中心原子价电子数的计算方法需根据元素类型和分子结构进行区分,具体规则如下:
一、主族元素(价电子数=最外层电子数)
基本规则
主族元素(除稀有气体外)的价电子数等于其最外层电子数。例如,碳(C)的价电子数为4,氧(O)为6。
特殊说明
- 稀有气体元素(如He、Ne)无价电子;
- 离子化合物中,阳离子的价电子数需减去正电荷数,阴离子需加上负电荷数。
二、副族元素(价电子数=最外层电子数+次外层d电子数)
过渡金属元素
副族元素(如Fe、Cr)的价电子数需包含d轨道电子。例如,铁(Fe)的价电子数为8(3d5)。
三、价层电子对互斥理论(VSEPR)中的价电子数计算
公式
价电子对数 $n = \frac{\text{中心原子价电子数} + \text{配位原子提供的价电子数} \times m}{2}$
其中,
- 配位原子提供的价电子数:H、卤素(F、Cl等)提供1个电子,O族元素不提供,N族元素提供-1个电子;
- $m$ 为配位原子个数。
应用示例
以[Fe(H₂O)₆]³⁺为例:
- 铁(Fe)的价电子数为8(3d⁵);
- 6个水分子提供6个电子(H提供1个/分子);
- 离子带3个正电荷,需减去3个电子;
- 最终价电子数为 $8 + 6 - 3 = 11$。
四、注意事项
杂化类型判断
价电子对数与杂化类型对应:
- 2对 → sp杂化(直线形);
- 3对 → sp²杂化(平面三角形);
- 4对 → sp³杂化(正四面体)。
孤电子对
孤电子对数 = 价电子对数 - 配位键数,影响分子几何形状(如水分子中氧原子有2对孤电子对,导致弯曲结构)。
通过以上方法,可系统计算中心原子的价电子数,并结合价层电子对理论理解分子构型。