1.9B: Valência e Electrões Core
Os electrões de um átomo estão tipicamente divididos em duas categorias: valência e electrões core. Os electrões de valência ocupam a casca mais exterior ou o nível de energia mais alto de um átomo, enquanto os electrões de núcleo são os que ocupam a casca mais interior ou os níveis de energia mais baixos. Esta diferença influencia grandemente o papel dos dois tipos de electrões numa reacção química. Geralmente, os electrões de valência podem participar na formação da ligação química, mas os electrões do núcleo não podem. Embora os electrões do núcleo não estejam envolvidos na ligação, influenciam a reactividade química de um átomo.
A configuração electrónica de um átomo de oxigénio é
p>p> que pode ser curto-circuitada
2s^2 2p^4 {2}]
p> onde a {2} representa a configuração de hélio (1s^2}). Do mesmo modo, a configuração de cálcio com 20 electrões pode ser escrita
4s^2 {3}]
onde o \\(1s^22s^22p^6 3s^2 3p^6\))). As configurações electrónicas que são as mesmas que os gases nobres são muito estáveis uma vez que têm um octeto completo (excepto hélio com um orbital de 1s completo).
Os \\\i(1s\) electrões em oxigénio não participam na ligação (isto é, química) e são chamados electrões de núcleo. Os electrões de valência (i.e., a parte \(2s^22p^4\)) são electrões de valência, que participam na criação e quebra de ligações. Do mesmo modo, no cálcio (Equação {3}), os electrões na concha fechada tipo argónio são os electrões do núcleo e os dois electrões no orbital 4s são electrões de valência.
Exemplo {1}(PageIndex{1}): Cobalto
Quais são os electrões do núcleo e da valência no cobalto?
Solução
Comece por escrever a configuração electrónica do cobalto com 27 electrões:
p>>p>p>No entanto, o argónio tem a estrutura electrónica \(1s^22s^22s^22p^23s^23p^6\), pelo que podemos reescrever a configuração como
p>4s^23d^7 \número]
p>Os dois electrões no orbital e os sete electrões no orbital são os electrões de valência: todos os outros são os electrões do núcleo.
A periodicidade dos electrões de valência pode ser vista na Tabela Periódica. Basicamente, a periodicidade só é aplicada aos elementos principais do grupo, enquanto que nos metais de transição, as regras são complexas.
Os electrões do núcleo permanecem os mesmos no aumento do número de grupos nos elementos principais do grupo. Por outro lado, os electrões de valência aumentam um da esquerda para a direita de um período principal, e permanecem os mesmos ao longo da coluna de um grupo principal. Esta evolução dá uma mudança periódica na propriedade de um período, e propriedade química semelhante de um grupo, que é chamada tendência periódica. O número de electrões de valência num período principal é o mesmo que o número do seu grupo. A tabela abaixo mostra claramente esta regra.
Em construção
Figure 1: 1A + 2A são metais. 3A a 8A são não metálicos.
No entanto, esta periodicidade não pode ser aplicada ao grupo de transição, que é mais complicado do que a do grupo principal. Embora os electrões mais externos possam ser facilmente determinados, os aparentes electrões de valência considerados na reactividade química são complexos e flutuantes. Os electrões que entram no sub-nível d podem desempenhar ou um papel de electrões de valência ou de electrões de protecção. Assim, nem sempre existe um certo número de electrões de valência aparentes. O número de electrões de valência aparentes para o primeiro período de metal de transição é mostrado na tabela abaixo.
Acima da construção
Figure 2: electrões de valência para metais de transição.
Relação com reactividade química
A reactividade química de um átomo é principalmente determinada por electrões de valência. Os átomos que têm uma concha completa de electrões de valência tendem a ser quimicamente inertes. Os átomos com um ou dois electrões de valência são altamente reactivos. Este fenómeno pode ser explicado pela regra de Hund, que afirma que os orbitais que estão vazios, meio cheios, ou cheios são mais estáveis do que os que não o estão. Por exemplo, Ne é quimicamente inerte porque tem dois electrões de valência que preenchem a sua casca mais externa, o que o torna estável em comparação com átomos como Al, que tem três electrões de valência, mas os seus electrões de valência não preenchem a sua casca mais externa.
Embora os electrões de valência não participem na ligação química, desempenham um papel na determinação da reactividade química de um átomo. Esta influência é geralmente devida ao efeito que tem sobre os electrões de valência. O efeito pode ser observado a partir da mudança gradual da reactividade química de um grupo. À medida que se desce um grupo, mais conchas são ocupadas por electrões, o que aumenta o tamanho do átomo. Quanto mais conchas de electrões de núcleo um átomo tiver, maior o tamanho do átomo, e mais longe os electrões de valência estiverem do núcleo, assim os electrões de valência experimentarão uma carga nuclear menos eficaz e serão facilmente perdidos. Por exemplo, tanto o K pode reagir com água, mas o K tem uma reacção mais radical porque tem mais conchas de electrões do núcleo, o que torna o electrão de valência no seu orbital mais exterior muito mais fácil de perder do que o electrão de valência do Na.