基礎:碳、化學鍵與軌道

價電子

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把一個原子想像成一個小小的原子核,外面環繞著分層排布的電子,像舞台四周一圈圈的座位。只有最外圈的座位面向外界;坐在那裡的電子就是價電子,它們才是參與化學的角色。原子成鍵時所做的一切——共享、給出或奪取電子——都發生在這最外圈。內層電子深埋其中,極少參與。

更確切地說,價電子是原子中能量最高、最外層殼層裡的電子。你可以直接從週期表的主族讀出它們的數目:氫有 1 個,碳有 4 個,氮 5 個,氧 6 個,鹵素 7 個。這些數字一眼就解釋了成鍵習性。碳有四個價電子,恰好是湊滿外層八電子的一半,於是它既不丟也不搶四個,而是把四個全部共享出去,形成四個鍵。氧有六個,只差兩個,於是傾向於成兩個鍵外加兩對孤對(非鍵合)電子。

價電子之所以重要,是因為它們是成鍵的全部「貨幣」。路易斯結構不過是給價電子記帳;八隅律說的就是把價層填到八個;形式電荷數的是一個原子用的價電子比它「擁有」的多還是少。一旦你習慣了數價電子,大半個成鍵模型就變成了簡單的算術。要提醒一句:這套整齊的「族數即價電子數」規則,對主導有機化學的輕主族元素好用得很,但對過渡金屬就失靈了。

碳(第 14 族)有 4 個價電子;在 CH4 中它與每個氫各共享一個,最終被 8 個電子環繞。氧(第 16 族)有 6 個;在水中它共享出兩個,自己留下兩對孤對電子。

族數給出價電子數,而價電子數預示著一個原子會形成幾個鍵。

只有價(外層)電子參與化學;內核電子只是旁觀者。「族數即價電子數」的簡單規則適用於主族元素,不適用於過渡金屬。

又稱
outer-shell electrons外层电子外層電子