部分 1用元素周期表求出价电子

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找一张元素周期表。这是一张用颜色编码的表格，由许多不同的方块组成，列出了人类已知的所有化学元素。元素周期表揭示了关于元素的许多信息——我们将使用其中的一些信息来确定我们所研究的原子中的价电子数。你通常可以在化学课本的封面里找到元素周期表。这里还有一个非常好的在线交互式表格。

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在元素周期表的每一列标上1到18。一般来说，在元素周期表上，在一个垂直列中的所有元素，其价电子数是相同的。如果你的元素周期表中的每一列还没有编号，给每一列进行编号，最左端以1开头，最右端以18开头。在科学术语中，这些列称为元素“族”。

• 例如，如果我们使用的元素周期表上没有编号，可以在氢（H）上面写1，在铍（Be）上面写2，以此类推，最后在氦（He）上面写18。

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在周期表上找到元素。现在，在元素周期表上找到你想要求出价电子的元素。你可以用它的化学符号（每个框内的字母），原子序号（每个方框左上角的数字），或者周期表上你可以用到的任何其他信息来找到这个元素。

• 例如，求出一个常见元素的价电子：碳（C）。这个元素的原子序数是6。它位于14族的顶端。下一步，我们会找到它的价电子。
• 在本小节中，我们将忽略“过渡金属”，这些元素位于由3到12“族”组成的矩形框内。这些元素与其他元素有一点不同，因此本小节中的步骤不适用于它们。在下面的小节中可以查看如何处理这类元素。

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用基团数来确定价电子数。非过渡金属的基团数可用来确定该元素原子中的价电子数。基团的位数是这些元素的一个原子中的价电子数。换句话说：

• 族1: 1个价电子
• 族2: 2个价电子
• 族13: 3个价电子
• 族14: 4个价电子
• 族15: 5个价电子
• 族16: 6个价电子
• 族17: 7个价电子
• 族18: 8个价电子（除了氦，它只有2个价电子）
• 在本例中，由于碳在14族，所以一个碳原子有4个价电子。

过渡金属

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   从3到12族中找出一个元素。如上所述，第3至12族的元素被称为“过渡金属”，当涉及价电子时，它们与其他元素有所不同。在本节中，我们将解释，在某种程度上，通常是不可能把价电子分配给这些原子的。

   • 举例来说，比如73号元素钽（Ta）。在接下来的几个步骤中，我们将求出它的价电子（或者，至少尝试去求出）。
   • 注意，过渡金属包括镧系和锕系元素（也称为“稀土金属”）——这两行元素通常位于表中其他以镧系和锕系开头的元素之下。这些元素都属于元素周期表中的第3族。

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   过渡金属没有“传统意义上”的价电子。要理解过渡金属和周期表上的其他金属元素“机制“不同，需要对原子中电子的运动方式进行一点解释。请参阅下面的快速浏览或跳过这一步，直接查看问题的答案。

   • 当电子被加入到原子中时，它们被分成不同的“轨道”—基本上是原子核周围电子聚集的不同区域。一般来说，价电子是最外层的电子—换句话说，也就是最后加入的电子。
   • 原因有点复杂，无法在本文中解释，当电子被添加到过渡金属元素最外面的d层时（更多内容见下文），第一个进入这一层的价电子通常和正常的价电子一样，但在那之后的价电子就不一样了，并且其他轨道层的电子有时也充当价电子。这意味着一个原子可以有多个价电子，这取决于这个原子是如何处理的。

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   根据基团数确定价电子数。同样，你可以通过元素的族数来知道它的价电子。不过，对于过渡金属，没有可以遵循的模式—基团数通常对应一定范围内的价电子数。包括：

   • 族3: 3个价电子
   • 族4: 2-4个价电子
   • 族5: 2-5个价电子
   • 族6: 2-6个价电子
   • 族7: 2-7个价电子
   • 族8: 2-3个价电子
   • 族9: 2-3个价电子
   • 族10: 2-3个价电子
   • 族11: 1-2个价电子
   • 族12: 2个价电子
   • 在本例中，由于钽在第5族，因此它有2到5个价电子，具体看情况。

部分 2找到具有电子排布的价电子



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学习如何查看电子排布。另一种找到元素价电子的方法是电子排布。乍一看可能很复杂，但它们只是用字母和数字来表示原子中的电子轨道，当你掌握如何查看后，就很简单了。

• 让我们来看一个钠元素（Na）的电子排布示例：

  1s22s22p63s1

• 注意这个电子排布是一段重复的字符串，就像这样：

  (数字)(字母)(上标数字)(数字)(字母)(上标数字)...

• ...以此类推。(数字)(字母)部分是电子轨道的名字，(上标数字)是那个轨道上的电子数—就是这样！
• 在本例中，钠在1s轨道上有2个电子，在2s轨道上有2个电子，在2p轨道上有6个电子，并且3s轨道上有1个电子。总共有11个电子—钠是第11号元素，所以这样就对了。
• 记住，每个子层都有一定的电子容量。它们的电子容量如下：
  • s：最多容纳2个电子
  • p：最多容纳6个电子
  • d：最多容纳10个电子
  • f：最多容纳14个电子
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   找出你所研究的元素的电子排布。当你知道一个元素的电子排布后，求出它的价电子数就很简单了（当然，过渡金属除外）。如果你从一开始就知道了电子排布，可以跳到下一步。如果你需要自己找出电子排布，请看下面：

   • 查看第118号元素，oganesson（Og）的完整电子排布，它是元素周期表上的最后一个元素。它的电子数在所有元素当中是最多的，所以它的电子排布包含了你在其他元素中可能遇到的所有情况：

     1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6

   • 现在你有了这个电子排布，所要做的就是找到另一个原子的电子排布，从头开始填入这个模式，直到用完所有电子。具体操作起来会更容易。例如，如果我们要画出第17号元素氯（Cl）的轨道图，它有17个电子，方法如下：

     1s22s22p63s23p5

   • 注意，电子数加起来是17：2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17。你只需要更改最后一个轨道的编号即可—剩下的都是一样的，因为最后一个轨道之前的轨道都是满的。
   • 有关电子排布的更多信息，也可以参阅 这篇文章。

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   利用“八隅规则”将电子分配到轨道层。当电子被加入到原子中时，它们会根据上述规则，进入不同的轨道—前两个进入1s轨道，后两个进入2s轨道，后六个进入2p轨道，以此类推。当我们处理过渡金属以外的原子时，这些轨道在原子核周围形成了“轨道层”，每一个层都比上一层更远。除了第一层只能容纳两个电子之外，每一层可以有八个电子（同样，除了过渡金属。）这就是八隅规则。

   • 举个例子，硼（B）元素，由于它的原子数是5，我们知道它有5个电子，它的电子排布是这样的：1s22s22p1。因为第一层轨道只有两个电子，我们知道硼有两个层：一层有两个1s电子，另一层有三个2s和2p轨道的电子。
   • 再比如，氯（1s22s22p63s23p5）有三个轨道层：一层有两个1s电子，一层有两个2s电子和六个2p电子，另一层有两个3s电子和五个3p电子。

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   求出最外层的电子数。既然你知道了元素的电子层，找到价电子就很容易了：只要用最外层的电子数就行了。如果最外层是满的（换句话说，如果它有8个电子，或者第一层是2个），元素是惰性的，不容易与其他元素反应。不过同样的，这些规则并不完全适用于过渡金属。

   • 比如说硼，因为在第二层有三个电子，我们可以说硼有3个价电子。

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   使用周期表的行作为轨道层的快捷方式。元素周期表的水平行称为元素“周期”。从表的顶部开始，每个周期对应于该周期中原子拥有的电子层数。你可以用它作为确定一个元素有多少价电子的捷径—只要从它周期的左边开始数电子数就可以了。同样的，过渡金属不能用这种方法，也就是3-12族的元素。

   • 例如，我们知道元素硒有四个轨道层，因为它在第四周期。由于它是第四个周期中从左边开始的第6个元素（忽略过渡金属），我们知道最外层的第四层有6个电子，因此，硒有6个价电子。

小提示

• 注意，电子排布可以通过使用惰性气体（第18族的元素）速记，从而代替轨道。例如，钠的电子排布可以写成[Ne]3s1—本质上，它和氖一样，只是3s轨道上多了一个电子。
• 过渡金属可能有未被完全填满的价亚层。确定过渡金属的具体价电子数涉及到量子理论原理，超出了本文的范围。
• 请注意，元素周期表因国而异。因此，确保使用的是正确、最新的周期表，以避免混淆。
• 为了找到价电子，一定要知道什么时候对最后一个轨道进行加或减。

你需要准备

• 元素周期表
• 铅笔
• 纸