Skillnad mellan valenselektroner och fria elektroner

Huvudskillnad - Valence Electron vs Free Electron

En atom består av tre typer av subatomär partikel: elektroner, protoner och neutroner. Protoner och neutroner ligger i atomens kärna. Elektroner ligger utanför kärnan. Dessa elektroner är i kontinuerlig rörelse runt kärnan vid vissa avstånd. Banorna som dessa elektroner rör sig in kallas elektronskalor eller orbitaler. En atom kan ha en eller flera orbitaler. Valenselektroner är de elektroner som kan hittas i en atoms yttersta omgång. Frielektroner är inte bundna till atomer. Dessa elektroner finns i gitterstrukturer. De befinner sig i fri rörlighet inuti gallret. Huvudskillnaden mellan valenselektroner och fria elektroner är det Antalet elektroner är en elementär egenskap medan antalet fria elektroner är en gitterfastighet.

Viktiga områden som omfattas

1. Vad är valenselektroner
      - Definition, exempel, effekt på oxidationstillståndet
2. Vad är fria elektroner
      - Definition, Förekomst
3. Vad är skillnaden mellan valenselektroner och fria elektroner
      - Jämförelse av viktiga skillnader

Nyckelord: atom, atomnummer, elektroner, fria elektroner, gitter, metall, neutroner, kärnor, orbital, protoner, valenselektroner

Vad är valenselektroner

Valenselektroner är elektroner närvarande i yttersta orbitalerna av en atom. Dessa är de elektroner som har minst attraktion mot en atoms kärna. Detta beror på att valenselektroner befinner sig på långt avstånd än andra elektroner i den atomen.

Valenselektroner ansvarar för kemiska reaktioner och kemisk bindning av en atom. Eftersom attraktionen mellan valenselektroner och en atoms kärna är mindre, kan valenselektroner lätt avlägsnas (än elektronerna i de inre orbitalerna). Detta är viktigt vid bildandet av jonföreningar och kovalenta föreningar. Genom att förlora valenselektroner kan atomer bilda katjoner. Att dela valenselektroner av en atom med valenselektronerna hos en annan atom bildar kovalenta bindningar.

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

För s blockelement och p blockelement är valenselektronerna i yttersta omloppet. Men för övergångselement kan valenselektronerna vara närvarande i inre orbitaler också. Detta beror på energiförskjutningen mellan suborbitalerna. Exempelvis är atomantalet Mangan (Mn) 25. Elektronkonfigurationen av kobolt är [Ar] 3d⁵4s². Valenselektronerna av kobolt borde vara i 4: e omloppet. Men det finns 7 valenselektroner i Mn. Elektronerna i 3d-omloppet betraktas också som valenselektroner eftersom 3d-orbitalen ligger utanför 4: e omloppet (energin i 3d är högre än 4: e omloppet).

Figur 1: Valenselektroner av kol

Oxidationstillståndet hos en atom beror på valenselektronerna hos den atomen. Vissa atomer avlägsnar valenselektroner för att bli stabiliserade. Därefter ökar oxidationstillståndet hos den atomen. Vissa atomer får fler elektroner i yttersta omloppet. Då ökar antalet valenselektroner av den atomen. Det minskar atomets oxidationstillstånd.

Vad är fria elektroner

Frielektroner är elektroner som inte är fästade på en atom. Gratis elektroner kan inte hittas överallt. Detta beror på att en ensam elektron är mycket reaktiv och kan reagera med någonting. Men i kristallstrukturer och metaller kan fria elektroner hittas.

Frielektroner är de delokaliserade elektronerna från gallret. I kristallstrukturer förblir vissa elektroner inte kvar på grund av kristallfel. De blir fria elektroner som kan flytta någonstans inuti gitteret. Dessa elektroner är ansvariga för ledning av värme och el.

Figur 2: Frielektroner i metallgitter

I metaller finns det fria elektroner mellan metalljoner. Det är en galler av metalljoner i ett hav av fria elektroner. Dessa fria elektroner kan leda värme och elektricitet genom metallen. Dessa fria elektroner kan genomföra en elektrisk ström via metallen.

Skillnad mellan valenselektroner och fria elektroner

Definition

Valenselektroner: Valenselektroner är de elektroner som finns närvarande i en atoms yttersta orbitaler.

Gratis elektroner: Frielektroner är elektroner som inte är fästade på en atom.

Attraktion till Nucleus

Valenselektroner: Valenselektroner har mindre attraktion mot en atoms kärna.

Gratis elektroner: Frielektroner har ingen dragning mot en atoms kärna.

Kemisk bindning

Valenselektroner: Valenselektroner är ansvariga för kemisk bindning av en atom.

Gratis elektroner:  Frielektroner är inte inblandade i kemisk bindning.

Ledning av värme och el

Valenselektroner: Valenselektroner kan inte leda värme och el.

Gratis elektroner: Frielektroner är ansvariga för ledning av värme och el.

Natur

Valenselektroner: Antalet valenselektroner är en elementär egenskap.

Gratis elektroner: Antalet fria elektroner är en gitterfastighet.

Slutsats

Valenselektroner är elektroner som är löst bundna till en atom. Frielektroner är helt obundet till någon atom. Valenselektroner ansvarar för kemiska reaktioner och kemisk bindning av atomer. Frielektroner deltar i värme- och elledningen av en gitterstruktur. Det finns många skillnader mellan valenselektroner och fria elektroner. Huvudskillnaden är att antalet elektroner är en elementär egenskap medan antalet fria elektroner är en gitterfastighet.

referenser:

1. "Valence electron." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 29 oktober 2017, Tillgänglig här.
2. "Free Electron." NDT Resurscenter, tillgängligt här.

Image Courtesy:

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