价电子

在化学和物理学中，价电子是与原子结合的外壳中的电子，如果外壳不闭合，它可以参与化学键的形成。 在单个共价键中，键中的两个原子贡献一个价电子以形成共享对。

价电子的存在可以决定元素的化学性质，例如它的化合价——它是否可以与其他元素结合，如果可以，那么容易结合的程度和数量。 这样，给定元素的反应性在很大程度上取决于其电子配置。 对于主族元素，价电子只能存在于最外层的电子层中； 对于过渡金属，价电子也可以在内壳中。

具有价电子封闭壳（对应于惰性气体构型）的原子往往具有化学惰性。 具有比封闭壳多一个或两个价电子的原子具有高反应性，因为去除多余的价电子以形成正离子的能量相对较低。 比封闭壳层少一个或两个电子的原子具有反应性，因为它倾向于获得缺失的价电子并形成负离子，或者共享价电子并形成共价键。

与核心电子类似，价电子具有以光子形式吸收或释放能量的能力。 能量增益可以触发电子移动（跳跃）到外壳； 这被称为原子激发。 或者电子甚至可以从其关联的原子壳中挣脱出来； 这是电离形成正离子。 当电子失去能量（从而导致发射光子）时，它可以移动到未被完全占据的内壳层。

决定化合价的电子——原子如何进行化学反应——是那些能量最高的电子。

对于主族元素，价电子定义为位于最高主量子数 n 的电子壳层中的电子。 因此，它可能具有的价电子数以简单的方式取决于电子构型。 例如，磷 (P) 的电子构型为 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3，因此有 5 个价电子 (3s2 3p3)，对应于分子 PF5 中 P 的xxx价态为 5； 这种构型通常缩写为 [Ne] 3s2 3p3，其中 [Ne] 表示核心电子，其构型与惰性气体氖的构型相同。

然而，过渡元素具有 (n−1)d 能级，其能量非常接近 ns 能级。 因此，与主族元素相反，过渡金属的价电子被定义为位于惰性气体核心之外的电子。 因此，通常，过渡金属中的 d 电子表现得像价电子，尽管它们不在最外层。 例如，锰 (Mn) 的构型为 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5； 这缩写为 [Ar] 4s2 3d5，其中 [Ar] 表示与惰性气体氩相同的核心配置。 在这个原子中，3d 电子的能量与 4s 电子的能量相似，但远高于 3s 或 3p 电子的能量。 实际上，类氩核外可能有七个价电子（4s2 3d5）； 这与锰的氧化态高达 +7（在高锰酸盐离子中：MnO−_4).

在每个过渡金属系列中越靠右，d 亚壳层中电子的能量越低，并且这种电子的价态越少。 因此，虽然镍原子原则上有十个价电子 (4s2 3d8)，但它的氧化态永远不会超过四个。 对于锌，3d 子壳在所有已知化合物中都是完整的，尽管它确实对某些化合物的价带有贡献。 类似的模式适用于内部过渡金属的 (n−2)f 能级。

d 电子计数是了解过渡金属化学的替代工具。

元素的价电子数可由元素所属的元素周期表族（垂直列）确定。 在第 1-12 组中，组数与价电子数相匹配； 在第13-18组中，组号的个位数与价电子数相匹配。

• 由 ns、(n−2)f 和 (n−1)d 个电子组成。
• 由 ns 和 (n−1)d 个电子组成。

氦是一个例外：尽管具有 1s2 构型和两个价电子，因此与 ns2 价构型的碱土金属有一些相似之处，但它的壳是完全满的，因此化学性质非常惰性，通常位于第 18 族 与其他惰性气体。