เวเลนซ์อิเล็กตรอนคืออะไร และหาได้อย่างไร

เวเลนซ์อิเล็กตรอนคืออะไร

อิเล็กตรอนในอะตอมจัดเรียงเป็นชั้นรอบนิวเคลียส อิเล็กตรอนในชั้นใน เรียกว่าอิเล็กตรอนแกนกลาง ถูกยึดไว้แน่นและแทบไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา อิเล็กตรอนในชั้นนอกสุดอยู่ไกลจากนิวเคลียสมากกว่า ถูกยึดไว้หลวมกว่า และเป็นตัวแรกที่มีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมอื่น อิเล็กตรอนเหล่านี้คือเวเลนซ์อิเล็กตรอน

โซเดียมมีอิเล็กตรอน 11 ตัวจัดเรียงเป็น 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ สิบตัวแรกเป็นแกนกลางที่เสถียรซึ่งมีการจัดเรียงเหมือนนีออน และอิเล็กตรอน 3s เพียงตัวเดียวคือเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวของโซเดียม เคมีเกือบทั้งหมดของโซเดียมมาจากอิเล็กตรอนตัวนั้น

วิธีหาเวเลนซ์อิเล็กตรอนจากหมายเลขหมู่

สำหรับธาตุหมู่หลัก ตารางธาตุให้คำตอบโดยตรง ธาตุในหมู่ 1 และ 2 มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 1 และ 2 ตัว สำหรับหมู่ 13 ถึง 18 ให้นำหมายเลขหมู่ลบ 10 หมู่ 13 มี 3 หมู่ 14 มี 4 หมู่ 15 มี 5 หมู่ 16 มี 6 หมู่ 17 มี 7 และหมู่ 18 มี 8

ดังนั้นคาร์บอน (หมู่ 14) มีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัว ไนโตรเจน (หมู่ 15) มี 5 ออกซิเจน (หมู่ 16) มี 6 และนีออน (หมู่ 18) มี 8 ฮีเลียมเป็นข้อยกเว้นในหมู่ 18 คือมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียง 2 ตัว ซึ่งเติมเต็มชั้นแรกของมันพอดี

วิธีหาจากการจัดเรียงอิเล็กตรอน

หากคุณรู้การจัดเรียงอิเล็กตรอน ให้นับอิเล็กตรอนในชั้นที่มีหมายเลขสูงสุด สำหรับธาตุหมู่หลัก ได้แก่อิเล็กตรอน s และ p ชั้นนอก

ออกซิเจนคือ 1s² 2s² 2p⁴ ชั้นสูงสุดคือ 2 ซึ่งมี 2 + 4 = 6 อิเล็กตรอน ออกซิเจนจึงมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 6 ตัว โบรมีนคือ [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁵ ชั้นสูงสุดคือ 4 ซึ่งมี 2 + 5 = 7 อิเล็กตรอน ระดับพลังงานย่อย 3d ที่เต็มเป็นของชั้นใน จึงไม่นับ โบรมีนจึงมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 7 ตัว เหมือนฮาโลเจนทุกธาตุ

เวเลนซ์อิเล็กตรอนและไอออน

อะตอมมักรับ ให้ หรือใช้อิเล็กตรอนร่วมกันจนได้การจัดเรียงที่เสถียร โดยปกติคือมีอิเล็กตรอนชั้นนอก 8 ตัว (ออกเตต) เหมือนแก๊สมีตระกูล อะตอมที่เล็กมาก เช่น ไฮโดรเจนและลิเทียม จะมุ่งไปที่ 2 ตัวเหมือนฮีเลียมแทน

ธาตุที่มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนน้อยจะให้อิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนบวก และธาตุที่มีมากจะรับอิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนลบ โลหะหมู่ 1 เกิดเป็นไอออน +1 (Na⁺) โลหะหมู่ 2 เกิดเป็นไอออน +2 (Mg²⁺) และอะลูมิเนียมในหมู่ 13 เกิดเป็นไอออน +3 (Al³⁺) ในอีกด้านหนึ่ง ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสในหมู่ 15 เกิดเป็นไอออน −3 (N³⁻, P³⁻) ออกซิเจนและซัลเฟอร์ในหมู่ 16 เกิดเป็นไอออน −2 (O²⁻, S²⁻) และฮาโลเจนในหมู่ 17 เกิดเป็นไอออน −1 (Cl⁻) แก๊สมีตระกูลมีชั้นนอกเต็มอยู่แล้ว ประจุจึงเป็น 0 คาร์บอนและซิลิคอนในหมู่ 14 มักใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัวร่วมกันในพันธะโคเวเลนต์ แทนที่จะเกิดเป็นไอออนอย่างง่าย

เวเลนซ์อิเล็กตรอนและการสร้างพันธะ

เวเลนซ์อิเล็กตรอนยังอธิบายพันธะโคเวเลนต์ด้วย คาร์บอนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 4 ตัวและต้องการอีก 4 ตัวจึงจะครบออกเตต จึงมักสร้าง 4 พันธะ เช่นในมีเทน (CH₄) ไนโตรเจนซึ่งมี 5 สร้าง 3 พันธะในแอมโมเนีย (NH₃) และออกซิเจนซึ่งมี 6 สร้าง 2 พันธะในน้ำ (H₂O)

โครงสร้างจุดของลิวอิสแสดงเวเลนซ์อิเล็กตรอนเป็นจุดรอบสัญลักษณ์ของธาตุ ออกซิเจนวาดด้วยจุด 6 จุดและคลอรีนวาดด้วย 7 จุด ทำให้เห็นได้ง่ายว่าแต่ละอะตอมยังต้องการอิเล็กตรอนอีกกี่ตัว

โลหะทรานซิชัน: กรณีพิเศษ

สำหรับโลหะทรานซิชัน กฎไม่ง่ายนัก เพราะอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย d ที่อยู่ถัดจากชั้นนอกก็มีส่วนร่วมในการสร้างพันธะได้ เว็บไซต์นี้แสดงจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนของโลหะทรานซิชันเป็นจำนวนอิเล็กตรอนในระดับพลังงานย่อย s ชั้นนอก เหล็ก [Ar] 3d⁶ 4s² แสดงเป็นมีเวเลนซ์อิเล็กตรอน 2 ตัว

โปรดจำไว้ว่าอิเล็กตรอน d ก็สร้างพันธะได้เช่นกัน เหล็กมักเกิดเป็นทั้ง Fe²⁺ และ Fe³⁺ โดยให้อิเล็กตรอน 4s ทั้งสองตัวก่อน แล้วจึงให้อิเล็กตรอน 3d อีกหนึ่งตัวเป็น Fe³⁺ นี่คือเหตุผลที่โลหะทรานซิชันหลายชนิดมีประจุที่พบได้ทั่วไปมากกว่าหนึ่งแบบ