Unterschied zwischen Valenzelektronen und freien Elektronen

Hauptunterschied - Valenzelektronen gegen freie Elektronen

Ein Atom besteht aus drei Arten von subatomaren Teilchen: Elektronen, Protonen und Neutronen. Protonen und Neutronen befinden sich im Atomkern. Elektronen befinden sich außerhalb des Kerns. Diese Elektronen bewegen sich in bestimmten Abständen kontinuierlich um den Kern. Die Bahnen, in denen sich diese Elektronen bewegen, werden Elektronenhüllen oder Orbitale genannt. Ein Atom kann ein oder mehrere Orbitale haben. Valenzelektronen sind die Elektronen, die sich im äußersten Orbital eines Atoms befinden. Freie Elektronen sind nicht an Atome gebunden. Diese Elektronen können in Gitterstrukturen gefunden werden. Sie sind innerhalb des Gitters frei beweglich. Der Hauptunterschied zwischen Valenzelektronen und freien Elektronen ist der Die Anzahl der Elektronen ist eine elementare Eigenschaft, während die Anzahl der freien Elektronen eine Gittereigenschaft ist.

Wichtige Bereiche

1. Was sind Valenzelektronen?
      - Definition, Beispiele, Auswirkungen auf den Oxidationszustand
2. Was sind freie Elektronen?
      - Definition, Vorkommen
3. Was ist der Unterschied zwischen Valenzelektronen und freien Elektronen?
      - Vergleich der wichtigsten Unterschiede

Schlüsselbegriffe: Atom, Ordnungszahl, Elektronen, freie Elektronen, Gitter, Metall, Neutronen, Kern, Orbital, Protonen, Valenzelektronen

Was sind Valenzelektronen?

Valenzelektronen sind Elektronen, die in den äußersten Orbitalen eines Atoms vorhanden sind. Dies sind die Elektronen, die die geringste Anziehungskraft auf den Atomkern haben. Dies liegt daran, dass Valenzelektronen sich in einer größeren Entfernung befinden als andere Elektronen dieses Atoms.

Valenzelektronen sind für chemische Reaktionen und chemische Bindungen eines Atoms verantwortlich. Da die Anziehung zwischen Valenzelektronen und dem Atomkern geringer ist, können Valenzelektronen leicht entfernt werden (als die Elektronen in den inneren Orbitalen). Dies ist wichtig bei der Bildung von ionischen Verbindungen und kovalenten Verbindungen. Durch den Verlust von Valenzelektronen können Atome Kationen bilden. Wenn Valenzelektronen eines Atoms mit den Valenzelektronen eines anderen Atoms geteilt werden, werden kovalente Bindungen gebildet.

Gruppe im Periodensystem	Anzahl der Valenzelektronen
Gruppe 1 (zB: Na, K)	1
Gruppe 2 (z. B. 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

Bei s-Blockelementen und p-Blockelementen befinden sich die Valenzelektronen im äußersten Orbital. Bei Übergangselementen können die Valenzelektronen jedoch auch in inneren Orbitalen vorhanden sein. Dies liegt an der Energiedifferenz zwischen den Suborbitalen. Zum Beispiel ist die Ordnungszahl von Mangan (Mn) 25. Die Elektronenkonfiguration von Kobalt ist [Ar] 3d⁵4s². Die Valenzelektronen von Cobalt sollten sich im 4s-Orbital befinden. Es gibt aber 7 Valenzelektronen in Mn. Die Elektronen im 3d-Orbital werden auch als Valenzelektronen betrachtet, da sich das 3d-Orbital außerhalb des 4s-Orbitals befindet (die Energie von 3d ist höher als das 4s-Orbital).

Abbildung 1: Valenzelektronen aus Kohlenstoff

Der Oxidationszustand eines Atoms hängt von den Valenzelektronen dieses Atoms ab. Einige Atome entfernen Valenzelektronen, um sich zu stabilisieren. Dann steigt der Oxidationszustand dieses Atoms an. Einige Atome gewinnen im äußersten Orbital mehr Elektronen. Dann steigt die Anzahl der Valenzelektronen dieses Atoms an. Es verringert den Oxidationszustand des Atoms.

Was sind freie Elektronen?

Freie Elektronen sind Elektronen, die nicht an ein Atom gebunden sind. Freie Elektronen sind nicht überall zu finden. Dies liegt daran, dass ein einzelnes Elektron sehr reaktiv ist und mit allem reagieren kann. In Kristallstrukturen und Metallen können jedoch freie Elektronen gefunden werden.

Freie Elektronen sind die delokalisierten Elektronen aus dem Gitter. In Kristallstrukturen bleiben einige Elektronen aufgrund von Kristallfehlern nicht an ihrem Platz. Sie werden zu freien Elektronen, die sich innerhalb des Gitters beliebig bewegen können. Diese Elektronen sind für die Leitung von Wärme und Elektrizität verantwortlich.

Abbildung 2: Freie Elektronen in einem Metallgitter

In Metallen befinden sich freie Elektronen zwischen Metallionen. Es ist ein Gitter aus Metallionen in einem Meer freier Elektronen. Diese freien Elektronen können Wärme und Elektrizität durch das Metall leiten. Diese freien Elektronen können einen elektrischen Strom über das Metall leiten.

Unterschied zwischen Valenzelektronen und freien Elektronen

Definition

Valenzelektronen: Valenzelektronen sind die Elektronen, die in den äußersten Orbitalen eines Atoms vorhanden sind.

Freie Elektronen: Freie Elektronen sind Elektronen, die nicht an ein Atom gebunden sind.

Anziehung zum Kern

Valenzelektronen: Valenzelektronen haben eine geringere Anziehungskraft auf den Atomkern.

Freie Elektronen: Freie Elektronen haben keine Anziehungskraft auf den Atomkern.

Chemische Verbindung

Valenzelektronen: Valenzelektronen sind für die chemische Bindung eines Atoms verantwortlich.

Freie Elektronen:  Freie Elektronen sind an der chemischen Bindung nicht beteiligt.

Wärmeleitung und Strom

Valenzelektronen: Valenzelektronen können weder Wärme noch Strom leiten.

Freie Elektronen: Freie Elektronen sind für die Leitung von Wärme und Elektrizität verantwortlich.

Natur

Valenzelektronen: Die Anzahl der Valenzelektronen ist eine elementare Eigenschaft.

Freie Elektronen: Die Anzahl der freien Elektronen ist eine Gittereigenschaft.

Fazit

Valenzelektronen sind Elektronen, die lose an ein Atom gebunden sind. Freie Elektronen sind vollständig an ein Atom gebunden. Valenzelektronen sind für die chemischen Reaktionen und die chemische Bindung von Atomen verantwortlich. Freie Elektronen nehmen an der Wärme- und Stromleitung einer Gitterstruktur teil. Es gibt viele Unterschiede zwischen Valenzelektronen und freien Elektronen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Anzahl der Elektronen eine elementare Eigenschaft ist, während die Anzahl der freien Elektronen eine Gittereigenschaft ist.

Verweise:

1. “Valence electron.” Wikipedia, Wikimedia Foundation, 29. Oktober 2017, hier verfügbar.
2. “The Free Electron”. NDT Resource Center, hier erhältlich.

Bildhöflichkeit:

1. "Carbon diagonal rule" Von CK-12 Foundation (Raster), Adrignola (Vektor) - Datei: High School Chemistry.pdf, Seite 317 (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia