Verschil tussen Valence-elektronen en vrije elektronen

Belangrijkste verschil - Valence Electrons versus gratis elektronen

Een atoom bestaat uit drie soorten subatomaire deeltjes: elektronen, protonen en neutronen. Protonen en neutronen bevinden zich in de kern van het atoom. Elektronen bevinden zich buiten de kern. Deze elektronen zijn op bepaalde afstanden continu in beweging rond de kern. De banen waarin deze elektronen zich bewegen, worden elektronenschillen of orbitalen genoemd. Eén atoom kan één of meerdere orbitalen hebben. Valence-elektronen zijn de elektronen die kunnen worden gevonden in de buitenste baan van een atoom. Vrije elektronen zijn niet gebonden aan atomen. Deze elektronen zijn te vinden in roosterstructuren. Ze bevinden zich in het vrije verkeer binnen het rooster. Het belangrijkste verschil tussen valentie-elektronen en vrije elektronen is dat het aantal elektronen is een elementaire eigenschap terwijl het aantal vrije elektronen een roostereigenschap is.

Key Areas Covered

1. Wat zijn Valence Electrons
      - Definitie, voorbeelden, effect op de oxidatie-toestand
2. Wat zijn vrije elektronen
      - Definitie, voorkomen
3. Wat is het verschil tussen Valence-elektronen en vrije elektronen
      - Vergelijking van belangrijke verschillen

Sleutelbegrippen: Atoom, Atomic Number, Electrons, Free Electrons, Lattice, Metal, Neutrons, Nucleus, Orbital, Protons, Valence Electrons

Wat zijn Valence Electrons

Valence-elektronen zijn elektronen die in de buitenste orbitalen van een atoom aanwezig zijn. Dit zijn de elektronen die de minste aantrekkingskracht hebben naar de kern van een atoom. Dit komt omdat valentie-elektronen zich op een grote afstand bevinden dan andere elektronen van dat atoom.

Valence-elektronen zijn verantwoordelijk voor chemische reacties en chemische binding van een atoom. Omdat de aantrekkingskracht tussen valentie-elektronen en de kern van een atoom kleiner is, kunnen valentie-elektronen gemakkelijk worden verwijderd (dan de elektronen in de binnenste orbitalen). Dit is belangrijk bij de vorming van ionische verbindingen en covalente verbindingen. Door valentie-elektronen te verliezen, kunnen atomen kationen vormen. Het delen van valentie-elektronen van een atoom met de valentie-elektronen van een ander atoom vormt covalente bindingen.

Groep in het periodiek systeem	Aantal Valence-elektronen
Groep 1 (ex: Na, K)	1
Groep 2 (ex: Ca, Mg)	2
Groep 13 (ex: B, Al)	3
Groep 14 (ex: C, Si)	4
Groep 15 (ex: N, P)	5
Groep 16 (ex: O, S)	6
Groep 17 (ex: F, Cl)	7
Groep 18 (ex: He, Ne)	8

Voor s-blokelementen en p-blokelementen bevinden de valentie-elektronen zich in de buitenste orbitaal. Maar voor overgangselementen kunnen de valentie-elektronen ook aanwezig zijn in innerlijke orbitalen. Dit komt door het energieverschil tussen de suborbitalen. Het atoomnummer van Mangaan (Mn) is bijvoorbeeld 25. De elektronenconfiguratie van kobalt is [Ar] 3d⁵4s². De valentie-elektronen van kobalt moeten in de 4s-orbitaal zijn. Maar er zijn 7 valentie-elektronen in Mn. De elektronen in de 3d-orbitaal worden ook beschouwd als valentie-elektronen, omdat de 3d-orbitaal buiten de 4s-orbitaal ligt (de energie van 3d is hoger dan de 4s-orbitaal).

Figuur 1: Valence elektronen van koolstof

De oxidatietoestand van een atoom hangt af van de valentie-elektronen van dat atoom. Sommige atomen verwijderen valentie-elektronen om zich te stabiliseren. Dan neemt de oxidatietoestand van dat atoom toe. Sommige atomen krijgen meer elektronen in de buitenste orbitaal. Dan neemt het aantal valentie-elektronen van dat atoom toe. Het vermindert de oxidatietoestand van het atoom.

Wat zijn vrije elektronen

Vrije elektronen zijn elektronen die niet aan een atoom zijn bevestigd. Vrije elektronen zijn niet overal te vinden. Dit komt omdat een eenzaam elektron zeer reactief is en overal mee kan reageren. Maar in kristalstructuren en metalen kunnen vrije elektronen worden gevonden.

Vrije elektronen zijn de gedelocaliseerde elektronen uit het rooster. In kristalstructuren blijven sommige elektronen niet op hun plaats vanwege kristalgebreken. Ze worden vrije elektronen die zich overal in het rooster kunnen verplaatsen. Deze elektronen zijn verantwoordelijk voor de geleiding van warmte en elektriciteit.

Figuur 2: Gratis elektronen in een metalen rooster

In metalen zijn er vrije elektronen tussen metaalionen. Het is een rooster van metaalionen in een zee van vrije elektronen. Deze vrije elektronen kunnen warmte en elektriciteit geleiden door het metaal. Deze vrije elektronen kunnen via het metaal een elektrische stroom geleiden.

Verschil tussen Valence-elektronen en vrije elektronen

Definitie

Valentie-elektronen: Valentie-elektronen zijn de elektronen die aanwezig zijn in de buitenste banen van een atoom.

Gratis elektronen: Vrije elektronen zijn elektronen die niet aan een atoom zijn bevestigd.

Attractie voor de Nucleus

Valentie-elektronen: Valence-elektronen hebben minder aantrekkingskracht op de kern van een atoom.

Gratis elektronen: Vrije elektronen hebben geen aantrekkingskracht op de kern van een atoom.

Chemische binding

Valentie-elektronen: Valence-elektronen zijn verantwoordelijk voor de chemische binding van een atoom.

Gratis elektronen:  Vrije elektronen zijn niet betrokken bij chemische binding.

Geleiding van warmte en elektriciteit

Valentie-elektronen: Valentie-elektronen kunnen geen warmte en elektriciteit geleiden.

Gratis elektronen: Vrije elektronen zijn verantwoordelijk voor de geleiding van warmte en elektriciteit.

Natuur

Valentie-elektronen: Het aantal valentie-elektronen is een elementaire eigenschap.

Gratis elektronen: Het aantal vrije elektronen is een roostereigenschap.

Conclusie

Valence-elektronen zijn elektronen die losjes aan een atoom zijn gebonden. Vrije elektronen zijn volledig ongebonden aan een atoom. Valence-elektronen zijn verantwoordelijk voor de chemische reacties en chemische binding van atomen. Vrije elektronen nemen deel aan warmte- en elektriciteitsgeleiding van een roosterstructuur. Er zijn veel verschillen tussen valentie-elektronen en vrije elektronen. Het belangrijkste verschil is dat het aantal elektronen een elementaire eigenschap is, terwijl het aantal vrije elektronen een roostereigenschap is.

Referenties:

1. "Valence electron." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 29 oktober 2017, hier beschikbaar.
2. "The Free Electron." NDT Resource center, hier beschikbaar.

Afbeelding met dank aan:

1. "Carbon diagonal rule" door CK-12 Foundation (raster), Adrignola (vector) - Bestand: High School Chemistry.pdf, pagina 317 (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia