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不成对电子数的判别

2017-12-11 12:31阅读：

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不成对电子数的判别
随着中学化学教学改革的不断深化与发展，人们已不满足于只从宏观的视角来描述一化学现象，而要更多地从微观角度来讨论这些化学问题。这样，有时就需要知道，该原子或分子中是否有不成对电子。
因此，化学教师对“不成对电子”这个概念，应该有一个更为全面的认识与归纳。
一、原子中的不成对电子
电子在原子核外运动时，都要尽先占据能量最低的原子轨道。原子轨道的能量高低可以用按一定顺序排列的亚层来区分。每个亚层中只能有特定数目、且能量简并（相同）的原子轨道。每个原子轨道只能容纳自旋方向相反的两个电子。
按上述规则把原子中所有电子都填入原子轨道后，就会出现轨道上只有一个电子的情况。这种某轨道中仅有一个的电子，就是不成对电子。
1. 从原子的轨道表示式来判断不成对电子
只要能正确地写出某原子核外电子的轨道表示式，就能够直接看出原子的不成对电子数。
如，对原子序数为6的C原子。其6个核外电子的排布情况，用轨道表示式可描述为， 不成对电子数的判别
。人们一眼就可以看出该原子有2个不成对电子。
如，对原子序数为21的釩V，其原子的轨道表示式为， 不成对电子数的判别。所以，该原子的不成对电子数为3。
2. 从电子排布式来判断不成对电子
画出某原子核外电子的轨道表示式，是一件比较麻烦的事情。其实，在熟悉电子在各亚层中的填充情况后，就可以从某亚层中的电子总数，直接判断出这个亚层中的不成对电子数。
在中学化学教学中，考虑到如下的3种情况就可以了：
（1）由于s亚层只有1个原子轨道，可能有如下3种电子填入的情况。
亚层电子数
 s0
 s1
 s2
不成对电子数
 0
 1
 0
其中，只有当“s1”出现时，会有1个不成对电子。
（2）对p亚层来说，有3个原子轨道，有如下的几种电子填充情况。
亚层电子数
 p0
 p1
 p2
 p3
 p4
 p5
 p6
不成对电子数
 0
 1
 2
 3
 2
 1
 0
也就是说，当电子排布出现中间的5种状况时，都会有不同数目的不成对电子出现。
（3）对d亚层，有5个原子轨道。会有如下的几种电子填充情况。
亚层电子数
 d0
 d1
 d2
 d3
 d4
 d5
 d6
 d7
 d8
 d9
 d10
不成对电子数
 0
 1
 2
 3
 4
 5
 4
 3
 2
 1
 0
其中有9种情况，都会有不成对电子出现。
上述3个亚层的电子填充与不成对电子数的关系可被公式化为：
设，某亚层的轨道数为L，该亚层填入的电子总数为N，其中不成对电子数为M。
则当N≤L时，N=M。
当N>L时，2L-N=M。
这样，在写出某元素原子的电子排布式后，就可以直接根据各亚层的电子填充数，找出该亚层上的不成对电子数了。
如。对26号的Fe原子，其电子排布式为，1s2、2s2、2p6、3s2、3p6、3d6、4s2。从其中标有红色的“3d6”亚层可看出，该原子有4个不成对电子。
又如，24号元素Cr的电子排布式为，1s2、2s2、2p6、3s2、3p6、3d5、4s1。也就是其中的“3d5”与“4s1”亚层，都有不成对电子。这个原子的不成对电子数为6。
3. 主族元素的不成对电子数
由于主族元素进行的都是s亚层与p亚层电子填充，产生的情况还要更简单一些。
可以确定，主族元素的族数与不成对电子数的关系为：
族数
 ⅠA
 ⅡA
 ⅢA
 ⅣA
 ⅤA
 ⅥA
 ⅦA
 0
不成对电子数
 1
 0
 1
 2
 3
 2
 1
 0
其中，有6个族会有数目不等的不成对电子。
当然，这些原子在用不成对电子与其他原子结合以形成化学键时，可以提供的不成对电子数有可能还不止这个数目。也就是，原本成对的电子为了形成更多的化学键，以便使体系的能量能降得更低，原子是允许其本已成对的电子激发到本亚层的空轨道上（或能量稍高亚层的空轨道）的。这样，该原子就有了更多的不成对电子。
如，Be原子的1s2、2s2，本来是没有不成对电子的。但是，为了形成2价的化合物，它可以用1s2、2s1、2p1，这样的形式来成键。
又如，

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