高中化學/化學家族成員

結合我們從前幾節課中學到的知識，我們現在可以確定核心電子和價電子如何與元素週期表中家族的性質相關聯。我們已經研究了每個族中價電子數量的趨勢，現在我們將擴充套件到包括對價電子亞層和元素在化學反應中相對反應能力之間趨勢的觀察。我們將探討根據價電子數量和它們所屬的亞層來預測化學反應性的可能性。讓我們從回顧核心電子開始我們的課程，並討論它們在化學反應中的應用。在此之後，我們將對價電子進行類似的討論。

課程目標

解釋核心電子的作用。
解釋價電子在決定化學性質中的作用。
解釋化學家族中化學反應性趨勢與原子大小的關係。

在確定元素的化學性質時，可以忽略核心電子

正如在早些時候的課程中學到的，核心電子是在元素的電子構型中發現的內層電子。這些電子填充內層亞層，因此不負責成鍵，也不參與化學反應。核心電子也不直接負責決定元素的性質。請記住，核心電子代表除價電子以外的所有電子。

看看鈹 (Be) 的電子構型。

Be: 1s²2s²

有兩個核心電子 (1s²) 和兩個價電子 (2s²)。

當我們檢視硒 (Se) 的電子構型時，我們會看到以下內容。

Se: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

有 28 個核心電子 (1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰) 和六個價電子 (4s²4p⁴)。同樣，這些元素（或任何元素）中都沒有核心電子會參與化學反應。

示例問題

以下每個元素的核心電子是什麼？

(a) O: 1s²2s²2p⁴

(b) In: [Kr]5s²4d¹⁰5p¹

解決方案:

(a) O: 核心電子 = 1s²，因此有兩個核心電子。

(b) In: 銦有三個價電子，其餘所有都是核心電子。核心電子包括所有在低於n = 5 的能級上的電子。（4d¹⁰ 是核心電子，因為它們位於較低的能級。）

價電子決定化學性質

與核心電子不同，價電子負責元素之間發生的化學反應。它們決定了元素的性質。我們已經瞭解到，主族元素中所有金屬元素都能失去它們的價電子，因為這樣做所需的能量要求相對較低。非金屬元素（除稀有氣體外）能輕易獲得電子，因為它們具有較高的電子親和力。對於 3A 族元素，原子必須失去三個電子才能具有與前一個稀有氣體相似的電子構型。對於 6A 族元素，它們必須獲得兩個電子才能具有與其最近的稀有氣體相似的電子構型。早些時候，我們確定了同一族中的所有元素都具有相同的 Lewis 電子點圖。這意味著同一族中的所有元素都具有相同數量的價電子，並且在參與反應時，它們將以相同的方式獲得或失去電子。價電子的數量決定了元素將具有的化學性質型別。

當您查看錶 9.11 時，您可以看到 1A 族金屬都具有相同數量的價電子，並且具有相同的外觀。這些金屬在類似條件下也以相同的方式反應。

表 9.11：1A 族元素的電子構型
元素	電子構型
Li	$1s^{2}2s^{1}$
Na	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{1}$
K	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{1}$
Rb	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{6}5s^{1}$
Cs	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{6}5s^{2}4d^{10}5p^{6}6s^{1}$
Fr	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{6}5s^{2}4d^{10}5p^{6}6s^{2}4f^{14}5d^{10}7s^{1}$

我們可以看到，1A 族金屬的所有元素在外層電子層中都有一個價電子。這意味著它們可以失去這個電子，併成為與稀有氣體構型等電子。因此，1A 族元素很容易失去這個電子，因為去除這個外層電子所需的能量非常低。

隨著鹼金屬家族族元素原子序數的增加，價電子離原子核越來越遠。當原子尺寸增大時，價電子與原子核之間的吸引力減小。電子離原子核越遠，原子核對電子的束縛力就越小。因此，電子更容易被移除，反應速度也更快。因此，價電子將決定會發生哪些反應以及反應速度，這取決於價電子層中的電子數量。所有 1A 族元素都會失去一個電子，形成 1+ 陽離子。

觀察表 9.12 中 2A 族金屬的電子構型，我們可以看到，對於 2A 族中的每種金屬，外層電子層都包含兩個電子。

表 9.12：2A 族元素的電子構型
元素	電子構型
Be	$1s^{2}2s^{2}$
Mg	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}$
Ca	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}$
Sr	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{6}5s^{2}$
Ba	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{6}5s^{2}4d^{10}5p^{6}6s^{2}$
Ra	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{6}5s^{2}4d^{10}5p^{6}6s^{2}4f^{14}5d^{10}7s^{2}$

與 1A 族金屬一樣，2A 族金屬也會透過失去s 電子形成陽離子，但這次它們會失去兩個電子。而且，與 1A 族元素一樣，隨著原子序數的增加，元素的反應性更強，因為 s 電子離原子核更遠。

考慮 7A 族（鹵素）元素的電子構型。

表 9.13：7A 族元素的電子構型
元素	電子構型
F	$1s^{2}2s^{2}2p^{5}$
Cl	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{5}$
Br	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{5}$
我	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{6}5s^{2}4d^{10}5p^{5}$