高中化学/化学家族成员

结合我们从前几节课中学到的知识，我们现在可以确定核心电子和价电子如何与元素周期表中家族的性质相关联。我们已经研究了每个族中价电子数量的趋势，现在我们将扩展到包括对价电子亚层和元素在化学反应中相对反应能力之间趋势的观察。我们将探讨根据价电子数量和它们所属的亚层来预测化学反应性的可能性。让我们从回顾核心电子开始我们的课程，并讨论它们在化学反应中的应用。在此之后，我们将对价电子进行类似的讨论。

课程目标

解释核心电子的作用。
解释价电子在决定化学性质中的作用。
解释化学家族中化学反应性趋势与原子大小的关系。

在确定元素的化学性质时，可以忽略核心电子

正如在早些时候的课程中学到的，核心电子是在元素的电子构型中发现的内层电子。这些电子填充内层亚层，因此不负责成键，也不参与化学反应。核心电子也不直接负责决定元素的性质。请记住，核心电子代表除价电子以外的所有电子。

看看铍 (Be) 的电子构型。

Be: 1s²2s²

有两个核心电子 (1s²) 和两个价电子 (2s²)。

当我们查看硒 (Se) 的电子构型时，我们会看到以下内容。

Se: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

有 28 个核心电子 (1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰) 和六个价电子 (4s²4p⁴)。同样，这些元素（或任何元素）中都没有核心电子会参与化学反应。

示例问题

以下每个元素的核心电子是什么？

(a) O: 1s²2s²2p⁴

(b) In: [Kr]5s²4d¹⁰5p¹

解决方案:

(a) O: 核心电子 = 1s²，因此有两个核心电子。

(b) In: 铟有三个价电子，其余所有都是核心电子。核心电子包括所有在低于n = 5 的能级上的电子。（4d¹⁰ 是核心电子，因为它们位于较低的能级。）

价电子决定化学性质

与核心电子不同，价电子负责元素之间发生的化学反应。它们决定了元素的性质。我们已经了解到，主族元素中所有金属元素都能失去它们的价电子，因为这样做所需的能量要求相对较低。非金属元素（除稀有气体外）能轻易获得电子，因为它们具有较高的电子亲和力。对于 3A 族元素，原子必须失去三个电子才能具有与前一个稀有气体相似的电子构型。对于 6A 族元素，它们必须获得两个电子才能具有与其最近的稀有气体相似的电子构型。早些时候，我们确定了同一族中的所有元素都具有相同的 Lewis 电子点图。这意味着同一族中的所有元素都具有相同数量的价电子，并且在参与反应时，它们将以相同的方式获得或失去电子。价电子的数量决定了元素将具有的化学性质类型。

当您查看表 9.11 时，您可以看到 1A 族金属都具有相同数量的价电子，并且具有相同的外观。这些金属在类似条件下也以相同的方式反应。

表 9.11：1A 族元素的电子构型
元素	电子构型
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	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{6}5s^{2}4d^{10}5p^{6}6s^{2}4f^{14}5d^{10}7s^{1}$

我们可以看到，1A 族金属的所有元素在外层电子层中都有一个价电子。这意味着它们可以失去这个电子，并成为与稀有气体构型等电子。因此，1A 族元素很容易失去这个电子，因为去除这个外层电子所需的能量非常低。

随着碱金属家族族元素原子序数的增加，价电子离原子核越来越远。当原子尺寸增大时，价电子与原子核之间的吸引力减小。电子离原子核越远，原子核对电子的束缚力就越小。因此，电子更容易被移除，反应速度也更快。因此，价电子将决定会发生哪些反应以及反应速度，这取决于价电子层中的电子数量。所有 1A 族元素都会失去一个电子，形成 1+ 阳离子。

观察表 9.12 中 2A 族金属的电子构型，我们可以看到，对于 2A 族中的每种金属，外层电子层都包含两个电子。

表 9.12：2A 族元素的电子构型
元素	电子构型
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	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{6}5s^{2}4d^{10}5p^{6}6s^{2}4f^{14}5d^{10}7s^{2}$

与 1A 族金属一样，2A 族金属也会通过失去s 电子形成阳离子，但这次它们会失去两个电子。而且，与 1A 族元素一样，随着原子序数的增加，元素的反应性更强，因为 s 电子离原子核更远。

考虑 7A 族（卤素）元素的电子构型。

表 9.13：7A 族元素的电子构型
元素	电子构型
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	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^{6}5s^{2}4d^{10}5p^{5}$