Какви са валентните електрони?

Учителите по физика и химия в образователните институции добре съзнават, че е много по-лесно да обяснят темата, като прибягват до аналогии или използват приблизителни примери, обяснявайки "на пръсти". Въпреки че дадените описания може да не отговарят напълно на общоприетия модел, въпреки това подобен подход дава своите резултати. Такъв е случаят с атомната физика.

Химическите свойства на веществата са относително лесни за обяснение, ако използваме теорията за атомната структура, предложена през 1911 г. от английския физик Е. Ръдърфорд. Въпреки факта, че неговият модел е само частично вярно, това е достатъчно, за да се разберат процесите, които се случват. Днес ще говорим за това, какви са валентните електрони и каква е връзката им със свойствата на изследваните материали. Но първо, нека припомним планетарния модел на структурата на атома.

Ръдърфорд определи, че атомът не е неделима частица, както се смяташе преди, но се състои от тежко сърцевина в центъра и въртящи се около него електрони. Електрическо зареждане ядрото е положително (+), докато електроните, от своя страна, имат отрицателен (-). Осем години след публикуването на неговата теория структурата на атома, Ръдърфорд успя да проведе уникално, по онова време опит - да превърне азота в кислород. Експериментът се състоеше в "бомбардиране" на алфа частиците с азотни атоми. След сблъсъка се образува кислороден атом и "допълнителна" частица с положителен заряд, впоследствие наречен протон.

Теорията е придобила пълна форма: ядрото включва протони, с помощта на магнитни сили, задържащи електрони в орбити. Тъй като атомът е електрически неутрален и протона и електронът са привлечени, общите им количества са равни. През 1932 г. физикът Дж. Чадуик открил, че в ядрото, освен протони, има частици без заредени неутрони. Те са отговорни за масата. В зависимост от енергията на електрона, тя може да бъде на различно разстояние от ядрото. Валентните електрони са тези отрицателно заредени частици, които:

• са на максималното разстояние от ядрото, на външни орбити;
• могат да взаимодействат със съседните атоми.

При взаимодействието е необходимо да се разбере възможността да напуснем атомната орбита или да променим нейната траектория.

Валеневите електрони се определят много просто - според таблицата на Менделеев. За основни елементи (с изключение на подгрупите, тъй като има изключения), условието е вярно: максималният брой валентни електрони съответства на броя на групата, в която се намира изследваният елемент. Атомът, който има голям теоретичен брой такива частици, неохотно ги дава на други атоми, така че е окислител (отнема липсващите). Обратно, с малка група, валентните електрони лесно се освобождават от елемента, взаимодействайки. В този случай става дума за редуциращ агент или донорен атом.

Валеневите електрони директно зависят от състоянието на атома. Така че, ако някой или друг начин да предаде допълнителна енергия отвън (да я вкара в развълнувана държава), тогава орбитата на валентните частици ще стане по-голяма.

Данните за валентността на материалите им позволяват да се използват активно, като се предвиди резултатът. Например, химическите източници на електрически ток, базирани на електролити, използват такива елементи, които могат да дават и приемат електрони. Неутралният материал би бил безполезен в този случай. Лесно е да си представим, че ако всички външната електрони обвивка на атома попълнено, след елемент е химически неутрално и не реагира с други атоми (или сила на взаимодействие е толкова незначителна, че може да се пренебрегне). Ярък пример за това са инертните газове.