原子結構與原子間鍵結
價電子
並非原子裡的所有電子都參與鍵結。內層電子深埋在原子核附近,很少介入;真正伸出去與相鄰原子互動的,是最外層的電子——也就是價電子。把原子想成人群中的一個人:只有他伸出的雙手(價電子)才能與周圍的人握手、抓取或分享。
價電子就是位於最高被佔據殼層的電子。碳(1s2 2s2 2p2)有 4 個價電子;氧(2s2 2p4)有 6 個;鈉(3s1)只有 1 個。對主族元素而言,這個數目等於週期表的族數,因此很容易讀出。這個數字決定了原子傾向形成幾個鍵:碳的 4 個價電子讓它能形成 4 個鍵,進而建構出有機化學與高分子中無盡的鏈與環。
價電子是鍵結的貨幣。原子究竟是把它們送出去(變成正離子)、多抓幾個(負離子)、共用它們(共價鍵),還是把它們匯成公共的一池(金屬),全在這裡決定。幾乎每一項材料性質,都能透過鍵結,追溯到原子帶有多少價電子、以及這些電子被抓得多緊。
矽位於碳的下方,同樣有 4 個價電子,所以它也形成 4 個有方向性的鍵——這正是矽會構成類鑽石晶體,並同時撐起陶瓷(以二氧化矽形式)與整個半導體產業的原因。
四個價電子、四個鍵:碳與矽共有的招牌特徵。
族數等於價電子數這條漂亮規則,對主族(s 與 p 區)元素很乾淨。過渡金屬則較複雜,因為它們的 d 電子也可能參與,使它們有多種可能價數(鐵可以是 +2 或 +3)。
又称
另见