基础:碳、化学键与轨道

价电子

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把一个原子想象成一个小小的原子核,外面环绕着分层排布的电子,像舞台四周一圈圈的座位。只有最外圈的座位面向外界;坐在那里的电子就是价电子,它们才是参与化学的角色。原子成键时所做的一切——共享、给出或夺取电子——都发生在这最外圈。内层电子深埋其中,极少参与。

更确切地说,价电子是原子中能量最高、最外层壳层里的电子。你可以直接从周期表的主族读出它们的数目:氢有 1 个,碳有 4 个,氮 5 个,氧 6 个,卤素 7 个。这些数字一眼就解释了成键习性。碳有四个价电子,恰好是凑满外层八电子的一半,于是它既不丢也不抢四个,而是把四个全部共享出去,形成四个键。氧有六个,只差两个,于是倾向于成两个键外加两对孤对(非键合)电子。

价电子之所以重要,是因为它们是成键的全部「货币」。路易斯结构不过是给价电子记账;八隅律说的就是把价层填到八个;形式电荷数的是一个原子用的价电子比它「拥有」的多还是少。一旦你习惯了数价电子,大半个成键模型就变成了简单的算术。要提醒一句:这套整齐的「族数即价电子数」规则,对主导有机化学的轻主族元素好用得很,但对过渡金属就失灵了。

碳(第 14 族)有 4 个价电子;在 CH4 中它与每个氢各共享一个,最终被 8 个电子环绕。氧(第 16 族)有 6 个;在水中它共享出两个,自己留下两对孤对电子。

族数给出价电子数,而价电子数预示着一个原子会形成几个键。

只有价(外层)电子参与化学;内核电子只是旁观者。「族数即价电子数」的简单规则适用于主族元素,不适用于过渡金属。

又称
outer-shell electrons外层电子外層電子