Што такое валентныя электроны?

Выкладчыкам фізікі і хіміі ў навучальных установах добра вядома, што нашмат прасцей растлумачыць якую-небудзь тэму, калі звярнуцца да аналогій або скарыстацца набліжанымі прыкладамі, растлумачваючы «на пальцах». Хоць прыводныя апісанні могуць не цалкам адказваць агульнапрынятай мадэлі, тым не менш, такі падыход дае свае вынікі. Менавіта так ідзе справа ў атамнай фізіцы.

Хімічныя ўласцівасці рэчываў адносна проста растлумачыць, калі выкарыстоўваць тэорыю атамнага будовы, прапанаваную ў 1911 году ангельскай фізікам Э. Резерфордом. Нягледзячы на тое, што яго мадэль дакладная толькі часткова, гэтага цалкам дастаткова для разумення працэсаў, якія адбываюцца. Сёння мы пагаворым аб тым, што ж такое валентныя электроны і якая іх ўзаемасувязь са ўласцівасцямі вывучаецца матэрыялу. Але спачатку ўспомнім планетарную мадэль будовы атама.

Радэрфорд вызначыў, што атам не з'яўляецца непадзельнай часціцай, як лічылася раней, а складаецца з цяжкага ядра ў цэнтры і электронаў, якія верцяцца вакол яго. Электрычны зарад ядра станоўчы (+), а ў электронаў, у сваю чаргу, адмоўны (-). Праз восем гадоў пасля апублікавання сваёй тэорыі будовы атама, Радэрфорд змог правесці унікальны, па тых часах, досьвед - ператварыць азот у кісларод. Вопыт заключаўся ў «бамбардзіроўцы» альфа-часціцамі атамаў азоту. Пасля соударения ўтвараўся атам кіслароду і «лішняя» часціца, якая валодае станоўчым зарадам, пасля названая пратонам.

Тэорыя набыла скончаны выгляд: ядро ўключае ў сябе пратоны, з дапамогай магнітных сіл ўтрымлівальныя электроны на арбітах. Так як атам электронейтрален, а пратон і электрон прыцягваюцца, то іх сумарныя колькасці роўныя. У 1932 году фізікам Дж. Чедвиком было выяўлена, што ў ядры акрамя пратонаў прысутнічаюць часціцы без зарада - нейтроны. Менавіта яны адказныя за масу. У залежнасці ад энергіі электрона, ён можа знаходзіцца на розным адлегласці ад ядра. Валентныя электроны - гэта тыя адмоўна зараджаныя часціцы, якія:

• знаходзяцца на максімальным адлегласці ад ядра, на вонкавых арбітах;
• могуць уступаць ва ўзаемадзеянне з суседнімі атамамі.

Пад узаемадзеяннем неабходна разумець магчымасць пакінуць сваю атамную арбіту або змяніць траекторыю руху.

Валентныя электроны вызначаюцца вельмі проста - па табліцы Мендзялеева. Для асноўных элементаў (акрамя падгруп, так як там ёсць выключэнні) дакладна ўмова: максімальная колькасць валентных электронаў адпавядае нумару групы, у якой знаходзіцца доследны элемент. Атам, які валодае вялікім тэарэтычным колькасцю такіх часціц, неахвотна аддае іх іншым атама, таму з'яўляецца акісляльнікам (забірае якое адсутнічае). І, наадварот, пры малым нумары групы, валентныя электроны лёгка аддаюцца элементам, уступаючы ва ўзаемадзеянне. У гэтым выпадку гаворка ідзе пра адраджэнцам або атаме-донару.

Валентныя электроны непасрэдна залежаць ад стану атама. Так, калі яму тым ці іншым спосабам звонку паведаміць дадатковую энергію (перавесці ва ўзбуджаны стан), то арбіт валентных часціц стане больш.

Дадзеныя аб валентнасці матэрыялаў дазваляюць актыўна іх выкарыстоўваць, прадказваючы вынік. Напрыклад, хімічныя крыніцы электрычнага току на аснове электралітаў выкарыстоўваюць такія элементы, якія здольныя аддаваць і прымаць электроны. Нейтральны матэрыял быў бы ў дадзеным выпадку бескарысны. Няцяжка здагадацца, што калі ўсе знешнія электронныя абалонкі атама запоўненыя, то такі элемент з'яўляецца хімічна нейтральным і не ўступае ва ўзаемадзеянне з іншымі атамамі (або сіла ўзаемадзеяння настолькі нікчэмная, што ёй можна занядбаць). Яскравы прыклад падобнага - інэртныя газы.