Hebben atomen een maximum aantal elektronen? En dus een maximum aantal bindingen?

Antwoord

Beste Cees,

Kort antwoord: In principe kun je zoveel elektronen aan een atoom toevoegen als je wil of waarvoor je de energie beschikbaar hebt om een atoom te dwingen om elektronen op te nemen. Echter dit is geen relevante discussie omdat de meeste van dergelijk toestanden vrij exotische zijn en een kort leven beschoren. In het onderstaande ga ik me beperkten tot toestanden die een zekere stabiliteit hebben en leiden tot deeltjes met een zekere levensduur. Ten tweede, er is geen rechtstreeks verband tussen het aantal elektronen en het aantal bindingen dat een atoom aangaat.

Het aantal elektronen dat een atoom heeft in zijn neutrale toestand is steeds gelijk aan het aantal protonen in de kern en dat wordt aangegeven door het atoomnummer, bv zuurstof nr. 8 heeft in zijn neutrale toestand 8 elektronen en 8 protonen. In verbindingen kan dat aantal elektronen groter of kleiner worden naargelang welk aantal de stabielste toestand oplevert voor dit atoom, bv zuurstof heeft in zijn verbindingen meestal twee elektronen extra zodanig dat het meestal een tweevoudige negatieve lading vertoont en eventueel twee bindingen met andere atomen.  Je kan in principe meer elektronen toevoegen maar dat leidt niet tot een stabiele toestand. Een ander voorbeeld is Calcium, in zijn stabielste toestand heeft dit atoom een tweevoudige positieve lading. Zoals de meeste metalen zal Calcium het verlies van elektronen prefereren om tot een stabiele toestand te komen. Dit geeft aan dat de toestand waarin een atoom voorkomt, hoeveel bindingen dat hij heeft, niet rechtstreeks af te leiden valt uit het absolute aantal elektronen. Eigenlijk is daar zoals eerder aangegeven geen verband.

De relatie tussen bindingen en elektronen van een atoom is een beetje ingewikkelder en gekoppeld met de organisatie van elektronen rond een atoom. De structuur of elektronenconfiguratie bestaat uit "schillen" en "subschillen" die een max aantal elektronen kunnen bevatten. Dit max aantal bv voor de "schillen" bedraagt 2x n x n waarbij n het nr van de schil voorstelt vertrekkende van de kern. Bv. 2de shil bevat max 8 elektronen, de 1ste schil bevat max 2 elektronen. Deze schillen kunnen in gedachte opgevult worden met elektronen vertrekkende bij de eerste. Doen we dit voor zuurstof dan kunnen we 6 van de acht elektronen in de tweede schil plaatsen, omdat er al 2 in de eerste schil geplaatst zijn voordat we aan de tweede schil kunnen beginnen. Nu is bovenaan aangegeven dat zuurstof ernaar streeft op één of andere manier twee elektronen extra op te nemen. Dit zal leiden tot een volledig gevulde 2de schil, nl. 8 elektronen. Blijkbaar levert dat een energetisch zeer gunstige toestand op en dat is een vrij algemene waarneming. Atomen zullen bindingen aangaan zodanig dat ze een volledig gevulde schil realizeren en biij voorkeur een volledig gevulde schil met acht elektronen. Dit noemt men de octet-regel.

Als je hier meer over wil weten raad ik je aan een basishandboek chemie te raadplegen van het middelbaar onderwijs of op internet een paar sites te bezoeken:

bv http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektronenconfiguratie