- Группа 1: 1 валентный электрон
- Группа 2: 2 валентных электрона
- Группа 13: 3 валентных электрона
- Группа 14: 4 валентных электрона
- Группа 15: 5 валентных электрона
- Группа 16: 6 валентных электрона
- Группа 17: 7 валентных электрона
- Группа 18: 8 валентных электрона (за исключением гелия, у которого 2 валентных электрона)
- В нашем примере, так как углерод находится в группе 14, можно заключить, что один атом углерода имеет четыре валентных электрона.
Реклама

Переходные металлы

1
Найдите элемент в группах с 3 по 12. В этих группах расположены переходные металлы. В этом подразделе мы расскажем, как определить число валентных электронов в атомах таких элементов. Заметьте, что в некоторых элементах число валентных электронов определить нельзя.
- Например, рассмотрим тантал (Ta); его атомный номер 73. Далее мы найдем число его валентных электронов (или, по крайней мере, попробуем это сделать).
- Обратите внимание, что переходные металлы включают лантаноиды и актиноиды (они также называются редкоземельными металлами) — два ряда элементов, которые, как правило, расположены ниже основной таблицы и которые начинаются с лантана и актиния. Все эти элементы относятся к группы 3 периодической таблицы.
2
Чтобы понять, почему сложно определить число валентных электронов у переходных металлов, необходимо дать небольшое пояснение о расположении электронов в атомах.^{[2]XИсточник информации}
- В атоме электроны расположены на электронных орбиталях. Каждая электронная орбиталь может содержать только какое-то определенное число электронов, причем заполняются орбитали, начиная с ближайшей к ядру атома и заканчивая наиболее далекой.
- При заполнении электронами внешней орбитали атома переходного металла они становятся валентными электронами, но на какое-то время, после чего в роль валентных электронов вступают электроны с других орбиталей. Это означает, что число валентных электронов может меняться.
- Для получения детальной информации о валентных электронах прочитайте эту статью.^{[3]XИсточник информации}
3
Используйте номера групп, чтобы определить количество валентных электронов в переходных металлах. Здесь номер группы, как правило, соответствует диапазону возможного числа валентных электронов.^{[4]XИсточник информации}
- Группа 3: 3 валентных электрона
- Группа 4: 2–4 валентных электрона
- Группа 5: 2–5 валентных электронов
- Группа 6: 2–6 валентных электронов
- Группа 7: 2–7 валентных электронов
- Группа 8: 2 или 3 валентных электрона
- Группа 9: 2 или 3 валентных электрона
- Группа 10: 2 или 3 валентных электрона
- Группа 11: 1 или 2 валентных электрона
- Группа 12: 2 валентных электрона
- В нашем примере тантал расположен в группе 5, поэтому можно заключить, что его атом имеет от двух до пяти валентных электрона (в зависимости от ситуации).
Реклама

Часть 2

Часть 2 из 2:

Нахождение валентных электронов при помощи электронной конфигурации

Загрузить PDF

1
Электронная конфигурация — это формула расположения электронов по электронным орбиталям атома химического элемента. Другими словами, это простой и наглядный способ представления электронных орбиталей атома с использованием букв и цифр.
- Например, рассмотрим электронную конфигурацию натрия (Na):
  1s²2s²2p⁶3s¹
- Обратите внимание, что электронная конфигурация строится по формуле:
  (цифра)(буква)^{(надстрочная цифра)}(цифра)(буква)^{(надстрочная цифра)}...
- ... и так далее. Здесь (цифра)(буква) — это обозначение электронной орбитали, а ^{(надстрочная цифра)} — это число электронов на этой орбитали.
- В нашем примере в атоме натрия 2 электрона на 1s-орбитали плюс 2 электрона на 2s-орбитали плюс 6 электронов на 2р-орбитали плюс 1 электрон на 3s-орбитали. Всего 11 электронов, что верно, так как атомный номер натрия 11.
- Учтите, что подуровни электронных оболочек имеют определенное число электронов. Максимальное количество электронов для орбиталей следующее:
  - s: 2 электрона
  - p: 6 электронов
  - d: 10 электронов
  - f: 14 электронов
2
Теперь вы знаете, как расшифровывать электронную конфигурацию, и сможете найти число валентных электронов определенного элемента (за исключением, конечно, переходных металлов). Если электронная конфигурация дана в задаче, перейдите к следующему шагу. Если нет, читайте дальше.
- Вот полная электронная конфигурация оганесона (Og; атомный номер 118):
  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶7s²5f¹⁴6d¹⁰7p⁶
- Теперь, чтобы определить электронную конфигурацию любого элемента, вам просто нужно заполнить этот шаблон (до тех пор, пока у вас не останется электронов). Это проще, чем кажется. Например, определите электронную конфигурацию хлора (Cl; атомный номер 17), атом которого имеет 17 электронов:
  1s²2s²2p⁶3s²3p⁵
- Обратите внимание, что общее число электронов равно 17: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17. Вам нужно изменить количество электронов на последней орбитали, так как предыдущие орбитали такие же, как в шаблоне (ибо полностью заполнены электронами).
- Для получения подробной информации об электронных конфигурациях прочитайте эту статью.
3
Орбитали заполняются электронами по правилу октета: первые два электрона заполняют 1s-орбиталь, следующие два электрона заполняют 2s-орбиталь, следующие шесть электронов заполняют 2р-орбиталь (и так далее). Когда мы имеем дело с атомами непереходных металлов, мы говорим, что эти орбитали образуют вокруг атома «орбитальные оболочки», причем каждая следующая оболочка расположена дальше, чем предыдущая. Два электрона содержит только первая оболочка, а все остальные оболочки содержат по восемь электронов (кроме, опять же, атомов переходных металлов). Это называется правилом октета.
- Например, рассмотрим бор (B). Его атомный номер 5, то есть атом бора включает пять электронов, а его электронная конфигурация выглядит следующим образом: 1s²2s²2p¹. Так как первая орбитальная оболочка имеет только два электрона, то можно заключить, что у бора только две оболочки: первая с двумя электронами (на 1s-орбитали), а вторая с тремя (на 2s- и 2р-орбиталях).
- В качестве другого примера рассмотрим хлор (Cl), у которого три орбитальные оболочки: первая с двумя электронами на 1s-орбитали, вторая с двумя электронами на 2s-орбитали и шестью электронами на 2р-орбитали, третья с двумя электронами на 3s-орбитали и пятью электронами на 3p-орбитали.
4
Найдите число электронов на внешней оболочке. Это и будет число валентных электронов определенного элемента. Если внешняя оболочка полностью заполнена (другими словами, если она имеет восемь электронов или два электрона в случае первой оболочки), то элемент является инертным и не будет легко вступать в реакцию с другими элементами. Опять же, данные правила не распространяются на переходные металлы.
- Например, рассмотрим бор. Так как на внешней оболочке бора находятся три электрона, то можно заключить, что у бора три валентных электрона.
5
Используйте строки таблицы Менделеева для определения числа орбитальных оболочек. Строки периодической таблицы химических элементов называются периодами. Каждый период соответствует количеству электронных оболочек атомов. Вы можете использовать это для определения числа валентных электронов элемента — просто посчитайте порядковый номер элемента в периоде, начиная слева. Учтите, что данный метод не распространяется на переходные металлы.
- Например, мы знаем, что у селена четыре орбитальные оболочки, потому что этот элемент расположен в четвертом периоде. Так как это шестой элемент (слева) четвертого периода (без учета переходных металлов), можно заключить, что внешняя четвертая оболочка содержит шесть электронов, и, таким образом, у селена шесть валентных электрона.
Реклама

Советы

Обратите внимание, что электронные конфигурации могут быть записаны в сокращенном виде с использованием благородных газов (элементы группы 18). Например, электронную конфигурацию натрия можно записать так: [Ne]3s1 — по сути, она напоминает электронную конфигурацию неона, но с одним дополнительным электроном на 3s-орбитали.^{[5]XИсточник информации}
У переходных металлов есть валентные подуровни, незаполненные полностью. Определение точного числа валентных электронов в переходных металлах включает в себя принципы квантовой теории и не рассматривается в данной статье.
Обратите внимание, что форма (вид) периодической таблицы химических элементов может отличаться в разных странах. Поэтому убедитесь, что вы пользуетесь формой периодической таблицы химических элементов, которая принята в вашей стране (чтобы избежать ошибок).
Следите за действиями (вычитание или сложение) при нахождении валентных электронов.