Insegnanti di fisica e chimica nell'istruzionegli istituti sono ben consapevoli del fatto che è molto più semplice spiegare un argomento ricorrendo ad analogie o usando esempi approssimativi, spiegando "sulle dita". Sebbene le descrizioni fornite possano non corrispondere del tutto al modello generalmente accettato, tuttavia, questo approccio fornisce i suoi risultati. Questo è esattamente il caso della fisica atomica.
Le proprietà chimiche delle sostanze sono relativamente semplicispiega se usiamo la teoria della struttura atomica, proposta nel 1911 dal fisico inglese E. Rutherford. Nonostante il fatto che il suo modello sia solo parzialmente corretto, questo è abbastanza per comprendere i processi in corso. Oggi parleremo di cosa sono gli elettroni di valenza e qual è la loro relazione con le proprietà del materiale oggetto di studio. Ma prima, ricordiamo il modello planetario della struttura atomica.
Rutherford ha determinato che l'atomo non lo èuna particella indivisibile, come si pensava in precedenza, ma è costituita da un nucleo pesante al centro e da elettroni che ruotano attorno ad esso. La carica elettrica del nucleo è positiva (+), mentre gli elettroni, a loro volta, sono negativi (-). Otto anni dopo la pubblicazione della sua teoria della struttura dell'atomo, Rutherford fu in grado di effettuare un esperimento unico a quel tempo - convertire l'azoto in ossigeno. L'esperimento consisteva nel "bombardare" atomi di azoto con particelle alfa. Dopo la collisione, si formarono un atomo di ossigeno e una particella "extra" con una carica positiva, in seguito chiamata protone.
La teoria ha assunto una forma finita:il nucleo include protoni, che con l'aiuto di forze magnetiche trattengono gli elettroni nelle orbite. Poiché l'atomo è elettricamente neutro e il protone e l'elettrone sono attratti, le loro quantità totali sono uguali. Nel 1932, il fisico J. Chadwick rivelò che oltre ai protoni, il nucleo contiene particelle senza carica - neutroni. Sono responsabili della massa. A seconda dell'energia dell'elettrone, può trovarsi a diverse distanze dal nucleo. Gli elettroni di valenza sono quelle particelle caricate negativamente che:
L'interazione dovrebbe essere intesa come la capacità di abbandonare l'orbita atomica o cambiare la traiettoria del moto.
Gli elettroni di valenza sono determinati molto semplicemente -secondo la tavola periodica. Per gli elementi principali (ad eccezione dei sottogruppi, poiché esistono eccezioni), la condizione è vera: il numero massimo di elettroni di valenza corrisponde al numero del gruppo in cui si trova l'elemento in studio. Un atomo con un gran numero teorico di tali particelle è riluttante a donarle ad altri atomi, quindi è un agente ossidante (toglie ciò che manca). E, al contrario, con un piccolo numero di gruppo, gli elettroni di valenza sono facilmente donati dall'elemento, entrando in interazione. In questo caso, stiamo parlando di un agente riducente o di un atomo di donatore.
Gli elettroni di valenza dipendono direttamentestati dell'atomo. Quindi, se, in un modo o nell'altro, dall'esterno, gli viene data energia aggiuntiva (trasferita a uno stato eccitato), allora le orbite delle particelle di valenza diventeranno più grandi.
I dati sulla valenza dei materiali consentono attiviusali per prevedere il risultato. Ad esempio, le fonti chimiche di corrente elettrica basate su elettroliti usano elementi in grado di dare e ricevere elettroni. Il materiale neutro sarebbe inutile in questo caso. È facile intuire che se tutti i gusci di elettroni esterni di un atomo sono riempiti, allora un tale elemento è chimicamente neutro e non interagisce con altri atomi (o la forza di interazione è così trascurabile da poter essere trascurata). Un esempio lampante di ciò sono i gas inerti.
