Forskjellen mellom valenselektroner og frie elektroner

Hovedforskjell - Valence Electrons vs Free Electrons

Et atom består av tre typer subatomisk partikkel: elektroner, protoner og nøytroner. Protoner og nøytroner er i atomkernen. Elektroner er plassert utenfor kjernen. Disse elektronene er i kontinuerlig bevegelse rundt kjernen på visse avstander. Banene som disse elektronene beveger seg inn, kalles elektronskaller eller orbitaler. Et atom kan ha en eller flere orbitaler. Valenselektroner er elektronene som kan finnes i det ytre omløpet av et atom. Fri elektroner er ikke bundet til atomer. Disse elektronene finnes i gitterstrukturer. De er i fri bevegelse inne i gitteret. Hovedforskjellen mellom valenselektroner og frie elektroner er det Antallet elektroner er en elementær egenskap mens antall gratis elektroner er en gitter eiendom.

Nøkkelområder dekket

1. Hva er Valence Electron
      - Definisjon, eksempler, effekt på oksidasjonsstaten
2. Hva er gratis elektroner
      - Definisjon, forekomst
3. Hva er forskjellen mellom valenselektroner og gratis elektroner
      - Sammenligning av nøkkelforskjeller

Nøkkelbegreper: Atom, Atomnummer, Elektroner, Gratis Elektroner, Gitter, Metall, Neutroner, Nukle, Orbital, Protoner, Valensekroner

Hva er Valence Electron

Valenselektroner er elektroner tilstede i det ytre orbitals av et atom. Dette er de elektronene som har minst tiltrekning mot atomkernen. Dette skyldes at valenselektroner befinner seg i lang avstand enn andre elektroner av dette atom.

Valenselektroner er ansvarlige for kjemiske reaksjoner og kjemisk binding av et atom. Siden tiltrekningen mellom valenselektroner og atomkjernen er mindre, kan valenselektroner lett fjernes (enn elektronene i indre orbitaler). Dette er viktig ved dannelsen av ioniske forbindelser og kovalente forbindelser. Ved å miste valenselektroner kan atomer danne kationer. Deling valenselektroner av et atom med valenselektronene i et annet atom danner kovalente bindinger.

Gruppe i periodisk tabell	Antall valenselektroner
Gruppe 1 (ex: Na, K)	1
Gruppe 2 (ex: Ca, Mg)	2
Gruppe 13 (ex: B, Al)	3
Gruppe 14 (ex: C, Si)	4
Gruppe 15 (ex: N, P)	5
Gruppe 16 (ex: O, S)	6
Gruppe 17 (ex: F, Cl)	7
Gruppe 18 (ex: He, Ne)	8

For s blokkelementer og p blokkelementer er valenselektronene i ytterste omgang. Men for overgangselementer kan valenselektronene også finnes i indre orbitaler. Dette skyldes energiforskjellen mellom suborbitalene. For eksempel er atomnummeret av Mangan (Mn) 25. Elektrisk konfigurasjon av kobolt er [Ar] 3d⁵4s². Valenselektronene av kobolt burde være i 4-tallsbanen. Men det er 7 valenselektroner i Mn. Elektronene i 3d-orbitalet betraktes også som valenselektroner fordi 3d-orbitalen ligger utenfor 4-tallsbanen (energien til 3d er høyere enn 4-omløpet).

Figur 1: Valenselektroner av karbon

Oxidasjonstilstanden til et atom avhenger av valenselektronene til det atomet. Noen atomer fjerner valenselektroner for å bli stabilisert. Da øker oksidasjonstilstanden til det atomet. Noen atomer får flere elektroner i ytterste omløp. Så øker antallet valenselektroner av det atomet. Det reduserer oksidasjonstilstanden til atomet.

Hva er gratis elektroner

Fri elektroner er elektroner som ikke er festet til et atom. Gratis elektroner kan ikke finnes overalt. Dette skyldes at en ensidig elektron er svært reaktiv og kan reagere med noe. Men i krystallstrukturer og metaller kan frie elektroner bli funnet.

Gratis elektroner er de delokaliserte elektronene fra gitteret. I krystallstrukturer forblir noen elektroner ikke på plass på grunn av krystallfeil. De blir fri elektroner som kan bevege seg hvor som helst inni gitteret. Disse elektronene er ansvarlige for ledningen av varme og elektrisitet.

Figur 2: Frie elektroner i en metallgitter

I metaller er det frie elektroner mellom metallioner. Det er en gitter av metallioner i et hav av frie elektroner. Disse frie elektronene kan utføre varme og elektrisitet gjennom metallet. Disse frielektronene kan føre en elektrisk strøm via metallet.

Forskjellen mellom valenselektroner og frie elektroner

Definisjon

Valenselektroner: Valenselektroner er elektronene tilstede i atomens ytterste orbitaler.

Gratis elektroner: Fri elektroner er elektroner som ikke er festet til et atom.

Attraksjon til Nucleus

Valenselektroner: Valenselektroner har mindre tiltrekning mot atomkernen.

Gratis elektroner: Fri elektroner har ingen tiltrekning mot atomkernen.

Kjemisk binding

Valenselektroner: Valenselektroner er ansvarlige for kjemisk binding av et atom.

Gratis elektroner:  Fri elektroner er ikke involvert i kjemisk binding.

Ledning av varme og elektrisitet

Valenselektroner: Valenselektroner kan ikke utføre varme og elektrisitet.

Gratis elektroner: Fri elektroner er ansvarlig for ledning av varme og elektrisitet.

Natur

Valenselektroner: Antall valenselektroner er en elementær egenskap.

Gratis elektroner: Antall gratis elektroner er en gitter eiendom.

Konklusjon

Valenselektroner er elektroner som er løst bundet til et atom. Fri elektroner er helt ubundet til ethvert atom. Valenselektroner er ansvarlige for kjemiske reaksjoner og kjemisk binding av atomer. Gratis elektroner deltar i varme og elektrisitet ledning av en gitterstruktur. Det er mange forskjeller mellom valenselektroner og frie elektroner. Hovedforskjellen er at antall elektroner er en elementær egenskap mens antall gratis elektroner er en gitter eiendom.

referanser:

1. "Valence electron." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 29. oktober 2017, Tilgjengelig her.
2. "Free Electron." NDT Ressursssenter, tilgjengelig her.

Bilde Courtesy:

1. "Carbon diagonal rule" Av CK-12 Foundation (raster), Adrignola (vektor) - Fil: High School Chemistry.pdf, side 317 (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia